【Bitcoin系列】script

Bitcoin使用的是UTXO模式，一筆交易得包含至少一個(gè)vin和一個(gè)vout，還沒有被使用的vout稱為UTXO(unspent transaction output)，只要你能夠解鎖UTXO中的scriptPubKey，你就能消費(fèi)其中的余額。

script

scriptPubKey不是簡單的就是一個(gè)公鑰，而是一段script代碼，它決定了消費(fèi)這筆錢的條件。它由bitcoin規(guī)定的script words組成。[1]前面提到的“解鎖scriptPubKey”指的是“你能給scriptPubKey傳入數(shù)值，使它返回的結(jié)果為true”。

不同的script可以支持不同的應(yīng)用場景，比如常用的P2PKH、P2SH交易，前者用于支付給個(gè)人，后者使用多重簽名，需要多個(gè)人同時(shí)簽名才能消費(fèi)。他們的scriptPubKey分別是這樣的：

  • P2PKH: OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
  • P2SH: OP_HASH160 <scriptHash> OP_EQUAL

一點(diǎn)代碼的改變，就可以創(chuàng)建完全不同的邏輯，決定需要滿足什么條件才能消費(fèi)這筆錢。這也是bitcoin script的強(qiáng)大之處。通過編寫script，甚至可以支持側(cè)鏈、閃電網(wǎng)絡(luò)。

P2PKH交易

P2PKH(pay to pulic key hash)是最常見的交易形式，用于支付給個(gè)人，它的script的形式是這樣的：

scriptPubKey: OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
scriptSig: <sig> <pubKey>

它用到的命令OP_DUP, OP_HASH160, OP_EQUALVERIFY, OP_CHECKSIG在 https://en.bitcoin.it/wiki/Script 的對照表中都可以找到對應(yīng)的意義。比如OP_HASH160表示執(zhí)行兩次hash運(yùn)算，依次用SHA-256、RIPEMD-160算法。

opcode對照表

地址

scriptPubKey的<pubKeyHash>可以看作是P2PKH交易的地址，也就是說接收轉(zhuǎn)賬的時(shí)候需要告訴對方的是自己的<pubKeyHash>(等于RIPEMD-160(SHA-256(public key)))，而不是public key本身。

為了迎合人的習(xí)慣，減少地址的長度，可以對地址進(jìn)行Base58編碼。相比Base64編碼，Base58編碼不使用(0, O, l, I)，因?yàn)槿巳菀赘慊煜?。然后還會(huì)在地址前面加上地址使用的規(guī)范的版本號，以實(shí)現(xiàn)向后兼容。編碼后的地址是給人看的，計(jì)算機(jī)處理的時(shí)候會(huì)先解碼。

生成地址的過程[2]：

舉例

比如有一筆交易，Alice轉(zhuǎn)出500個(gè)BTC給Bob。使用命令bitcoin-cli getrawtransaction txid 1查看交易的完整信息，它包含了交易的scriptSig, scriptPubKey。（末尾加上1，表示將返回可讀形式的結(jié)果，否則得到是hex格式。）

$ getrawtransaction 963e9c337a8d7277194313abd2df70646e5cc1c8d7e36ebf2acf5d8fd66e10dc 1

返回結(jié)果包括vin和vout

vin

vin需要指定它UTXO的txid，和用于解鎖這個(gè)UTXO的scriptSig。

"vin": [
    {
      "txid": "75ff1170e017ba20bb20a9bf2f3c7cd4390a72f1d5eb4af35cbd8851aa303fb6",
      "vout": 1,
      "scriptSig": {
        "asm": "0014bd392459da24fbbd84beb55604f2e9a0d9524b1e",
        "hex": "160014bd392459da24fbbd84beb55604f2e9a0d9524b1e"
      },
      "txinwitness": [
        "3044022003b07eafbddef7e8d36b1591b39166fc01810e0490d7fbe88cb77e5cc38cf75c0220015db647488ecb83a1ab467880698ac7f32beb74c3ae3c1bab14fc0e9fade68601",
        "022058a9a3a8e1415b7db0aca473c1df5d47634a0da44e4c25dc2a14739d189ee4"
      ],
      "sequence": 4294967293
    }
  ],

vout

vout需要指定轉(zhuǎn)賬金額，和這些金額的解鎖條件scriptPubKey。

 "vout": [
    {
      "value": 500.00000000,
      "n": 0,
      "scriptPubKey": {
        "asm": "OP_DUP OP_HASH160 e7c1345fc8f87c68170b3aa798a956c2fe6a9eff OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG",
        "hex": "76a914e7c1345fc8f87c68170b3aa798a956c2fe6a9eff88ac",
        "reqSigs": 1,
        "type": "pubkeyhash",
        "addresses": [
          "n2eMqTT929pb1RDNuqEnxdaLau1rxy3efi"
        ]
      }
    },
    ...
  ],

Alice轉(zhuǎn)賬500BTC給Bob后，Bob創(chuàng)建了新的交易，轉(zhuǎn)了一些BTC給Carol。Bob的這筆轉(zhuǎn)賬交易的vin需要包含scriptSig，P2PKH交易的scriptSig的格式是<sig> <pubKey>，即公鑰加電子簽名。

礦工收到交易后，會(huì)對其進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證內(nèi)容是：前一筆交易（Alice轉(zhuǎn)賬給Bob）的vout中scriptPubKey，和新交易（Bob轉(zhuǎn)賬給Carol）的vin中的scriptSig。

  • 先將scriptSig添加到scriptPubKey前面，拼起來，得到<Sig> <PubKey> OP_DUP OP_HASH160 <PubkeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG。
  • 對這個(gè)拼接得到的script進(jìn)行運(yùn)算，如果結(jié)果為true，則通過驗(yàn)證。[3]

script的運(yùn)算過程

<Sig> <PubKey> OP_DUP OP_HASH160 <PubkeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

script從左到右一步一步，基于棧模式執(zhí)行：

計(jì)算步驟：[3][4]

  1. <Sig>: 在棧中存入<Sig>
  2. <PubKey>: 再存入<PubKey>
  3. OP_DUP：復(fù)制一份<PubKey>添加到棧（因?yàn)樽詈笠徊絆P_CHECKSIG要用到）`
  4. OP_HASH160：計(jì)算<PubKey>的hash，并替換之前復(fù)制得到的<PubKey>
  5. <PubkeyHash>：存入<PubkeyHash>
  6. OP_EQUALVERIFY：比較前面兩個(gè)hash是否相等，如果相等就繼續(xù)執(zhí)行，否則退出
  7. OP_CHECKSIG：使用<PubKey>檢驗(yàn)<Sig>，只有由<PubKey>對應(yīng)的私鑰創(chuàng)建的<Sig>才能通過檢驗(yàn)。因?yàn)橹挥蠦ob有這個(gè)私鑰，所以只有他創(chuàng)建的<Sig>才能通過檢驗(yàn)，從而也就只有它能消費(fèi)這個(gè)UTXO。

Q&A

  1. <Sig>是對什么內(nèi)容的簽名？這個(gè)問題很重要，直接決定有些layer2的算法能否基于Bitcoin實(shí)現(xiàn)。簽名內(nèi)容有多種情況， bitcoin.org文檔 有詳細(xì)介紹。

  2. P2PKH相比P2PK有什么優(yōu)勢嗎，為什么要多加個(gè)hash環(huán)節(jié)？縮短交易地址，破解難度更大。

  3. P2SH(pay to script hash)的地址是script的hash，具體是怎么實(shí)現(xiàn)multisig的？mutlsig 可以脫離P2SH單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，原理和P2PK差不多，只是需要多驗(yàn)證幾個(gè)簽名?；赑2SH實(shí)現(xiàn)的multisig更加靈活。詳情見"Bitcoin Development Reference"的4.3.4 Multisig部分。

參考

  1. https://en.bitcoin.it/wiki/Script ?

  2. "Mastering Bitcoin" 的 Bitcoin Address 章節(jié) ?

  3. https://bitcoin.org/en/developer-guide#p2pkh-script-validation ? ?

  4. https://en.bitcoin.it/wiki/Transaction#Pay-to-PubkeyHash ?

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