解密比特币交易规格计算，大小、权重与费用背后的逻辑

摘要：

比特币，作为首个成功的去中心化数字货币，其核心在于点对点的价值转移，每一笔比特币交易都被记录在公开的区块链上，而交易的“规格”——包括其大小、权重以及由此产生的费用——是确保网络高效、安全运行的关键要...

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比特币，作为首个成功的去中心化数字货币，其核心在于点对点的价值转移，每一笔比特币交易都被记录在公开的区块链上，而交易的“规格”——包括其大小、权重以及由此产生的费用——是确保网络高效、安全运行的关键要素，理解比特币交易规格的计算方法，对于用户优化交易成本、开发者构建应用以及深入理解比特币协议都至关重要,本文将详细拆解比特币交易规格的计算逻辑。

比特币交易的基本构成

在深入计算之前，我们先简要回顾一笔比特币交易的基本结构,一笔典型的比特币交易包含以下几个部分：

1. 版本号 (Version)：交易遵循的协议版本。
2. 输入 (Inputs)：指该笔交易消耗的之前未花费的交易输出（UTXO），每个输入包含：
   • 前一笔交易的哈希值（Outpoint）
   • 前一笔交易输出的索引（vout）
   • 解锁脚本（ScriptSig）：满足前一笔交易输出锁定条件的脚本。
   • 序列号（Sequence）：用于相对锁定时间等高级功能。
3. 输出 (Outputs)：指该笔交易创建的新UTXO，每个输出包含：
   • 锁定脚本（ScriptPubKey）：定义了谁可以花费这笔资金,通常包含接收地址的公钥哈希或其他脚本条件。
   • 数额（Value）：以聪（satoshhi，1比特币=1亿聪）为单位的金额。
4. 锁定时间 (Locktime)：交易最早可以被纳入区块的时间（区块高度或Unix时间戳）。

交易大小 (Transaction Size) 的计算

交易大小是最直观的规格指标，它指序列化后的交易数据所占用的字节数，比特币网络对交易大小有限制（目前默认最大为1,000,000字节，即1MB）,超过此限制的交易不会被传播和打包。

计算方法：

交易大小是其所有组成部分序列化后字节数的总和，比特币使用一种叫做“变长整数 (VarInt)”和“变长字符串 (VarString)”的编码方式来表示长度可变的字段。

1. 版本号 (Version)：4字节。
2. 输入数量 (Input Count)：使用VarInt编码，VarInt的字节数取决于数值大小：
   • 0-252：1字节
   • 253-65535：3字节（首字节为0xFD,后跟2字节数值）
   • 65536-4294967295：5字节（首字节为0xFE,后跟4字节数值）
   • 更大：9字节（首字节为0xFF，后跟8字节数值） 通常交易输入数量不会太大,多为1字节。
3. 每个输入 (Each Input)：
   • 前一笔交易哈希 (Previous Tx Hash)：32字节
   • 前一笔交易输出索引 (Previous Tx Output Index)：4字节
   • 解锁脚本长度 (ScriptSig Length)：VarInt编码
   • 解锁脚本内容 (ScriptSig)：实际字节数（长度由上一项决定）
   • 序列号 (Sequence)：4字节
4. 输出数量 (Output Count)：同样使用VarInt编码,通常也为1字节。
5. 每个输出 (Each Output)：
   • 数额 (Value)：8字节
   • 锁定脚本长度 (ScriptPubKey Length)：VarInt编码
   • 锁定脚本内容 (ScriptPubKey)：实际字节数（长度由上一项决定）
6. 锁定时间 (Locktime)：4字节

示例简化计算： 假设一笔交易有1个输入,1个输出。

• 版本号：4字节
• 输入数量：VarInt(1) = 1字节
• 输入：
  • 前一笔交易哈希：32字节
  • 输出索引：4字节
  • 解锁脚本长度：假设解锁脚本为73字节，VarInt(73) = 1字节（因为73 < 252）
  • 解锁脚本：73字节
  • 序列号：4字节
  • 小计：32+4+1+73+4 = 114字节
• 输出数量：VarInt(1) = 1字节
• 输出：
  • 数额：8字节
  • 锁定脚本长度：假设锁定脚本为25字节，VarInt(25) = 1字节
  • 锁定脚本：25字节
  • 小计：8+1+25 = 34字节
• 锁定时间：4字节

总交易大小 ≈ 4 + 1 + 114 + 1 + 34 + 4 = 158字节

实际交易中，脚本长度变化较大,因此交易大小也各不相同。

交易权重 (Transaction Weight) 的计算

随着隔离见证（SegWit）的引入，比特币的交易结构发生了变化，SegWit将签名等数据从“传统交易数据”部分移到了“见证数据”部分,这使得交易在网络传播和存储时更加高效。

为了兼容旧有的基于交易大小的限制机制，同时体现SegWit的优势，引入了“交易权重”的概念。

核心概念：

• 区块权重单位 (WU, Weight Unit)：对于SegWit交易，1字节的传统交易数据（非见证数据）等于1个权重单位,1字节的见证数据等于4个权重单位。
• 基础权重 (Base Weight)：交易中非见证数据部分的大小（字节）乘以1。
• 总权重 (Total Weight)：基础权重 + （见证数据大小（字节）乘以4）。

计算方法：

1. 确定传统交易数据（非见证数据）大小： 这部分包括版本号、输入数量、每个输入的前一笔交易哈希、输出索引、序列号、输出数量、每个输出的数额、锁定时间，但不包括输入的解锁脚本（ScriptSig）。 在SegWit交易中，解锁脚本被替换为一个“见证数据指示器”（通常是0x00，表示有见证数据，且长度由输入中的witness字段指定）。

2. 确定见证数据大小： 见证数据包含每个输入的见证脚本（Witness Script）和签名等,其长度也是用VarInt编码的。

3. 计算基础权重：传统交易数据的大小（字节）。

4. 计算见证权重：见证数据的大小（字节）乘以4。

5. 计算总权重：基础权重 + 见证权重。

SegWit交易大小限制： 一个区块的最大权重为4,000,000 WU，单个交易的最大权重不能超过区块最大权重的25%（即1,000,000 WU），除非是区块的第一笔交易（coinbase交易）。

为什么是1:4的比例？ 这相当于将SegWit交易的“有效数据大小”视为其传统部分加上见证部分的1/4，这样设计是为了确保SegWit交易在存储和带宽占用上不会对旧节点造成过大负担,同时又能享受SegWit带来的扩容益处。

交易费用 (Transaction Fee) 的计算

交易费用是用户为了激励矿工将交易打包进区块而支付的费用，比特币网络中的交易费用主要取决于交易占用的“区块空间”大小。

计算方法：

在SegWit时代，费用更准确地说是基于交易的总权重来计算的。

1. 费率 (Fee Rate)：用户愿意支付的单位费用，通常以“聪/字节”（sat/B）或更精确的“聪/权重单位”（sat/WU）表示，使用sat/WU能更公平地反映SegWit交易的实际成本。

   10 sat/B = 10 sat/weight unit * (1 traditional byte + 4 witness bytes) / (1 traditional byte + 1 witness byte) ≈ 13.33 sat/WU （这是一个简化理解，实际费率直接按sat/WU设定更清晰）

2. 交易费用 (Fee)：

   • 基于传统大小（旧方式，不推荐用于SegWit交易精确计算）： Fee = 交易大小 (字节) * 费率 (sat/字节)
   • 基于总权重（推荐方式）： Fee = 交易总权重 (WU) * 费率 (sat/WU)

示例： 假设一笔SegWit交易：

• 传统数据大小：150字节
• 见证数据大小：50字节
• 总权重 = 150 1 + 50 4 = 150 + 200 = 350 WU
• 费率设定为 5 sat/WU
• 交易费用 = 350 WU * 5 sat/WU = 1750 聪 =

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