深入浅出，一文读懂如何构造一笔比特币交易

摘要：

比特币,作为第一个成功的加密货币，其核心魅力之一在于其去中心化的交易系统，每一笔比特币的转移，都通过一种被称为“交易”的特殊数据结构在比特币网络上广播和验证，理解如何构造一笔比特币交易，是深入理解比特...

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比特币,作为第一个成功的加密货币，其核心魅力之一在于其去中心化的交易系统，每一笔比特币的转移，都通过一种被称为“交易”的特殊数据结构在比特币网络上广播和验证，理解如何构造一笔比特币交易，是深入理解比特币工作原理的关键一步，本文将从交易的基本组成入手，逐步拆解构造一笔完整交易的详细过程。

比特币交易的基本构成要素

在动手构造交易之前,我们首先需要了解其核心组成部分，一笔比特币交易本质上是一组数据，包含以下关键信息：

1. 输入：指明了交易花费的资金来源，每个输入都引用了之前一笔未花费的交易输出，通常包含：

   • 交易ID：被引用的前一笔交易的哈希值，像一个“账单号”。
   • 输出索引：在前一笔交易中，具体是哪个输出被花费。
   • 解锁脚本：也称为“脚本签名”，这是一段脚本，用于证明花费这笔资金的人拥有其所有权，最常见的形式是 Sigature + PubKey（签名 + 公钥）。

2. 输出：指明了交易资金的最终去向，每个输出都包含：

   • 金额：要转账的比特币数量（以聪为单位，1 BTC = 100,000,000 聪）。
   • 锁定脚本：也称为“脚本公钥”，这是一段脚本，规定了未来谁能花费这笔资金，最常见的形式是 OP_DUP OP_HASH160 <PubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG，其含义是“谁能提供与该公钥哈希匹配的签名和公钥，谁就能花费这笔钱”。

3. 版本号：交易格式版本，用于未来的升级。

4. 锁定时间：一个可选字段，规定了该交易最早何时可以被矿工打包进区块，可以是区块高度或一个具体的时间戳。

构造比特币交易的详细步骤

构造一笔比特币交易,就像填写一张复杂的支票，需要精确地填写每一项，整个过程可以分为以下几个核心步骤：

第一步：确定交易目标（花费多少，发给谁）

这是交易的起点,你需要明确两件事：

• 总输出金额：你想转给接收方的总金额是多少？你想转出 1.2 BTC。
• 找零地址：由于比特币的UTXO模型，你不能只花掉一部分UTXO，如果你引用的一个UTXO价值是2 BTC，而你只想花掉1.2 BTC，那么多出来的0.8 BTC必须返回给你自己，这个返回的地址就是“找零地址”。

第二步：选择合适的UTXO作为输入

这是构造交易中最关键也最复杂的一步,你的比特币并不存储在“账户”里，而是由一个个未花费的交易输出组成的集合，这个集合被称为UTXO集。

• 什么是UTXO？ 它是“未花费的交易输出”的缩写，可以理解为比特币网络上的“原子化硬币”，每个UTXO都有固定的面值（0.5 BTC, 1 BTC, 2 BTC）。
• 如何选择UTXO？
  1. 列出所有可用的UTXO：通过查询你的钱包，获取所有属于你地址的UTXO列表。
  2. 组合凑额：你需要从这些UTXO中选择一个或多个组合，使其总额大于等于你的总输出金额 + 交易费。
     • 示例：你想转出1.2 BTC，并预留0.001 BTC作为交易费，你需要凑够至少1.201 BTC。
     • 策略：你可以选择一个面值为1.5 BTC的UTXO（花费掉1.201 BTC，找零0.299 BTC），或者选择两个面值为0.6 BTC和0.7 BTC的UTXO（凑够1.3 BTC，花费1.201 BTC，找零0.099 BTC），选择哪个组合取决于矿工费和隐私策略。

第三步：计算交易费

交易费是矿工打包你的交易所获得的报酬,也是激励网络安全运行的关键。

• 交易费 = 输入UTXO总额 - 输出总额
• 如何估算？ 交易费的大小通常与交易的大小（字节）和网络的拥堵程度成正比。
  • 交易大小：交易中的输入和输出越多，交易数据就越大，费用也越高，一个标准P2PKH（Pay-to-Public-Key-Hash）输入大约占用148字节，一个输出大约占用34字节。
  • 费率：通常以“聪/字节”为单位，你可以通过比特币浏览器或钱包查看当前网络的建议费率，费率为10聪/字节，一笔包含2个输入和2个输出的交易大小约为 (1482) + (342) = 364字节，那么交易费就是 364 * 10 = 3640聪 = 0.0000364 BTC。

第四步：构建交易数据结构

我们可以开始将所有信息组织成标准的交易格式了,这通常遵循“序列化”规则，将各种数据类型打包成字节流。

1. 版本号：写入一个4字节的整数，0x01000000 (对应版本1)。
2. 输入数量：写入一个变长整数，表示你选择了多少个UTXO作为输入。
3. 循环遍历每个输入：
   • 前一笔交易哈希：写入被引用UTXO的原始交易ID（小端序）。
   • 输出索引：写入一个4字节整数，表示被引用UTXO在原交易中的位置。
   • 解锁脚本长度：写入一个变长整数，表示接下来解锁脚本的字节长度。
   • 解锁脚本：写入脚本内容（签名 + 公钥）。
   • 序列号：写入一个4字节整数，用于替代交易功能，通常设为 0xffffffff。
4. 输出数量：写入一个变长整数，表示你有几个接收方（包括找零）。
5. 循环遍历每个输出：
   • 金额：写入一个8字节整数，表示输出的聪数（小端序）。
   • 锁定脚本长度：写入一个变长整数。
   • 锁定脚本：写入脚本内容（例如接收方的公钥哈希脚本）。
6. 锁定时间：写入一个4字节整数，设为0表示立即生效。

第五步：签名交易（创建解锁脚本）

这是安全的核心,在上一步中，解锁脚本我们留空了，我们需要用我们的私钥来签名，以证明我们有权花费这些UTXO。

这个过程被称为“签名哈希”（Signature Hashing）：

1. 创建签名哈希：比特币协议会对交易数据（除了签名本身）进行哈希，生成一个“待签名的消息”，这个消息的内容取决于你想要签名的输入，为了安全，它会包含所有输入和输出信息。
2. 使用私钥签名：用你的私钥对上一步生成的签名哈希进行加密签名（通常使用ECDSA算法），生成一个数字签名。
3. 填充解锁脚本：将生成的签名和你的公钥按照约定的顺序（通常是 签名 + 公钥）填充到对应UTXO输入的解锁脚本中。

注意：一笔交易中的每个输入都可以由不同的私钥签名，因此构造多签交易时，需要为每个输入分别执行签名过程。

第六步：广播交易

最后一步,将构造完成并签名的原始交易数据（字节流）通过比特币节点广播到整个网络。

• 验证：网络中的每个节点都会验证这笔交易：
  • 语法是否正确。
  • 每个输入引用的UTXO是否存在且未被花费。
  • 每个输入的解锁脚本是否能成功执行其对应的锁定脚本（即验证签名是否有效）。
  • 输入总额是否大于等于输出总额。
• 入块：验证通过的交易会被放入内存池，等待矿工将其打包进一个新的区块，至此，交易才算最终确认。

一个简单的例子

假设Alice要向Bob发送0.1 BTC。

1. 目标：输出1个给Bob的0.1 BTC，需要一个找零输出给自己。
2. 选择UTXO：Alice找到一个属于自己的UTXO，价值为0.15 BTC。
3. 计算费用：她估算交易费为0.005 BTC。
4. 构建交易：
   • 输入总额：0.15 BTC
   • 输出总额：0.1 BTC (给Bob) + 0.045 BTC (找零) = 0.145 BTC
   • 交易费：0.15 - 0.

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