比特币原理——交易与UTXO

UTXO

UTXO (Unspent Transaction Output) 未花费交易输出

传统的支付系统都是基于账户（account based）的，即：
若A向B转账20元

1. 判断A的账户余额大于等于20元；
2. 在B的账户上加20元；
3. 同时在A的账户上减20元。

使用UTXO模型的加密货币中，某一个“账户”中的余额并不是由一个数字表示，而是当前区块链网络中所有跟当前“账户”有关的UTXO组成。也就是，比特币地址账户中的“余额”实际上并不是比特币，而是“UTXO”。

个人感觉直接看概念不太好理解，举例子更好些。

交易1001：张三通过挖矿得到12.5个比特币（或者叫12.5个UTXO），输出到张三的地址上
交易2001：张三转账给李四2.5个比特币，输入来自交易1001中张三地址的12.5个UTXO，输出包括给李四的2.5比特币还包括10个UTXO回到张三的地址
交易3001：张三和李四分别向王五转2.5个比特币，本次交易的输入来自2001中的两个输出，本次交易的输出分别为王五得到的5个UTXO和张三剩余的7.5个UTXO。

每个区块中的第一个交易都是挖矿所得的比特币，只有输出没有输入，叫做Coinbase。

{
   "addr":"14uhqGYDEhqwfdoP59QdLWdt4ha5CHttwQ",
   "n":1,
   "script":"76a9142ae017a5bd24a3f935897085253e503fbfd66f4e88ac",
   "spent":false,
   "tx_index":335926477,
   "type":0,
   "value":21680000
}

上面展示了一个UTXO的json数据，其中包含了当前UTXO所属的交易索引tx_index、交易接收方地址addr以及交易数额value。

交易

UTXO属于交易中的一部分，交易由输入和输出两部分组成。一笔交易的数据格式如下：

{
   "txid":"5be7a9e47f56c98e5297a44df52da0475f448ece98bb51489103cdf70653092f",
   "hash":"5be7a9e47f56c98e5297a44df52da0475f448ece98bb51489103cdf70653092f",
   "version":1,
   "size":224,
   "vsize":224,
   "locktime":0,
   "vin": [...],
   "vout": [...],
   "hex":"0100000001a90b4101e6cbb75e1ff885b6358264627581e9f96db9ae609acec98d72422067000000006b483045022100c42c89eb2b10aeefe27caea63f562837b20290f0a095bda39bec37f2651af56b02204ee4260e81e31947d9297e7e9e027a231f5a7ae5e21015aabfdbdb9c6bbcc76e0121025e6e9ba5111117d49cfca477b9a0a5fba1dfcd18ef91724bc963f709c52128c4ffffffff02a037a0000000000017a91477df4f8c95e3d35a414d7946362460d3844c2c3187e6f6030b000000001976a914aba7915d5964406e8a02c3202f1f8a4a63e95c1388ac00000000",
   "blockhash":"0000000000000000000c23ca00756364067ce5e815deb5982969df476bfc0b5c",
   "confirmations":5,
   "time":1521981077,
   "blocktime":1521981077
}

其中“vin”和“vout”就是代表输入和输出。
每笔合法交易中，所有的输入之和必须大于所有的输出之和，其中的差值就是交易手续费。

sum(inputs.vlaue) = sum(outputs.value) + fee

输入

输入如下：

{
   "vin":[
      {
         "txid":"672042728dc9ce9a60aeb96df9e9817562648235b685f81f5eb7cbe601410ba9",
         "vout":0,
         "scriptSig":{
            "asm":"3045022100c42c89eb2b10aeefe27caea63f562837b20290f0a095bda39bec37f2651af56b02204ee4260e81e31947d9297e7e9e027a231f5a7ae5e21015aabfdbdb9c6bbcc76e[ALL] 025e6e9ba5111117d49cfca477b9a0a5fba1dfcd18ef91724bc963f709c52128c4",
            "hex":"483045022100c42c89eb2b10aeefe27caea63f562837b20290f0a095bda39bec37f2651af56b02204ee4260e81e31947d9297e7e9e027a231f5a7ae5e21015aabfdbdb9c6bbcc76e0121025e6e9ba5111117d49cfca477b9a0a5fba1dfcd18ef91724bc963f709c52128c4"
         },
         "sequence":4294967295
      }
   ]
}

输入数据包含 引用的UTXO所在交易的哈希txid，引用的UTXO索引（从0开始）vout。通过txid和vout两个字段，就可以在区块链上定位到唯一的UTXO。

输出

输出如下：

{
   "vout":[
      {
         "value":0.10500000,
         "n":0,
         "scriptPubKey":{
            "asm":"OP_HASH160 77df4f8c95e3d35a414d7946362460d3844c2c31 OP_EQUAL",
            "hex":"a91477df4f8c95e3d35a414d7946362460d3844c2c3187",
            "reqSigs":1,
            "type":"scripthash",
            "addresses":[
               "3CcqrGq4oQcfx3u75ijj4tDiqf4HJvhoeP"
            ]
         }
      },
      {
         "value":1.84809190,
         "n":1,
         "scriptPubKey":{
            "asm":"OP_DUP OP_HASH160 aba7915d5964406e8a02c3202f1f8a4a63e95c13 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG",
            "hex":"76a914aba7915d5964406e8a02c3202f1f8a4a63e95c1388ac",
            "reqSigs":1,
            "type":"pubkeyhash",
            "addresses":[
               "1GedHcxdxq2tab98hqAmREUK9BBYHKznof"
            ]
         }
      }
   ]
}

每一个未被使用的vout就是一个UTXO，vout中包含了输出的额度value，以及对应的到账地址。

在每一笔交易中，可以存在多个输入和多个输出，比如一个地址的比特币是由多个地址的转账而来的。每一个UTXO相当于一个面值不可分割的硬币，A拥有一个1比特币的UTXO和一个5比特币的UTXO，当向B转账2比特币时，就会从A的5比特币UTXO花费掉，其中2比特币UTXO给了B，另外3比特币UTXO找零返还给自己。

这张图就是一个地址的多个UTXO作为输入：

这张图是一个地址的UTXO转账一部分，剩余的作为找零，成为发送方的一个新UTXO：