科普 | 比特幣交易的過程_比特幣

最近這段時間，博主在整理一份通俗易懂的挖礦科普專輯，希望從最初加密貨幣交易的發生到挖礦確認交易的各個環節，全面地介紹挖礦過程中，到底發生了什么，哪些環節產生了挖礦收益，而我們常說的算力又指的是什么，挖礦收益為何要這樣分配等等。

以比特幣為例，我們知道比特幣網絡里設計挖礦的目的是打包交易，維護比特幣網絡，那么交易其實就是跟挖礦息息相關的第一個環節。在比特幣網絡中交易的過程使用了非對稱加密技術，數字摘要技術，區塊鏈技術等，其中的技術實現，已經有眾多大神珠玉在前，博主就不獻丑了。這篇文章的主要目的是將比特幣的交易過程用較為淺顯的語言展示出來，讓更多跟筆者一樣的技術門外漢了解比特幣。

國務院：推進科普與區塊鏈技術深度融合:為貫徹落實黨中央、國務院關于科普和科學素質建設的重要部署，依據《中華人民共和國科學技術進步法》、《中華人民共和國科學技術普及法》制定《全民科學素質行動規劃綱要（2021－2035年）》，其中要求實施智慧科普建設工程。推進科普與區塊鏈等技術深度融合，強化需求感知、用戶分層、情景應用理念，推動傳播方式、組織動員、運營服務等創新升級，加強“科普中國”建設，強化科普信息落地應用，與智慧教育、智慧城市、智慧社區等深度融合。（新華社）[2021/7/10 0:40:52]

在展開說明之前，需要先安利幾個概念：

非對稱加密：也叫公開密鑰加密，它是通過密碼學的算法生成一對公私鑰，公鑰對外公開，私鑰由本人保管。它有兩個

用途：一，他人可以將數據用公開的公鑰加密后傳輸給公鑰持有人，公鑰持有人使用對應的私鑰將數據解密，讀取信息，通過這種方式，可以保證

火幣推出《一分鐘讀懂DeFi》系列科普視頻:據官方消息，8月24日，火幣推出《一分鐘讀懂DeFi》系列科普視頻，并與微博財經合作冠名播出，布道DeFi認知，助力行業發展《一分鐘讀懂DeFi》是由火幣成長學院打造的業內首個系統全面講解DeFi的系列科普動畫，繼推出《區塊鏈100問》后的再續佳作。《一分鐘讀懂DeFi》系列動畫對DeFi的發展進行系統梳理，適合想要由淺入深、全面系統了解區塊鏈DeFi的人們輕松了解DeFi。目前視頻已由火幣網官方微博發布。[2020/8/24]

信息傳輸的安全性；二，公鑰持有人可以使用私鑰對

信息簽名，然后將信息和簽名一起發送給他人，他人可以通過公鑰對信息簽名進行驗證，驗證簽名信息與發送信息一致，則證明信息是由公鑰持有人發出，可以在不暴露公鑰持有人身份和私鑰的情況下，確保信息來源的可靠性。（參考鏈接：

聲音 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

https://en.wikipedia.org/wiki/Public-key_cryptography）

哈希算法：也叫散列函數，可以通過它將數據量較大的消息或者數據計算出一個格式固定，數據量較小的

數字摘要。好的哈希算法應該是

不可逆的，

敏感的，

防沖突的。（參考鏈接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_function）

動態 | 央行官微舊文重發“再科普”：范一飛詳解數字貨幣:據中國經濟網消息，今日，央行官微公眾號頭條重新發布央行副行長范一飛在2018年1月25日題為《關于央行數字貨幣的幾點考慮》的文章，對央行數字貨幣再次進行科普。同時，微信公眾號第二條發布支付司副司長穆長春8月10日在第三屆中國金融四十人伊春論壇上的演講。近年來，各主要國家和地區央行及貨幣當局均在對發行央行數字貨幣開展研究，新加坡央行和瑞典央行等已經開始進行相關試驗，人民銀行也在組織進行積極探索和研究。[2019/8/21]

比特幣里的公鑰和私鑰：比特幣世界里，用來確定比特幣歸屬的是按照比特幣協議生成的一對對公鑰和私鑰，它們通過非對稱加密算法生成，

公鑰通過兩次

哈希算法運算

得到一個散列值，再經過

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

Base58Check編碼生成了我們常見到的比特幣的

錢包地址。所以錢包地址經過解碼后，就可以得到對應公鑰的哈希，可以用于驗證私鑰簽名，加密數據等等。

UTXO：Unspenttransactionoutput，未花費的交易輸出，它是比特幣世界里的

抽象貨幣，每個UTXO都被一個

公鑰鎖定，只有持有該公鑰對應私鑰的人，可以

通過私鑰簽名并使用該UTXO。可以把UTXO理解為

抽象的紙幣，但它的面值不是固定的。（參考鏈接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Unspent_transaction_output）

拋開代碼，我們接下來看看比特幣的交易是怎樣的一個過程：

如下圖，有甲、乙、丙、丁四個人，他們都有比特幣錢包，錢包私鑰自己持有，錢包地址在比特幣網絡公開，用于UTXO的鎖定和驗證。

起始，甲給丙0.7BTC，在比特幣網絡里的記錄是

UTXO(1)：甲給丙0.7BTC；乙給丙0.5BTC，在比特幣網絡里的記錄是

UTXO(2)：乙給丙0.5BTC。此時，丙的比特幣錢包的賬戶余額為這兩個UTXO之和，

丙的比特幣總數=UTXO(1)+UTXO(2)=1.2BTC。如下圖：

這天，丙向丁買了一批貨物，需要向丁支付0.8BTC。丙通過比特幣網絡向丁轉賬，但丙現有的兩個UTXO均不足0.8BTC，需要將兩個UTXO一起使用，

類似現金交易：給丁支付1.2BTC，丁找給丙0.4BTC。但在比特幣網絡中，這個

找零的工作是由丙自己發起的。

整個交易的流程如下：

丙通過比特幣錢包準備交易信息，交易信息包括輸入和輸出兩個部分，輸入是UTXO(1)和UTXO(2)，以及丙的錢包私鑰簽名

交易的輸出是未確認的UTXO(3)：丙給丁0.8BTC，這個新的UTXO指向丁的錢包公鑰，待交易確認后，將被丁的錢包公鑰鎖定。

此時還有0.4BTC需要找零給丙，因此還需要輸出一個未確認的UTXO(4):丙給丙0.3999BTC，這個新的UTXO指向丙的錢包公鑰，待交易確認后，將被丙的錢包公鑰鎖定。

為什么找零的數額不是0.4BTC呢？因為比特幣網絡要求，交易轉賬，需要向比特幣網絡支付交易手續費。剩余0.0001BTC未指向任何錢包公鑰，將作為轉賬手續費支付給打包這筆交易的礦工。

交易信息準備完畢后，經過丙的錢包驗證交易合法后，將交易廣播到比特幣網絡中，由挖礦節點驗證交易后，打包交易，并向比特幣網絡廣播，交易完成。

舊的UTXO被消耗，新的UTXO開始生效，此時丁的錢包里有一個未使用的UTXO(3):丙給丁0.8BTC，丙的錢包里有一個未使用的UTXO(4):丙給丙0.3999BTC。

以上是較為抽象的比特幣交易的過程，有關比特幣交易的構造，簽名驗證，節點驗證，交易廣播，加入挖礦節點mempool，礦工構造預備區塊，以及最終的出塊確認的過程，后續會分別介紹，本篇不做展開。

從這個抽象的交易過程，我們可以發現，比特幣的交易實質上是一堆UTXO的輸入和輸出的過程，伴隨舊的UTXO被消耗，新的UTXO產生，完成了一次又一次的比特幣交易。交易的過程由非對稱加密和哈希算法進行雙重保護，比特幣持有者可以放心完成交易而不必擔心身份被泄露，交易過程中也消耗了一部分比特幣，用于獎勵打包交易的礦工，使礦工樂于完成自己維護比特幣網絡的任務。

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