比特币交易的输出和输入

比特币交易的输出和输入

比特币交易的基本单位是未经使用的一个交易输出,简称UTXO。UTXO是不能再分割、被所有者锁住或记录于区块链中的并被整个网络识别成货币单位的一定量的比特币货币。比特币网络监测着以百万为单位的所有可用的(未花费的)UTXO。当一个用户接收比特币时,金额被当作UTXO记录到区块链里。这样,一个用户的比特币会被当作UTXO分散到数百个交易和数百个区块中。实际上,并不存在储存比特币地址或账户余额的地点,只有被所有者锁住的、分散的UTXO。“一个用户的比特币余额”,这个概念是一个通过比特币钱包应用创建的派生之物。比特币钱包通过扫描区块链并聚合所有属于该用户的UTXO来计算该用户的余额。

在比特币的世界里既没有账户,也没有余额,只有分散到区块链里的UTXO。

一个UTXO可以是一“聪”的任意倍。就像美元可以被分割成表示两位小数的“分”一样,比特币可以被分割成表示八位小数的“聪”。尽管UTXO可以是任意值,但只要它被创造出来了,就像不能被切成两半的硬币一样不可再分了。如果一个UTXO比一笔交易所需量大,它仍会被当作一个整体而消耗掉,但同时会在交易中生成零头。例如,你有20比特币的UTXO并且想支付1比特币,那么你的交易必须消耗掉整个20比特币的UTXO并且产生两个输出:一个是支付了1比特币给接收人,另一个是支付19比特币的找零到你的钱包。这样的话,大部分比特币交易都会产生找零。

想象一下,一位顾客要买1.5元的饮料。她掏出她的钱包并努力从所有硬币和钞票中找出一种组合来凑齐她要支付的1.5元。

如果可能的话,她会选刚刚好的零钱(比如一张1元纸币和5个一毛硬币)或者是小面额的组合(比如3个五毛硬币)。如果都不行的话,她会用一张大面额的钞票,比如5元纸币。如果她把过多的钱,比如5元,给了商店老板,她会拿到3.5元的找零,并把找零放回她的钱包以供未来使用。

类似的,一笔比特币交易可以有任意数值,但必须从用户可用的UTXO中创建出来。用户不能再把UTXO进一步细分,就像不能把一元纸币撕开而继续当货币使用一样。用户的钱包应用通常会从用户可用的UTXO中选取多个可用的个体来拼凑出一个大于或等于一笔交易所需的比特币量。

就像现实生活中一样,比特币应用可以使用一些策略来满足付款需要:组合若干小的个体,算出准确的找零;或者使用一个比交易值大的个体然后进行找零。所有这些复杂的、由可支付的UTXO完成的组合,都是由用户的钱包自动完成,并不为用户所见。只有当你以编程方式用UTXO来构建原始交易时,这些才与你有关。

被交易消耗的UTXO被称为交易输入,由交易创建的UTXO被称为交易输出。通过这种方式,一定量的比特币价值在不同所有者之间转移,并在交易链中消耗和创建UTXO。一笔比特币交易通过使用所有者的签名来解锁UTXO,并通过使用新的所有者的比特币地址来锁定并创建UTXO。

对于输出和输入链来说,有一个例外,它是一种特殊的交易类型,称为Coin base交易。这是每个区块中的首个交易。这种交易存在的原因是作为对挖矿的奖励而产生全新的可用于支付的比特币给“赢家”矿工。这也就是为什么比特币可以在挖矿过程中被创造出来。

输入和输出,哪一个是先产生的呢?先有鸡还是先有蛋呢?严格来讲,先产生输出,因为可以创造新比特币的coin base交易没有输入,但它可以无中生有地产生输出。

比特币交易输出

每一笔比特币交易创造输出,输出都会被比特币账簿记录下来。除特例之外,几乎所有的输出都能创造一定数量的可用于支付的比特币,也就是UTXO。这些UTXO被整个网络识别,并且所有者可在未来的交易中使用它们。给某人发送比特币实际上是创造新的UTXO,注册到那个人的地址,并且能被他用于新的支付。

UTXO被每一个全节点比特币客户端在一个储存于内存中的数据库所追踪,该数据库也被称为“UTXO集”或者“UTXO池”。新的交易从UTXO集中消耗(支付)一个或多个输出。

交易输出包含两部分:

一定量的比特币,被命名为“聪”,是最小的比特币单位;

一个锁定脚本,也被当作是“障碍”,提出支付输出所必须被满足的条件以“锁住”这笔总额。

在前面的锁定脚本中提到的这个交易脚本语言会在后面121页的“交易脚本和脚本语言”一节中详细讨论。表5-2列出了交易输出的结构。

表5-2交易输出结构

比特币交易的输出



在例5-1中,我们使用blockchain.info应用程序接口来查找特定地址的UTXO。

例5-1 —个调用blockchain.info应用程序接口来查找与一个地址有关的UTXO的脚本

比特币交易的输出和输入

运行脚本,我们将会得到“交易ID,冒号,特定UTXO的索引号,以及这个UTXO包含的聪的数额”的列表。在例5-2中,锁定脚本被省略了。

例5-2运行get-utxo.py脚本

运行get-utxo.py脚本

比特币支付条件(障碍)

交易输出把用聪表示的一定数量的比特币,和特定的定义了支付输出所必须被满足的条件的障碍,或者叫锁定脚本,关联到了一起。在大多数情况下,锁定脚本会把输出锁在一个特定的比特币地址上,从而把一定数量的比特币的所有权转移到新的所有者上。当Alice在Bob的咖啡店为一杯咖啡付款时,Alice的交易创造了0.015比特币的输出,在咖啡店的比特币地址上成为一种障碍,或者说是被锁在了咖啡店的比特币地址上。那0.015比特币输出被记录到区块链中,并且成为UTXO的一部分,也就是作为可用余额出现在Bob的钱包里。当Bob选择使用这笔款项进行支付时,他的交易会释放障碍,通过提供一个包含Bob私钥的解锁脚本来解锁输出。

比特币交易输入

简单地说,交易输入是指向UTXO的指针。它们指向特定的UTXO,并被交易哈希和在区块链中记录UTXO的序列号作为参考。若想支付UTXO,一个交易的输入也需要包含一个解锁脚本,用来满足UTXO的支付条件。解锁脚本通常是一个签名,用来证明对于在锁定脚本中的比特币地址拥有所有权。

当用户付款时,他的钱包通过选择可用的UTXO来构造一笔交易。比如说,要支付0.015比特币,钱包应用会选择一个0.01UTXO和一个0.005UTXO,使用它们加在一起来得到想要的付款额。

在例5-3中,我们展示了一种贪心算法来为了得到特定的付款额而选择可用的UTXO。在例中,可用的UTXO被提供在一个常数数组中。但在实际中,可用的UTXO被一个远程过程调用比特币核心,或者被一个如例5-1中的第三方应用程序接口,来检索出来。

例5-3—个计算会被发送的比特币总量的脚本

比特币交易输入

如果我们不使用参数运行select-utxo.py脚本,它会试图为一笔五千五百万聪(0.55比特币)的付款构造一组UTX〇。如果你提供一个指定的付款额作为参数,脚本会选择UTXO来完成指定的付款额。在例5-4中,我们运行脚本来试着完成一笔0.5比特币,或者说是五千万聪的付款。

例5-4运行select-utxo.py

运行select-utxo.py

一旦UTXO被选中,钱包会为每个UTXO生成包含签名的解锁脚本,由此让它们变得可以通过满足锁定脚本的条件来被支付。钱包把这些UTXO作为参考,并且连同解锁脚本一起作为输入加到交易中。表5-3展示了交易输入的结构。

表5-3交易输入的结构

交易输入的结构



序列号是用来覆盖在交易锁定时间之前失效的交易,这是一项目前没有在比特币中用到的功能。大多数交易把这个值设置成最大的整数(0XFFFFFFFF)并且被比特币网络忽略。如果一次交易有非零的锁定时间,那么它至少需要有一个序列号比0XFFFFFFFF低的输入来激活锁定时间。

比特币交易费

大多数交易包含交易费,这是为了在网络安全方面给比特币矿工一种补偿。现在我们解释交易费是如何被包含在日常交易中的。大多数钱包自动计算并计入交易费。但是,如果你编程构造交易,或者使用命令行接口,你必须手动计算并计入这些费用。

交易费可当作是为了包含(挖矿)一笔交易到下一个区块中的一种鼓励,也可当作是对于欺诈交易和任何种类的系统滥用,在每一笔交易上通过征收一笔小成本的税而造成的一种妨碍。交易费被挖出这个区块的矿工得到,并且记录在这个交易的区块链中。

交易费基于交易的尺寸,用千字节来计算,而不是比特币的价值。总的来说,交易费基于市场所设置,生效于比特币网络中。矿工依据许多不同的标准,按重要性对交易进行排序,这包括费用,并且甚至可能在某种特定情况下免费处理交易。交易费影响处理优先级,这意味着有足够费用的交易会更可能地被包含在下一个挖出的区块中;与此同时,交易费不足或者没有交易费的交易可能会被推迟,基于尽力而为的原则在几个区块之后被处理,甚至可能根本不被处理。交易费不是强制的,而且没有交易费的交易也许最终会被处理,但是,包含交易费将提高处理优先级。

随着时间的过去,交易费的计算方式和交易费在交易优先级上的影响一直在发展。起初,交易费是网络中的一个固定常数。渐渐地,交易费的结构被放宽了,以便被市场基于网络容量和交易量而强制影响。目前最小交易费被固定在每千字节0.0001比特币,或者说是每千字节万分之一比特币,最近一次改变是从千分之一比特币减少到这个数值的。大多数交易少于一千字节,但是那些包含多个输入和输出的交易尺寸可能更大。在未来的比特币协议修订版中,钱包应用预计会使用统计学分析,基于最近的几笔交易的平均费用,来计算最恰当的费用并附在交易上。

把交易费加到交易中

交易的数据结构没有交易费的字段。相反地,交易费通过所有输入的总和,以及所有输出的总和之间的差来表示。从所有输入中扣掉所有输出之后的多余的量会被矿工收集走。

交易费被作为输入减输出的余量:

交易费=求和(所有输入)-求和(所有输出)

对于交易来说,这是一个很让人摸不着头脑的元素,但又是很重要的问题。因为如果你要构造你自己的交易,你必须确认你没有疏忽地包含了一笔少于输入的、量非常大的费用。这意味着你必须计算所有的输入,如果必要的话进行找零,不然的话,结果就是你给了矿工一笔可观的劳动费!

举例来说,如果你消耗了一个20比特币的UTXO来完成1比特币的付款,你必须包含一笔19比特币的找零回到你的钱包。否则,那剩下的19比特币会被当作交易费,并且会被挖出你的交易到一个区块中的矿工收走。尽管你会受到高优先级的处理,并且让一个矿工喜出望外,但这很可能不是你想要的。

如果你忘记了在手动构造的交易中增加找零的输出,系统会把找零当作交易费来处理。“不用找了!”也许不是你想要的结果。

让我们来看看在实际中它如何工作,重温一下Alice在咖啡店的交易。Alice想为咖啡支付0.015比特币。为了确保这笔交易能立即被处理,Alice想支付一笔交易费,比如说0.001。这意味着总交易成本会变成0.016。因此她的钱包需要凑齐0.016或更多的UTXO。如果需要,还要加上找零。我们假设他的钱包有一个0.2比特币的UTXO可用。他的钱包就会消耗掉这个UTXO,创造一个新的0.015的输出给Bob的咖啡店,另一个0.184比特币的输出作为找零回到Alice拥有的钱包,并留下未分配的0.001比特币内含在交易中。

现在让我们换个例子。Eugenia,我们在菲律宾的儿童募捐项目主管,完成了一次为孩子购买教材的筹款活动。她在世界范围内接收到了好几千个小数额的捐款,总额是50比特币。所以她的钱包塞满了非常小的UTXO。现在她想用比特币从本地的一家出版商购买几百本的教材。

现在Eugenia的钱包应用想要构造一个单笔大额付款交易,它必须从可用的、由很多小数额构成的大的UTXO集合中寻求钱币来源。这意味着交易的结果是从上百个小数额的UTXO中作为输入,但只有一个输出用来付给出版商。输入数量这么巨大的交易会比一千字节要大,也许总尺寸会达到两至三千字节。结果是它需要更高的交易费来满足0.0001比特币的网络费。

Eugenia的钱包应用会通过测量交易的大小,乘以每千字节需要的交易费,来计算适当的交易费。很多钱包会通过多付交易费的方式来确保大交易被立即处理。高交易费不是因为Eugenia付的钱很多,而是因为她的交易很复杂并且尺寸很大——交易费是与参加交易的比特币值无关的。

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