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UTXO：未使用的交易輸出，比特幣核心概念之一

2021-10-29 15:19:04 | 來源： | 作者：佚名

這篇文章主要介紹了UTXO：未使用的交易輸出，比特幣核心概念之一的相關(guān)資料，只要你愿意，你就可以在比特幣區(qū)塊鏈上開設(shè)無限多個(gè)錢包地址，你擁有的比特幣數(shù)量是你所有的錢包地址中比特幣的總和。

在比特幣系統(tǒng)上其實(shí)并不存在“賬戶”，而只有“地址”。只要你愿意，你就可以在比特幣區(qū)塊鏈上開設(shè)無限多個(gè)錢包地址，你擁有的比特幣數(shù)量是你所有的錢包地址中比特幣的總和。比特幣系統(tǒng)并不會(huì)幫你把這些地址匯總起來形成你的賬戶。

從我(甲)到你(乙)的一筆比特幣轉(zhuǎn)賬，是從我的一個(gè)錢包地址轉(zhuǎn)到你的一個(gè)錢包地址上去。

接下來的討論就涉及比特幣系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)性細(xì)節(jié)：UTXO(未使用的交易輸出)。通證經(jīng)濟(jì)專家孟巖曾撰寫一篇文章，標(biāo)題是“其實(shí)沒有什么比特幣，只有UTXO”，這個(gè)標(biāo)題指出了，對(duì)于計(jì)算機(jī)來說比特幣是什么——比特幣是區(qū)塊鏈賬本上的交易輸出。

我們來看一個(gè)兩個(gè)人進(jìn)行轉(zhuǎn)賬交易的過程，以深入理解UTXO：

假設(shè)我有 8 個(gè)比特幣，這其實(shí)意味著，之前有一個(gè)交易把這些比特幣轉(zhuǎn)入我的地址，這個(gè)交易的輸出(即 8 個(gè)比特幣)未被使用，我擁有了這 8 個(gè)比特幣。

現(xiàn)在，我要發(fā)起一個(gè)轉(zhuǎn)賬交易，這個(gè)交易中的輸入是讓我擁有這些比特幣的上一個(gè)交易。

我要轉(zhuǎn)賬給你，我做的是，對(duì)讓我擁有這些 8 個(gè)比特幣的上一個(gè)交易進(jìn)行簽名，把這一新轉(zhuǎn)賬交易的輸出地址設(shè)為你的錢包地址。

這樣，我就發(fā)起了一個(gè)轉(zhuǎn)賬支付交易。等礦工將這一交易打包進(jìn)新的區(qū)塊，轉(zhuǎn)賬交易完成，這 8 個(gè)比特幣就屬于你了。你擁有的是你我這個(gè)交易的未使用的交易輸出。

對(duì)于一個(gè)交易簽名所涉及的比特幣的公鑰和私鑰的非對(duì)稱加密機(jī)制，之后再討論。為便于理解可類比看，錢包地址相當(dāng)于房間號(hào)和鎖，私鑰則相當(dāng)于鑰匙，鑰匙可以打開對(duì)應(yīng)的鎖。

以上兩個(gè)人的轉(zhuǎn)賬交易過程是：我用私鑰(從一個(gè)輸出是我的地址的交易中)取出比特幣，并用私鑰對(duì)從我的地址轉(zhuǎn)到你的地址的新交易進(jìn)行簽名。一旦交易完成，這些比特幣就轉(zhuǎn)到你的錢包地址中去。你的錢包中新交易的未使用交易輸出，只有你的私鑰才可以打開。

從以上討論中我們可以看到，的確不存在比特幣，只有未使用的交易輸出(UTXO)。每一筆比特幣都源自上一個(gè)交易，可以一直向上追溯上去。而一直向上追溯，在每一筆比特幣的源頭，都有一種特殊的交易，即比特幣礦工因挖礦獲得獎(jiǎng)勵(lì)的創(chuàng)幣交易，每一個(gè)比特幣都是通過挖礦被創(chuàng)造出來的。假設(shè)我作為比特幣礦工挖礦成功贏得了 25 個(gè)比特幣，那么這個(gè)特殊交易是，它的輸入是 0，而輸出是 25 個(gè)比特幣進(jìn)到礦工的錢包地址中。

未使用的交易輸出(UTXO)和我們熟悉的銀行賬戶有著很大的不同。為什么要采用這樣的設(shè)計(jì)?對(duì)比銀行賬戶和比特幣的 UTXO，我們可以看到 UTXO 的優(yōu)點(diǎn)。

1) UTXO設(shè)計(jì)易于確認(rèn)比特幣的所有權(quán)

如果采用傳統(tǒng)的賬戶設(shè)計(jì)，當(dāng)我要轉(zhuǎn)賬 8 個(gè)比特幣出去時(shí)，為了完全避免造假，我們就需要逐一向上追溯，確認(rèn)之前的每一筆交易，從而證明我的確擁有 8 個(gè)比特幣。

采用現(xiàn)在的 UTXO 設(shè)計(jì)，要確認(rèn)我擁有 8 個(gè)比特幣，只要確認(rèn)上一個(gè)交易我的確獲得了它們即可。通常只要上一個(gè)交易是真實(shí)的，我就的確擁有這些比特幣。而我們都知道，一個(gè)區(qū)塊經(jīng)過 6 次確認(rèn)，其中的交易可被認(rèn)為是真實(shí)無誤的。

2) UTXO設(shè)計(jì)與區(qū)塊鏈賬本是完全融為一體的

區(qū)塊鏈賬本存儲(chǔ)的是狀態(tài)。以太坊是對(duì)比特幣區(qū)塊鏈的改進(jìn)，在白皮書中，以太坊創(chuàng)始人維塔利克分析了比特幣，他認(rèn)為，“比特幣賬本可以被認(rèn)為是一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(state transition system)”。以太坊也是采用這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但對(duì)之進(jìn)行了改進(jìn)。

微觀地看，每一個(gè)區(qū)塊鏈中的交易都是一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)，以太坊白皮書就用“以太坊狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)”(Ethereum state transition function)來討論在區(qū)塊鏈上一個(gè)交易的進(jìn)行過程。

幾乎所有的區(qū)塊鏈都是采用這一設(shè)計(jì)，每一個(gè)新區(qū)塊和它之前的所有區(qū)塊一起形成了一個(gè)新的狀態(tài)，如此重復(fù)、持續(xù)下去。在確認(rèn)之后，之前的狀態(tài)就不可篡改，即不可隨意更改。UTXO(未使用的交易輸出)是與這種狀態(tài)的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的。

加深對(duì) UTXO 的理解

UTXO 是 unspent transaction outputs(未使用的交易輸出)的縮寫，每一個(gè)比特幣其實(shí)都是 UTXO，它是比特幣的最核心概念之一。

參考資料：《區(qū)塊鏈：技術(shù)驅(qū)動(dòng)金融》中相應(yīng)的討論，及文章“比特幣和以太坊的記賬方式——UTXO 和賬戶余額”(黃世亮/文)。

你的比特幣就是 UXTO

比特幣的挖礦節(jié)點(diǎn)獲得新區(qū)塊的挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，比如 12.5 個(gè)比特幣，這時(shí)，它的錢包地址得到的就是一個(gè) UTXO，即這個(gè)新區(qū)塊的幣基交易(也稱創(chuàng)幣交易)的輸出。幣基交易是一個(gè)特殊的交易，它沒有輸入，只有輸出。

當(dāng)甲要把一筆比特幣轉(zhuǎn)給乙時(shí)，這個(gè)過程是把甲的錢包地址中之前的一個(gè) UTXO，用私鑰進(jìn)行簽名，發(fā)送到乙的地址。這個(gè)過程是一個(gè)新的交易，而乙得到的是一個(gè)新的 UTXO。

這就是為什么有人說在這個(gè)世界上根本沒有比特幣，只有 UTXO，你的地址中的比特幣是指沒花掉的交易輸出。

詳看從甲轉(zhuǎn)賬給乙的過程

假設(shè)甲(Alice)向乙(Bob)轉(zhuǎn)賬，則轉(zhuǎn)賬過程可以分成三個(gè)階段(見圖1)：

1) 假設(shè)Alice之前通過挖礦獲得了 12.5 個(gè)比特幣，在她的地址中，這些比特幣是某個(gè)幣基交易的 UTXO。

2) Alice 發(fā)起一個(gè)交易，輸入是自己的上一個(gè)交易，輸出是 Bob 的地址，數(shù)量是 12.5 個(gè)比特幣，Alice 用自己的私鑰對(duì)交易進(jìn)行簽名。

這里簡化了交易過程，只討論了將上一個(gè)交易的輸出全部轉(zhuǎn)帳的情況。如果試圖轉(zhuǎn)出上一個(gè)交易的輸出的一部分比特幣，則要進(jìn)行略復(fù)雜的處理。
按照比特幣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，比特幣交易還要遵循一個(gè)原則：每一次交易的輸入值都必須全部花掉，不能只花掉部分。比如，我要轉(zhuǎn)出比特幣給你的錢包地址中只有 8 個(gè)比特幣，那么很簡單，我發(fā)起一個(gè)交易，把這 8 個(gè)比特幣轉(zhuǎn)到你的錢包地址中，我簽名確認(rèn)這個(gè)交易。但假如我的錢包地址中有 25 個(gè)比特幣，那我發(fā)起的交易就不是轉(zhuǎn)給你 8 個(gè)比特幣，然后自己的錢包地址中還剩下 17 個(gè)比特幣。這時(shí)，我發(fā)起的交易是：從我的錢包地址中轉(zhuǎn) 8 個(gè)比特幣給你，同時(shí)轉(zhuǎn) 17 個(gè)比特幣給我的同一地址。

3) 當(dāng)交易被區(qū)塊鏈確認(rèn)后，Alice 的 UTXO 就變成了 0。而在Bob的地址中就多了一個(gè) UTXO，數(shù)量是 12.5。

圖1：比特幣轉(zhuǎn)賬的三個(gè)階段

存在 Bob 的錢包地址中的這些比特幣只有用 Bob 的私鑰才可以簽名轉(zhuǎn)賬給其他人。

如果Bob要將這些比特幣轉(zhuǎn)賬給其他人，則重復(fù)上述過程。

簡單地說，從一個(gè)地址向另一個(gè)地址轉(zhuǎn)賬比特幣的過程，是用這個(gè)地址對(duì)應(yīng)的私鑰打開，再加密到另一個(gè)地址的過程。這個(gè)私鑰的打開和加密就是簽名的過程。在這個(gè)過程中，接收比特幣的一方并不需要?jiǎng)佑米约旱乃借€。

我的比特幣是什么樣的?它們存在哪兒

初次接觸比特幣的人會(huì)問：我的比特幣是什么樣的?它們存在哪兒?

如果你頭腦中參照的是在物理世界中購買金幣，那么這里很不一樣，你的比特幣并不是存在家中或金庫中，并不存在一個(gè)數(shù)字文件表示“你的比特幣”。

如果你頭腦中參照的是銀行的存款，那么你可以假設(shè)，你的比特幣就“存在”于一個(gè)賬本上，我們已經(jīng)知道了，在數(shù)字世界中，價(jià)值是賬本中的“記錄”。

不同的是，對(duì)比特幣來說，這個(gè)賬本不是一家銀行的中心化數(shù)據(jù)庫，比特幣的賬本是一個(gè)分布式賬本，存在于一個(gè)去中心化的網(wǎng)絡(luò)上。任何人都可以接入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，把這個(gè)賬本下載下來。但是，只有用你的私鑰才能動(dòng)用你的地址中的比特幣。

我們還可以再換一個(gè)角度看，你的比特幣在哪兒?按前面說的，比特幣就是 UTXO，那么比特幣可以被看成是上面的物理世界金幣和銀行存款兩種概念的混合：

一方面，你的比特幣是有一個(gè)“物理存在”的——對(duì)應(yīng)著一個(gè)數(shù)據(jù)文件。比特幣以一個(gè)交易的UTXO的形式存在著，每個(gè)交易都可被看成是一個(gè)數(shù)據(jù)文件。

另一方面，所有這些交易被打包進(jìn)區(qū)塊鏈的區(qū)塊中，后一個(gè)區(qū)塊連著前一個(gè)區(qū)塊，形成一條鏈，也就是獨(dú)特的賬本。這么看，你的比特幣是這個(gè)賬本上的記錄。

為什么采用UTXO的形式

UTXO 與我們熟悉的賬戶概念的差別很大。我們?nèi)粘＝佑|最多的是賬戶，比如，我在銀行開設(shè)一個(gè)賬戶，賬戶里的余額就是我的錢。

但在比特幣網(wǎng)絡(luò)中沒有賬戶的概念，你可以有多個(gè)錢包地址，每個(gè)錢包地址中都有著多個(gè) UTXO，你的錢是所有這些地址中的 UTXO 加起來的總和。

中本聰發(fā)明比特幣的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金，UTXO 的設(shè)計(jì)正可以看成是借鑒了現(xiàn)金的思路：我們可能在這個(gè)口袋里裝點(diǎn)現(xiàn)金，在那個(gè)柜子角落里放點(diǎn)現(xiàn)金，在這種情況下不存在一個(gè)賬戶，你放在各處的現(xiàn)金加起來就是你所有的錢。

采用 UTXO 設(shè)計(jì)還有一個(gè)技術(shù)上的理由，這種特別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以讓雙重花費(fèi)更容易驗(yàn)證。對(duì)比一下：

如果采用賬戶和賬戶余額設(shè)計(jì)，Alice 要轉(zhuǎn)賬給 Bob，為了確保 Alice 的確有錢，我們需要核查她之前所有的交易。隨著時(shí)間的推移，比特幣的交易越來越多，這個(gè)驗(yàn)證的難度會(huì)持續(xù)上升。

采用 UTXO 設(shè)計(jì)，我們只要沿著每個(gè)交易的輸入逐級(jí)向上核查，直到查到這筆比特幣的創(chuàng)幣交易即可。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)核查也會(huì)變難，但變難的速度要遠(yuǎn)低于采用賬戶和賬戶余額設(shè)計(jì)。

這種設(shè)計(jì)使得比特幣系統(tǒng)作為一種電子現(xiàn)金系統(tǒng)有著非常大的可擴(kuò)展性。當(dāng)然，我們很快會(huì)看到，通常被認(rèn)為是區(qū)塊鏈 2.0 的以太坊沒有繼續(xù)采用 UTXO 設(shè)計(jì)，而是考慮到其他因素，采用了賬戶余額的設(shè)計(jì)，其代價(jià)正是中本聰可能已經(jīng)考慮到的復(fù)雜性。

以上就是UTXO：未使用的交易輸出，比特幣核心概念之一的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于UTXO的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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