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1. 比特幣交易簡介
比特幣交易是比特幣系統最重要的部分，本質是數據結構，數據結構中含有比特幣交易參與者價值轉移的相關信息。比特幣區塊鏈是一本全球複製記賬總賬簿，每個比特幣交易即賬簿上公開的一頁轉賬記錄。
2. 比特幣交易的生命週期
- 創建比特幣交易，通過一個或多個簽名加密，
簽名標誌了該比特幣的使用許可。 - 交易廣播到比特幣網絡中，每個節點進行驗證，並進行廣播，直到該交易被大多數節點接收。
- 比特幣交易被一個挖坑節點驗證，並被添加到區塊鏈一個記錄多筆交易的區塊中。
一個交易如果被記錄到區塊鏈上並被足夠多的後續區塊確認，便成爲比特幣總賬簿的一部分，並被所有比特幣交易參與者認可爲有效交易。
2.1. 創建比特幣交易
比特幣交易類似紙質支票，比特幣交易帶有貨幣轉移的目的，交易可以被任何人在線上或線下創建，但是交易的發起人並不一定是簽署該筆交易的人，比如一個負責應付賬款的櫃員發起交易，但需要CEO進行簽名纔有效。比特幣交易的資金來源是以往的某筆交易輸入，而不是一個特定賬戶。
一筆比特幣交易被創建，會被所有資金所有者簽名，如果是合法創建和簽名，則該交易是有效的。
2.2. 廣播交易至比特幣網絡
一筆交易需要傳遞到比特幣網絡中，才能被傳播也才能加入區塊鏈中。本質上比特幣交易是一份數據，並且需要被髮送到比特幣節點的任何一個。該交易經過簽名但不含任何機密信息、私鑰等，因此可以被公開傳播。
2.3. 比特幣交易在比特幣網絡中傳播
比特幣交易被髮送到比特幣網絡的任一節點，該節點將會驗證該筆交易。具體如下：
- 如果驗證爲有效，則廣播該交易至其他連接節點；交易發起者會接收到表示交易有效並被接受的返回信息。
- 如果驗證爲無效，則拒絕該交易；交易發起者會接收到交易被拒絕的信息。
比特幣網絡是個點對點網絡，每個比特幣節點都可以連接其他節點。整個比特幣網絡形成鬆散連接，沒有固定拓撲的網狀結構，所以節點地位同等。一筆有效的交易被驗證後會被傳播到其他節點，以此類推，交易會被迅速擴散式傳播，直到所有節點都接收到它。
每個節點在傳播每筆交易前均進行獨立驗證，因此比特幣網絡可以抵禦入侵，拒絕服務式攻擊等。
3. 交易結構
一筆比特幣交易是一個包含輸入值和輸出值的數據結構，該數據結構植入了將一筆資金從起始點（輸入值）轉移至目標地址（輸出值）的代碼信息。比特幣交易的輸入值和輸出值與賬戶或身份信息無關。
交易結構
| 大小 | 字段 | 描述 |
|---|---|---|
| 4字節 | 版本 | 明確這筆交易參照的規則 |
| 1-9字節 | 輸入數量 | 被包含的輸入的數量 |
| 不定 | 輸入 | 一個或多個交易輸入 |
| 1-9字節 | 輸出數量 | 被包含的輸出的數量 |
| 不定 | 輸出 | 一個或多個交易輸出 |
| 4字節 | 時鐘時間 | 一個UNIX時間戳或區塊號 |
4. 交易的輸出和輸入
比特幣交易的基本單位是一個未花費的輸出（UTXO），UTXO是不能分割，被記錄於區塊鏈中並被整個網絡識別成貨幣單位的一定量的比特幣貨幣。比特幣沒有賬戶和餘額的概念，只有分散到區塊鏈中的UTXO。比特幣的餘額是比特幣錢包通過掃描區塊鏈並聚合所有屬於該用戶的UTXO來計算該用戶餘額。
比特幣可以分成表示八位小數的聰，一個UTXO可以是一“聰”的任意倍，UTXO雖然可以是任意值但一旦被創造出來就不能被切分。就好比，用5元紙幣支付2元的商品，不能將5元撕成一半支付，而是支付5元，找零3元。比特幣錢包可以自動通過組合若干UTXO來準確支付或找零。
被交易消耗的UTXO被稱爲交易輸入，被交易創建的UTXO稱爲交易輸出。通過不斷在交易鏈中消耗和創建UTXO，實現比特幣價值在不同所有者之間轉移。一筆比特幣交易通過使用所有者的簽名來解鎖UTXO，通過新的使用者的比特幣地址來鎖定並創建UTXO。
4.1. 交易輸出
每一筆比特幣交易創造輸出，輸出都會被比特幣賬簿記錄下來。幾乎所有的輸出都能創造一定數量的可用於支付的比特幣，也就是UTXO。這些UTXO被整個網絡識別，並且所有者可在未來的交易中使用它們。給某人發送比特幣實際上是創造新的UTXO，註冊到那個人的地址，並且能被他用於新的支付。
UTXO被每一個全節點比特幣客戶端在一個儲存於內存中的數據庫所追蹤，該數據庫也被稱爲“UTXO集”或者“UTXO池”。新的交易從UTXO集中消耗（支付）一個或多個輸出。
交易輸出包含兩部分：
- 一定量的比特幣，被命名爲“聰”，是最小的比特幣單位；
- 一個鎖定腳本，也被當作是“障礙”，提出支付輸出所必須被滿足的條件以“鎖住”這筆總額。
交易輸出結構
| 尺寸 | 字段 | 說明 |
|---|---|---|
| 8個字節 | 總量 | 用聰表示的比特幣值（10-8比特幣） |
| 1–9個字節（可變整數） | 鎖定腳本尺寸 | 用字節表示的後面的鎖定腳本長度 |
| 變長 | 鎖定腳本 | 一個定義了支付輸出所需條件的腳本 |
支付條件（障礙）
交易輸出把用聰表示的一定數量的比特幣，和特定的定義了支付輸出所必須被滿足的條件的障礙，或者叫鎖定腳本，關聯到了一起。在大多數情況下，鎖定腳本會把輸出鎖在一個特定的比特幣地址上，從而把一定數量的比特幣的所有權轉移到新的所有者上。
4.2. 交易輸入
交易輸入是指向UTXO的指針。它們指向特定的UTXO，並被交易哈希和在區塊鏈中記錄UTXO的序列號作爲參考。若想支付UTXO，一個交易的輸入也需要包含一個解鎖腳本，用來滿足UTXO的支付條件。解鎖腳本通常是一個簽名，用來證明對於在鎖定腳本中的比特幣地址擁有所有權。
當用戶付款時，他的錢包通過選擇可用的UTXO來構造一筆交易。比如說，要支付0.015比特幣，錢包應用會選擇一個0.01 UTXO和一個0.005 UTXO，使用它們加在一起來得到想要的付款額。
一旦UTXO被選中，錢包會爲每個UTXO生成包含簽名的解鎖腳本，由此讓它們變得可以通過滿足鎖定腳本的條件來被支付。錢包把這些UTXO作爲參考，並且連同解鎖腳本一起作爲輸入加到交易中。
交易輸入的結構
| 尺寸 | 字段 | 說明 |
|---|---|---|
| 32個字節 | 交易 | 指向交易包含的被花費的UTXO的哈希指針 |
| 4個字節 | 輸出索引 | 被花費的UTXO的索引號，第一個是0 |
| 1–9個字節（可變整數） | 解鎖腳本尺寸 | 用字節表示的後面的解鎖腳本長度 |
| 變長 | 解鎖腳本 | 一個達到UTXO鎖定腳本中的條件的腳本 |
| 4個字節 | 序列號 | 目前未被使用的交易替換功能，設成0xFFFFFFFF |
4.3. 交易費
交易費可當作是爲了包含（挖礦）一筆交易到下一個區塊中的一種鼓勵，也可當作是對於欺詐交易和任何種類的系統濫用，在每一筆交易上通過徵收一筆小成本的稅而造成的一種妨礙。交易費被挖出這個區塊的礦工得到，並且記錄在這個交易的區塊鏈中。
交易費基於交易的尺寸，用千字節來計算，與參加交易的比特幣值無關。總的來說，交易費基於市場所設置，生效於比特幣網絡中。
交易費的高低影響交易被處理的優先級，即交易費高的交易可以被優先處理，交易費低的交易被延遲處理，甚至不被處理。
4.4. 把交易費加到交易中
交易的數據結構沒有交易費的字段，而是輸入總額與輸出總額之間的差來表示。
交易費 = 求和（所有輸入） - 求和（所有輸出）
當一筆交易需要找零時，交易費 = 付款金額 - 收款金額 - 找零金額。
5. 交易鏈條和孤立交易
交易形成一條鏈，這條鏈的形式是一筆交易消耗了先前的交易（父交易）的輸出，併爲隨後的交易（子交易）創造了輸出。
有的時候組成整個鏈條的所有交易依賴於他們自己——比如父交易、子交易和孫交易——而他們又被同時創造出來，來滿足複雜交易的工作流程。這需要在一個交易的父交易被簽名之前，有一個合法的子交易被簽名。
當父交易和子交易同時被創建的時候，如果子交易比父交易先到達目的地，驗證的時候找不到父交易，此時子交易會被放到臨時池中（沒有父交易的交易池稱爲孤立交易池），一旦接收到父交易，孤立池的子交易就會被釋放出來，遞歸重新驗證。
內存中儲存的孤立交易數量是有限制的，避免拒絕服務攻擊（DoS）。最大值爲MAX_ORPHAN_TRANSACTIONS，如果超過該值，會隨機選出一個或多個孤立交易丟棄，直到交易數低於該值。
6. 比特幣交易腳本和腳本語言
比特幣客戶端通過執行一個用類Forth腳本語言編寫的腳本驗證比特幣交易。鎖定腳本被寫入UTXO，同時它往往包含一個用同種腳本語言編寫的簽名。當一筆比特幣交易被驗證時，每一個輸入值中的解鎖腳本被與其對應的鎖定腳本同時（互不干擾地）執行，從而查看這筆交易是否滿足使用條件。
6.1. 腳本創建（鎖定和解鎖）
比特幣的交易驗證引擎依賴於兩類腳本來驗證比特幣交易：一個鎖定腳本和一個解鎖腳本。
鎖定腳本是一個放在一個輸出值上的“障礙”，同時它明確了今後花費這筆輸出的條件。由於鎖定腳本往往含有一個公鑰（即比特幣地址）。解鎖腳本是一個“解決”或滿足被鎖定腳本在一個輸出上設定的花費條件的腳本，同時它將允許輸出被消費。解鎖腳本是每一筆比特幣交易輸出的一部分，而且往往含有一個被用戶的比特幣錢包（通過用戶的私鑰）生成的數字簽名。由於解鎖腳本常常包含一個數字簽名，因此它曾被稱作ScriptSig。
每一個比特幣客戶端會通過同時執行鎖定和解鎖腳本來驗證一筆交易。對於比特幣交易中的每一個輸入，驗證軟件會先檢索輸入所指向的UTXO。這個UTXO包含一個定義了花費條件的鎖定腳本。接下來，驗證軟件會讀取試圖花費這個UTXO的輸入中所包含的解鎖腳本，並執行這兩個腳本。
使用堆棧執行引擎執行解鎖腳本。如果解鎖腳本在執行過程中未報錯（沒有懸空操作符），主堆棧（非其它堆棧）將被複制，然後腳本將被執行。如果採用從解鎖腳本處複製而來的數據執行鎖定腳本的結果爲真，那麼解鎖腳本就成功地滿足了鎖定腳本所設置的條件，因而，該輸入是一個能使用該UTXO的有效授權。如果在執行完組合腳本後的結果不是真，那麼輸入就不是有效的，因爲它並未能滿足UTXO中所設置的使用該筆資金的條件。
UTXO是永久性地記錄在區塊鏈中的，因此它不會因一筆新交易所發起的無效嘗試而變化或受影響。只有一筆有效的能準確滿足UTXO條件的交易纔會導致UTXO被標記爲“已使用”，然後從有效的（未使用）UTXO集中所移除。
解鎖和鎖定腳本樣本
6.2. 腳本語言
比特幣腳本語言被稱爲基於棧語言，因爲它使用的數據結構被稱爲棧。腳本語言通過從左至右地處理每個項目的方式執行腳本。數字（常數）被推送至堆棧，操作符向堆棧推送（或移除）一個或多個參數，對它們進行處理，甚至可能會向堆棧推送一個結果。
6.3. 圖靈非完備性
比特幣腳本語言沒有循環或者複雜流控制功能以外的其他條件的流控制。即圖靈非完備性，這意味着腳本的複雜性有限，交易可執行的次數有限。這種限制避免受到拒絕服務攻擊。
6.4. 非主權驗證
比特幣交易腳本語言是無國家主權的，一個腳本能在任何系統上以相同的方式執行。如果你的系統對一個腳本進行驗證，可以確信的是每一個比特幣網絡中的其他系統也將對其進行驗證，這意味着一個有效的交易對每個人而言都是有效的。
7. 標準交易
比特幣發展中，開發者對可以經由客戶端進行操作的腳本類型設置了一些限制。這些限制被編譯爲一個Standard（）函數，該函數定義了五種類型的標準交易。五大標準腳本分別爲P2PKH、P2PK、MS（限15個密鑰）[多重簽名]、P2SH和OP_Return。
7.1. 多重簽名
多重簽名腳本設置了這樣一個條件，假如記錄在腳本中的公鑰個數爲N，則至少需提供其中的M個公鑰纔可以解鎖。這也被稱爲M-N組合，其中，N是記錄在腳本中的公鑰總個數，M是使得多重簽名生效的公鑰數閥值（最少數目）。
參考：
