《Master Bitcoin》学习笔记02——比特币的交易模型

比特币的交易模型

模型基本描述

　　前面一篇学习笔记01提到了一个交易模型（第三章的内容），在第五章中，除了对这个模型做个详细介绍之外，其实和我上一篇理解的交易模型差不多，一个交易包含输入与输出，比特币是在各个地址之间转移，不想中心化系统例如银行有个服务器，记录了每个人的账户，账户这个结构体包含：交易记录，账户余额等一切信息，但是在比特币交易网络这种去中心化的体系中，比特币的交易记录，一个账户拥有多少比特币等信息存储在了区块链中，要像银行账户一样，查询自己账户的相关信息，只能通过查区块链中的区块获取，就像从数据库里查询数据一样，就像下面比特币的交易模型描述。

　　模型图有几个重点：

• 个人可用的比特币是以账单形式存在的，在发起交易时，查询区块链中个人可用账单（账单输出账户是你），使用账单来支付相应比特币，产生输出，实际上，是比特币在比特币地址之间的转移。
• 本次交易的输入就是上次交易输出，比特币账户（地址）查询余额和交易，就是对区块链里账单里对你账户输出的查询（上图中，对A可支配比特币的查询账单输出：退给A的金额，对B可支配比特币的查询账单输出：转账给B的金额）
• 本次交易的输入可以只有一张账单的输出（如果这张账单上的比特币足够），也可以包含几张账单的输出（几张账单加起来比特币>=此次需要支付金额），注意到，上面的>=比交付，因为不太可能利用已有账单完全无误差地凑出本次需支付对应金额，因为账单里的输出金额是不可拆分的，只能利用账单来支付，要将银行里控制的个人账户余额（一串数字）与比特币个人账户余额（账户下的账单输出）区分开来。
• 生成的账单三中有给矿工的奖励，这个奖励是你自定的，给不给，给多少都行，这个奖励影响的是交易的优先级，奖励越多，越能尽早地将账单加入区块链中，以保证交易的完成。账单将会被保存在矿工的矿池中，按照奖励优先级来处理账单。

交易输出的锁定与解锁（重点）——锁定脚本与解锁脚本

　　上面提到了，一个账户可支配的比特币来源于账单的输出，而账单是公开的，每个比特币账户都能知道这笔交易以及交易的输出，那么怎么保证输出只有对应的比特币的账户能用呢？

　　比特币的锁机制是通过一种类Forth语言脚本来，该脚本语言是种非图灵完备的语言，什么是图灵完备的语言呢，当一门编程语言在不限制内存和不限制时间下，能够解决所有问题，就称为图灵完备的，例如：C/C++，JAVA都是图灵完备语言，反之就是图灵非完备，比特币脚本里没有循环，所以这个脚本不能解决：在满足某种条件下退出循环，否则无限制地循环的问题。比特币的脚本语言是一种简单、低级的语言，它的很多功能已经被编译成立二进制文件，即使我们不了解这种语言，只要能够调用接口就行了，或者可以直接使用C/C++，JAVA这样的语言来完成锁定和解锁的功能。那么为什么不直接用C++等图灵完备的语言呢？这是出于安全考虑的，因为C++，JAVA等语言与内存、操作系统等运行环境，息息相关，而比特币脚本不需要任何运行环境都能运行，这就能抵抗基于内存的攻击或者其他透过系统漏洞的攻击（书上是这样解释的，我觉得，比特币脚本更像一串机器语言的0-1串，由于低级机器语言的限制，很难进行高级编程，同样的，也保证了安全性，因为0-1机器语言很难入侵更改）。

　　下面是锁定脚本与解锁脚本的例子，以说明锁的交互机制。

　　假设这笔交易为A向B支付比特币，在交易双方完成交易，生成账单时（非矿工加的解锁和锁定脚本），A向这个账单加上了锁定脚本，这个锁定脚本包含B的比特币地址C，因为B只公开了经过对公钥HASH后的比特币地址C，因为HASH函数的性质，比特币网络上的任何人，都不能通过C逆向得到B的公钥，也就是说，只有B知道自己的公钥能够构建解锁脚本，即只有B的公钥，才能通过HASH运算出地址C，只有能运算出地址C的比特币账户，才能支配这笔比特币。

脚本语言运行

　　该脚本语言仅由常数以及操作构成，从前往后遍历脚本，若遇到常数，则将常数入栈，若遇到操作，根据操作的具体要求，对栈顶元素进行弹出，或者弹出两个元素进行运算，再入栈，当一句脚本运行完毕后，仅只剩下栈顶元素，其取值为True\False，很清楚地，True代表验证成功，代表执行脚本的用户具有该账单输出比特币的支配权，用户能够使用该账单作为下笔交易（账单）的输入，下面是个具体例子

锁定/解锁脚本类型

1）P2PKH (Pay-to-Public-Key-Hash)——比特币网络上大多数交易都属于此类型

　　解锁脚本，锁定脚本

2）P2PK（Pay-to-Public-Key）

　　写成收款方的公钥，收款方通过自己的私钥生成相应公钥来获取支配权。

3）P2SH（Pay-to-Script-Hash）

　　这个脚本类型用于多重签名才能支付，比如，一个公司的账户，由5个人支配，但只要有2个人以上的签名就能进行比特币支付。

　　我们考虑使用2）的方式来写多重签名命令：

　　就是说，再使用上图方式多重签名的时候，需要将所有人的公钥都加在锁定脚本里，因为Attorney Public Key时是所有人的公钥运算的结果，而Public Key（公钥）有260bit长，这样下来，在人很多的情况下，甚至会使锁定脚本容量超过账单本身，而且这样的脚本也难以维护，并暴露所有人之间的联系（尽管比特币地址是匿名的）。

　　P2SH很好地解决了这个问题，P2SH分为除了锁定脚本、解锁脚本之外，多出了赎回脚本：

　　使用方法是分两步：①使用赎回脚本确认用户能在属于定义好的群组；②使用解锁脚本解锁（Sig1 Sig2是2个群组用户的签名）