← 返回总目录 · 区块链技术与应用笔记(BTC)
发布一个区块有出块奖励，记录一笔交易交易方要交手续费，这就是费力发布区块可以得到的的收益；
比特币系统设计为每10分钟产生一个区块，每多出21万个区块，出块奖励就减半；因此计算一下差不多每隔4(3.99)年就出块奖励减半，简单计算可以知道当时间无限长的时候，比特币总量时2100万个；
比特币区块链本身不记录任何与资金转移无关的多媒体信息，如新闻、书籍、图片等。其设计初衷就是为了专注于安全和有效地处理货币转移，而不作为一个通用的信息存储平台;以前觉得一个区块肯定会记录五花八门的信息，现在可以确定，比特币整个系统，只会记录跟钱有关的信息；
需要注意的是，比特币的区块链是一个分布式的公共账本，记录的是交易数据（transaction-based ledger），并不直接记录每个账户（或比特币地址）上的具体余额，账户的余额信息是通过交易信息间接计算而来的，相关步骤：
1. 交易驱动的账本
- 比特币的区块链是一个分布式的公共账本，主要记录的是交易数据，而不是账户余额。每笔交易记录了比特币的转移情况，包括：
- 发送者地址
- 接收者地址
- 转账金额
- 交易时间戳
- 交易的哈希值等。
2. 地址而非账户
- 比特币使用的是地址而非传统银行账户。每个用户可以生成多个比特币地址，而这些地址之间的比特币转移通过交易记录实现。用户的“账户余额”实际上是所有与其地址相关的交易输出（未花费交易输出，UTXO）。
3. 未花费交易输出（UTXO）
- 比特币系统中有一个重要的概念是“未花费交易输出”（Unspent Transaction Outputs, UTXO）。
- 这意味着每当你收到比特币时，这笔比特币的数量被记录为未花费的输出，只有在你使用这些比特币进行新的交易时，这些输出才会变为花费（spent）。
- 用户的实际可用余额是通过计算所有UTXO的总和来得出的。
4. 查询余额的方式
- 虽然区块链中不直接存储余额，但用户或钱包软件可以通过遍历相关地址的UTXO来计算每个地址的实际余额。
- 在区块链上，每个地址的交易活动都可以被追踪和查看，所以任何人都可以查询特定地址的所有交易记录，从而计算出其余额。
未花费交易输出（UTXO，Unspent Transaction Output）是什么
1. 交易输出
- UTXO 代表某个比特币交易中的输出部分，某个交易中生成的输出（output）在未被花费前都被视为 UTXO。每个 UTXO 记录了比特币的数量、接收地址和签名条件等。
2. 发送者和接收者
- 每笔交易必须从一个或多个 UTXO 中选择作为输入，以生成新的交易。当你发送比特币时，你选择某些 UTXO 作为输入。剩余的部分（如果有的话）作为新输出返回给你的地址（称为“找零”）。
3. 标准输出类型
- UTXO 主要在以下几种情况下产生：
- 支付给某个地址的比特币：当你收到比特币时，交易输出就会生成并成为 UTXO。
- 找零交易：当你用某些 UTXO 支付比特币时，将生成新的 UTXO（例如，一个输入是 1 比特币，支付给对方 0.5 比特币，剩余的 0.5 比特币返回到你的地址，成为新的 UTXO）。
4. 交易条件
- UTXO 除了存储金额外，还包含用于解锁这些比特币所需的条件（通常是公钥哈希或脚本）。这确保了只有具备特定私钥的用户才能使用这些 UTXO。
5. UTXO 集合
- 用户的可用余额并不是一个简单的数值，而是所有未花费交易输出（UTXO）集合的总和。计算用户的余额都涉及对所有 UTXO 的跟踪和累计。
6. UTXO 的状态
- 一个 UTXO 一旦被用于新的交易并作为输入而被花费，便不再是未花费的输出，将转换为已花费状态，从utxo数据结构中移除。交易确认后，会在区块链中记录这一变化。
UTXO数据结构的样子及交易具象化
UTXO 的基本结构
一个 UTXO 通常包含以下信息：
- 交易ID（txid）：指向生成这个 UTXO 的交易的唯一标识符。
- 输出索引（vout）：在该交易中的输出位置，通常是一个整数，从 0 开始计数。
- 金额（value）：这个 UTXO 的可用比特币数量，通常以 satoshi 为单位（1 BTC = 100,000,000 satoshi，Satoshi 是比特币的微小亚单位，以比特币的创始人中本聪(Satoshi Nakamoto) 的名字命名。每个比特币是由1 亿个Satoshi 组成的）。
- 地址（address）：与这个 UTXO 相关联的接收地址，表明这个比特币属于哪个用户。
示例
假设有一笔交易，其交易 ID 为：
假设交易包含了两个输出，构成 UTXO 的信息如下：
UTXO 集合
假设用户 A 收到了上述两个 UTXO，它们就可以被用户 A 用来进行后续的交易。在实际的 UTXO 集合中，可能还会有其他的 UTXO，例如：
用户余额的计算
在一个节点的 UTXO 集合中，用户 A 的 UTXO 范围会可能包括 UTXO 1、UTXO 2、UTXO 3 和 UTXO 4。用户的可用余额可以通过将这些 UTXO 的金额相加来计算：
后续进一步交易
假如A要再继续进行交易，转账给B 1.25BTC，那么A可以选择UTXO1和UTXO2，或者单独选择UTXO3或者UTXO4只要总额大于交易金额即可(实际使用中钱包会自动选择)，交易完成后，区块链上会记录交易信息，utxo集合红中上会删除掉UTXO1和UTXO2，找零0.25BTC,作为新的UTXO5写入UTXO集合中
总结
需要注意的是，虽然提到了钱包，余额，但是只是为了方便理解，实际上你并未拥有过余额那么很多软件比如说直接显示账户余额，你只是有一个权限，因为你有私钥，于是你就可以访问区块链上的一个地址，并有资格支配和该地址对应的所有UTXO,为了方便起见把你能支配的所有的UTXO的和称为账户余额；
传统银行账户，别人是无法知道你账户上有多少钱的，但是再比特币这个系统中，区块链上的所有交易都透明，utxo所有的信息也是透明的，所有的地址也是透明的，任何人都可以知道一个地址上有多少“余额”(即UTXO的和)，唯一不透明的，仅仅是地址背后所对应的人以及私钥，虽然区块链本身全部透明，但仅仅凭借这一点不透明，也足以称的上绝对的安全和隐私，以当前世界的科技水平来看，去中心化的货币其安全性和隐私性，这个安心感是无与伦比的，了解到这一点，便足以理解为什么加密货币有资格具有“存在的甚至很高的价值”
transaction-based ledger(基于交易的账本，例如BTC)和account-based ledger(基于账户的账本，利于以太坊)的区别
1. 比特币：交易驱动账本（UTXO 模型）
- 结构：
- 比特币使用未花费交易输出（UTXO）模型。每笔交易都会引用前面交易的输出作为输入。当 UTXO 被消费后，它变为已花费状态，不再可用。
- 可追踪性：
- 每笔交易都是独立的，可以追溯到它所引用的 UTXO。交易必须明确指定所有输入和输出，因此这使得交易的流动性和追踪性很高。
- 状态：
- 比特币的网络状态是通过所有的 UTXO 集合来表示的。要计算一个地址的余额，需要将所有未花费的输出相加。
- 优点：
- 增强的隐私性：由于操作的基本单元是 UTXO，而不是账户，跟踪资金流动变得更复杂。
- 防止双重支付：使用 UTXO 模型可以有效防止在同一时间内产生对相同资金两次支付的情况。
2. 以太坊：账户驱动账本
- 结构：
- 以太坊采用账户模型，由两个主要类型的账户构成：外部账户（由私钥控制）和合约账户（由智能合约控制）。每个账户都有一个状态，表示它的余额和其他数据。
- 可追踪性：
- 交易与账户状态直接关联。当用户进行交易时，账户的余额会直接更新，交易记录会明确显示账户之间的转移，而不是基于 UTXO 的输入输出模型。
- 状态：
- 以太坊的网络状态由所有账户状态组成。一个账户的余额可以直接查阅，不需要引用特定的交易。
- 优点：
- 更适合复杂的智能合约操作：由于账户的设计使得合约可以维持自己的状态，程序化交互变得更灵活。
- 更简化的用户体验：用户在进行交易时只需关心账户余额的变化，而不需要跟踪多个 UTXO。
总结
- 比特币 强调的是交易之间的联系，使用 UTXO 模型，使得每笔交易都是独立的，且更注重隐私性和双重支付的防护。
- 以太坊 侧重于账户间的状态管理，以账户模型支持智能合约和去中心化应用，提供了更直观和灵活的操作方式。
- 作者:JIAHE
- 链接:https://blog.jiaheliu.top/Study-Notes/BTC-Transaction-Mechanism-and-UTXO
- 声明:本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议，转载请注明出处。
