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BTC Transaction

Hirsun大约 21 分钟

BTC Transaction

How Bitcoin works

Digital Signature

  • Public key pk, and Private Key sk (need to kept secret)
  • Signing a transaction with sk, verify with pk
    • 私钥签名，公钥验证
    • 这意味着只有拥有私钥的人才能发送有效的交易。这确保了交易的真实性和发送方的身份。
  • Transactions and UTXO
  • Consensus: Proof of work

Wallet

Wallet for Managing Keys

  • Public key can be used as the receipt address
  • Private key is needed to spend (send) a coin to an address
    「私钥是花费（发送）加密货币到一个地址所需的。」
    私钥是一串字符，必须保密，用于签署交易并发送加密货币。
  • ownership of a coin
    • 拥有私钥意味着拥有该加密货币的所有权
    • 只有持有私钥的人才能使用该加密货币。

Private key should be random, long, and kept secret -> difficulty for brute-force/dictionary attack

用户可能需要维护许多地址/密钥。如何安全地存储所有这些？打印/写入并保护它？

Wallet application: acts like a vault storing private keys

Wallet Types

  • 非确定性「Non - deterministic」：密钥是随机生成的
  • Deterministic: A single master key (or called seed) is used to generate new keys
    • 确定性钱包使用一个主密钥或种子来生成一系列相关联的密钥
    • 这样，可以通过一个种子恢复所有相关的密钥。
    • Seeded wallet & Hierarchical Deterministic (HD) 「层次确定性」wallets (BIP-32/44)
      • 种子钱包使用一个种子来生成一系列密钥
      • 而层次确定性钱包则在此基础上增加了层次结构
      • 使得可以生成子密钥和孙密钥。
    • In some client, require to input Mnemonic code「助记词」 (BIP-39)
      • 助记词是一组单词，用于生成种子，从而生成一系列密钥。这些助记词基于BIP-39标准。

假设你有一个HD钱包，并且你想生成多个地址来接收比特币付款，同时确保只需要备份一个种子。

使用HD钱包，你可以从一个种子生成多个地址。这样，即使你生成了成千上万个地址，你也只需要备份一个种子。HD钱包通过一个种子生成多个密钥，简化了备份和恢复过程，确保了安全性和便捷性。

  1. 生成种子：使用HD钱包软件生成一个种子（例如24个助记词）。
  2. 生成主密钥：将种子通过BIP-39算法转换为主密钥。
  3. 生成密钥树：使用BIP-32标准，从主密钥生成一棵密钥树。
  4. 生成地址：从密钥树的不同节点生成多个比特币地址。
  5. 备份种子：将生成的24个助记词妥善保管。
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Bitcoin Block

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上面展示了比特币区块链中每个区块的结构。每个区块包括两个主要部分：

  1. Block Header（区块头）：
    • Hash (Previous Block Header)：前一个区块头的哈希值，用于链式连接区块。
    • Timestamp：区块创建的时间戳。
    • Nonce：用于工作量证明（PoW）的随机数，矿工通过调整它来找到满足条件的哈希值。
    • Hash of Block Data：区块数据的哈希值，通常是默克尔树的根哈希。
  2. Block Data（区块数据）：
    • 包含所有交易的列表。

矿工通过调整Nonce、区块数据的哈希值（默克尔树根）和时间戳来找到一个满足PoW条件的哈希值。

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Transactions need to be included in a Block

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这张图展示了区块链中未花费交易输出（UTXO）和已花费交易输出（STXO）的概念，以及它们在不同交易过程中的变化。

图中每个区块链部分代表一个区块，底部的UTXO集合展示了每个区块状态下的UTXO情况。

  1. 图例：
    • 绿色方块：未花费交易输出（UTXO）
    • 红色方块：已花费交易输出（STXO）
  2. 区块链部分：
    • 每个区块链部分表示一个区块，区块内包含一系列交易。
  3. 交易过程：
    • 交易#0：Joe 进行的交易，产生了一个UTXO，属于 Alice。
    • 交易#1：Alice 使用了 Joe 给她的UTXO，产生了一个新的UTXO，属于 Bob。
    • 交易#2：Bob 使用了 Alice 给他的UTXO，产生了两个新的UTXO，一个属于 Gopesh，一个属于 Bob。
详细过程

每次交易会消耗现有的UTXO（变为STXO），并生成新的UTXO。通过这种方式，区块链能够追踪每个交易输出的状态，确保每个UTXO只能被花费一次，从而保证交易的完整性和防止双花攻击。

  1. 初始状态：
    • 区块链包含交易#0。
    • UTXO 集合：Joe 和 Alice 各有一个UTXO。
  2. 交易#1：
    • Alice 使用 Joe 给她的UTXO（此时 Joe 的UTXO变为STXO）。
    • Alice 创建一个新的UTXO，给 Bob。
    • UTXO 集合：Alice 的UTXO被花费，Bob 新增一个UTXO。
  3. 交易#2：
    • Bob 使用 Alice 给他的UTXO（此时 Alice 的UTXO变为STXO）。
    • Bob 创建了两个新的UTXO，一个给 Gopesh，一个给自己。
    • UTXO 集合：Bob 的UTXO被花费，新增 Gopesh 和 Bob 的UTXO。

Bitcoin Transaction

Input (vin, “witness”): 输入部分（vin，见证）是指交易的输入端，包含了交易的来源信息。

  • Transaction ID：交易ID是指交易的唯一标识符
  • scriptSig (unlocking script)：scriptSig是解锁脚本，提供了花费比特币的证据；证明了交易的所有权，包含了签名和公钥。
  • sequence：sequence是指交易的序列号，用于交易的排序。

Output (vout, “Spending condition”): 输出部分（vout，花费条件）是指交易的输出端，包含了比特币的接收信息。

  • Value and scriptPubKey/pkscript (locking script) [possibly witness]
    输出部分包含了比特币的数额和锁定脚本（scriptPubKey），锁定脚本定义了花费比特币的条件。

  • OP_DUP OP_HASH160 <data> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

    这是一个典型的锁定脚本，包含了以下操作码：

    • OP_DUP：复制栈顶数据。
    • OP_HASH160：对数据进行哈希运算。
    • <data>：哈希值。
    • OP_EQUALVERIFY：比较两个值是否相等。
    • OP_CHECKSIG：验证签名。

  • locking script can be unlocked with a valid input (scriptSig)

    • 支出者必须在特定 pk 下提供签名
Example

Alice需要提供一个包含她未花费输出（UTXO）的输入，并创建一个输出，将1个比特币发送到Bob的地址。Alice还需要提供她的签名来证明她拥有这些比特币。

比特币交易需要使用输入和输出结构，解锁和锁定脚本，以及公钥和私钥的签名机制来验证交易的合法性。

  1. Alice找到她的一个未花费输出（UTXO），例如，包含2个比特币。
  2. Alice创建一个输入，引用这个UTXO，并添加解锁脚本（scriptSig），包含她的签名和公钥。
  3. Alice创建一个输出，发送1个比特币到Bob的地址，并添加锁定脚本（scriptPubKey），定义Bob的公钥哈希。
  4. Alice广播这个交易到比特币网络。
  5. 比特币网络节点验证交易，检查Alice的签名和公钥是否匹配，并确认交易是否合法。
  6. 交易被打包进一个区块，并添加到区块链上。
  7. Bob收到1个比特币。

锁定脚本（locking script），也叫作scriptPubKey，是附加在输出上的一段脚本，定义了花费该输出所需满足的条件。

解锁脚本（unlocking script），也叫作scriptSig，是附加在输入上的一段脚本，用于满足锁定脚本的条件。

在 P2PKH 交易中，锁定脚本通常如下：

OP_DUP OP_HASH160 <PubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
  • OP_DUP：复制栈顶的元素（即公钥）。
  • OP_HASH160：对栈顶的元素进行Hash160运算（SHA-256后再进行RIPEMD-160）。
  • <PubKeyHash>：接收者的公钥哈希值。
  • OP_EQUALVERIFY：验证两个栈顶的元素是否相等。
  • OP_CHECKSIG：验证签名是否有效。

解锁脚本通常如下：

<Signature> <PublicKey>
Example

假设我们有一个P2PKH交易输出，锁定脚本为：

OP_DUP OP_HASH160 e00fd363fcc573d2b6d35155b9b9f4784d2119e4 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

我们需要提供一个包含有效签名和公钥的解锁脚本，以满足锁定脚本的条件。

这个签名是对交易哈希（transaction hash）进行签名的。交易哈希是通过对交易数据（包括输入、输出、金额等信息）进行哈希运算得到的。

假设签名为3045022100dff...（71字节），公钥为02b463...（33字节），解锁脚本为：

3045022100dff... 02b463...

如果解锁脚本中的签名和公钥有效，脚本将成功执行，输出将被解锁。

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