【比特币源码】交易 transaction

名词 术语

• 交易: 简单地说，交易指把⽐特币从⼀个地址转到另⼀个地址。更准确地说，⼀笔“交易”指⼀个经过签名运算的，表达价值转移的
  数据结构。每⼀笔“交易”都经过⽐特币⽹络传输，由矿⼯节点收集并封包⾄区块中，永久保存在区块链某处。
• 交易验证: 被验证成功的交易放入本地内存交易池中（Local Memory Tx Pool，交易池是存储在本地内存中，并不是存储在硬盘里，因此不同节点的两池内容可能有很大差别。原则是，要保证任何在本地内存交易池中的交易均是未确认的。
• 交易确认: 当⼀项交易被区块收录时，我们可以说它有⼀次确认。矿⼯们在此区块之后每再产⽣⼀个区块，此项交易的确认数就再加⼀。当确认数达到六及以上时，通常认为这笔交易⽐较安全并难以逆转。
  • 确认数+1什么意思？
• 交易权重: 挨个打包进入到区块体中；优先处理权重最高的交易；偶尔会出现提示：”当前网路交易拥堵，建议提高交易费用”。正是因为按照优先级处理，所以在网络交易拥堵的时候，有可能造成低优先级的交易“永远”不会被打包。交易的权重大小取决于三个因素：1）交易创建时间越早；2）交易UTXO大小越大；3）交易费用越高，则权重越大。
• ⼯作量证明: ⼯作量证明指通过有效计算得到的⼀⼩块数据。具体到⽐特币，矿⼯必须要在满⾜全⽹⽬标难度的情况下求解SHA256算法

• 难度: 整个⽹络会通过调整“难度”这个变量来控制⽣成⼯作量证明所需要的计算⼒。难度怎样调整的，见。。
• 难度⽬标: 使整个⽹络的计算⼒⼤致每10分钟产⽣⼀个区块所需要的难度数值即为难度⽬标。
• 难度调整: 整个⽹络每产⽣2,106个区块后会根据之前2,106个区块的算⼒进⾏难度调整。

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⽐特币交易是⽐特币系统中最重要的部分。根据⽐特币系统的设计原理，系统中任何其他的部分都是为了确保⽐特币交易可
以被⽣成、能在⽐特币⽹络中得以传播和通过验证，并最终添加⼊全球⽐特币交易总账簿（⽐特币区块链）。⽐特币交易的
本质是数据结构，这些数据结构中含有⽐特币交易参与者价值转移的相关信息。⽐特币区块链是全球复式记账总账簿，每个⽐特币交易都是在⽐特币区块链上的⼀个公开记录。

比特币“交易打包”底层原理

“挖矿”与“交易打包”

前文我们说到，所谓“挖矿”，就是生成一个最新“区块”的过程，“矿工”在该过程中，是为了获取比特币的奖励（经济驱动）；

这部分奖励分为两部分：比特币网络系统的CoinBase奖励  和 所打包的所有交易的交易费（交易费的作用下文会介绍）；

那么，交易打包的过程和底层原理是什么呢？下文我们将图文展示整个交易打包的细节；

“交易打包”过程？

每个比特币客户端节点自加入比特币网络开始，无时不刻不在做着创造新区块的操作；

而创造新区块的过程，即是打包每一笔“比特币交易”的过程；

下图是站在“比特币客户端节点”的角度，来描述一次区块生成过程中的交易打包过程。

源码

primitives/transaction.h

/** The basic transaction that is broadcasted on the network and contained in
 * blocks.  A transaction can contain multiple inputs and outputs.
 */
class CTransaction
{
public:
    // 以下变量采用常量，为了避免无意的改动
    const std::vector<CTxIn> vin;
    const std::vector<CTxOut> vout;
    const int32_t nVersion;
    const uint32_t nLockTime;
    // ...
};

class COutPoint
{
public:
    uint256 hash;
    uint32_t n;
    // ...
}


/** An input of a transaction.  It contains the location of the previous
 * transaction's output that it claims and a signature that matches the
 * output's public key.
 */
class CTxIn
{
public:
    COutPoint prevout;
    CScript scriptSig;
    uint32_t nSequence;
    CScriptWitness scriptWitness; //! Only serialized through CTransaction

    static const uint32_t SEQUENCE_FINAL = 0xffffffff;
    static const uint32_t SEQUENCE_LOCKTIME_DISABLE_FLAG = (1 << 31);
    static const uint32_t SEQUENCE_LOCKTIME_TYPE_FLAG = (1 << 22);
    static const uint32_t SEQUENCE_LOCKTIME_MASK = 0x0000ffff;
    static const int SEQUENCE_LOCKTIME_GRANULARITY = 9;
}

/** An output of a transaction.  It contains the public key that the next input
 * must be able to sign with to claim it.
 */
class CTxOut
{
public:
    CAmount nValue;
    CScript scriptPubKey
}

// 可变交易是干嘛用的？交易还能撤销？更改？回退？
struct CMutableTransaction
{
    std::vector<CTxIn> vin;
    std::vector<CTxOut> vout;
    int32_t nVersion;
    uint32_t nLockTime;
}

┌─────────────────────────────────────────────┐
│Tx: 12af...e85d                              │
├─────────────────────┬───────────────────────┤
│TxIn                 │TxOut                  │
├─────────────┬───────┼──────┬────────────────┤
│prev hash    │index  │btc   │pkScript        │
├─────────────┼───────┼──────┼────────────────┤
│0000...0000  │ffff   │12.5  │OP_DUP c58a...  │
├─────────────┼───────┼──────┼────────────────┤
│2016...a3c5  │3      │0.15  │OP_DUP a1b2...  │
├─────────────┼───────┼──────┼────────────────┤
│2015...b6d8  │1      │0.08  │OP_DUP c3d4...  │
└─────────────┴───────┴──────┴────────────────┘

除了第一笔交易是矿工的挖矿所得外，每一笔交易都拥有一个或多个输入（TxIn），以及一个或多个输出（TxOut）。

第一笔矿工挖矿的收入交易通常被称为Coinbase，它没有输入，所以TxIn的Hash总是被标记为00000000...0000
其他的交易，任何一个TxIn都会唯一追溯到区块链上在本区块之前的某个交易Hash，以及索引。

通过交易Hash和索引（从0开始），即可唯一确定一个未花费的交易输出——UTXO（Unspent Transaction Output）。
这样，每一个Tx Input都和之前的某个Tx Output关联了起来。

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UTX。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

扩展阅读

• 《精通比特币》
• 深入理解比特币交易的脚本
• 比特币“交易打包”底层原理与区块链“分叉”
• 比特币和区块链啥原理？ - 李永乐
• 比特币交易如何防伪？ - 李永乐