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深入解析Java比特币交易源码，核心原理与实践应用

eeo2026-01-25 10:53:24涨幅榜10

摘要：
比特币作为首个去中心化数字货币,其交易机制的核心是区块链技术与密码学算法的结合，而Java作为企业级应用开发的主流语言，在区块链技术研发、钱包开发、节点搭建等领域有着广泛应用，本文将基于Java比特币...

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比特币作为首个去中心化数字货币,其交易机制的核心是区块链技术与密码学算法的结合，而Java作为企业级应用开发的主流语言，在区块链技术研发、钱包开发、节点搭建等领域有着广泛应用，本文将基于Java比特币交易源码，从交易结构、签名验证、网络广播等核心环节展开解析，帮助读者理解比特币交易在Java实现中的底层逻辑与技术细节。

比特币交易的核心结构

比特币交易的本质是一组数据结构,描述了比特币的转移路径，在Java实现中，交易的核心类通常位于core/src/main/java/org/bitcoinj/core/Transaction.java（以bitcoinj库为例），一个完整的交易包含以下关键字段：

交易版本（Version）

private int version; // 交易版本号，当前主流为2

版本号用于标识交易规则的支持情况,例如隔离见证（SegWit）交易需要版本号≥2。

交易输入（TxIn）

交易输入引用前一笔交易的输出（UTXO，Unspent Transaction Output），实现“花旧币”的逻辑，核心结构如下：

public class TransactionInput extends ChildMessage {
    private TransactionOutPoint outpoint; // 引用的UTXO（前一笔交易的输出索引）
    private Script scriptSig; // 签名脚本，包含解锁UTXO所需的数据
    private long sequence; // 序列号，用于控制交易替换（如RBF）
}

outpoint：由前一笔交易的hash和output index组成，唯一标识要花费的UTXO。
scriptSig：签名脚本，由交易发起方构造，包含签名和公钥，用于验证对UTXO的拥有权。

交易输出（TxOut）

交易输出定义了比特币的接收方和金额,是“铸新币”的过程：

public class TransactionOutput extends ChildMessage {
    private Coin value; // 输出金额（单位：satoshi）
    private Script scriptPubKey; // 公钥脚本，锁定接收方的花费条件
}

scriptPubKey：公钥脚本（也叫锁定脚本），定义了谁能花费这笔UTXO，标准P2PKH（Pay-to-Public-Key-Hash）脚本为OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG，要求接收方提供签名和公钥并通过验证。

时间戳（LockTime）

private int lockTime; // 交易锁定时间，可以是区块高度或Unix时间戳

用于实现“延时交易”，只有在指定时间或区块高度后交易才可被确认。

交易签名：Java实现的核心环节

交易签名是比特币安全性的基石,通过非对称加密确保只有UTXO的拥有者才能花费它，在Java中，签名过程通常基于bitcoinj的ECKey和Script类实现。

签名准备：构造签名哈希

签名前需计算“签名哈希”（Signature Hash, Sighash），确保仅对交易的部分数据进行签名，防止交易被篡改，以P2PKH交易为例，签名哈希的计算步骤如下（代码简化自bitcoinj）：

import org.bitcoinj.core.*;
import org.bitcoinj.script.Script;
import org.bitcoinj.script.ScriptBuilder;
// 假设要花费的UTXO的scriptPubKey是P2PKH类型
Script scriptPubKey = ScriptBuilder.createP2PKHScript(redeemerPubKeyHash);
// 构造交易
Transaction tx = new Transaction(params);
TransactionOutput outputToSpend = ...; // 前一笔交易的输出
TransactionInput input = tx.addInput(outputToSpend);
tx.addOutput(Coin.COIN, new Address(params, receiverAddress)); // 添加输出
// 计算签名哈希（SIGHASH_ALL）
byte[] sighash = tx.hashForSignature(0, scriptPubKey, Script.SigHash.ALL, false);

生成签名：ECDSA算法

比特币使用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），基于secp256k1曲线。bitcoinj的ECKey类封装了签名逻辑：

// 假设senderKey是发送方的私钥
ECKey senderKey = ECKey.fromPrivate(privateBytes);
// 生成DER编码的签名
byte[] signature = senderKey.sign(sighash);
// 构造签名脚本（scriptSig）
Script scriptSig = ScriptBuilder.createInputScript(signature, senderKey.getPubKey());
input.setScriptSig(scriptSig);

签名验证：节点与钱包的校验

交易被打包进区块前,比特币节点会验证签名的有效性，验证过程包括：

提取scriptSig中的签名和公钥；
使用公钥验证签名是否对Sighash有效；
执行scriptPubKey和scriptSig的组合脚本（脚本解释器），确保最终结果为true。

在Java中,可通过Script.execute()方法模拟验证：

// 假设tx是已签名的交易，input是其中的输入
Script scriptSig = input.getScriptSig();
Script scriptPubKey = outputToSpend.getScriptPubKey();
// 组合脚本并执行
Script script = ScriptBuilder.combineScripts(scriptSig, scriptPubKey);
ScriptExecutionResult result = script.execute(tx, 0, Script.ALL_VERIFY_FLAGS);
if (result.ok()) {
    System.out.println("签名验证成功");
} else {
    System.out.println("签名验证失败: " + result.getError());
}

交易广播与网络传播

签名完成的交易需要广播到比特币网络,由矿工打包进区块，在Java中，可通过PeerGroup和Peer类实现交易广播：

import org.bitcoinj.kits.WalletAppKit;
import org.bitcoinj.params.TestNet3Params;
import org.bitcoinj.core.PeerGroup;
// 初始化测试网络环境
NetworkParameters params = TestNet3Params.get();
WalletAppKit kit = new WalletAppKit(params, new File("."), "wallet-testnet");
kit.startAsync();
kit.awaitRunning();
// 发送交易（假设tx已构造并签名）
kit.peerGroup().broadcastTransaction(tx).future().get();
System.out.println("交易广播成功，交易ID: " + tx.getTxId());

广播过程中,交易通过比特币的P2P网络传播，节点会验证交易格式、签名有效性、UTXO是否存在等，只有合法的交易才会被转发并进入内存池（Mempool）。

UTXO模型与余额计算

比特币的账户模型基于UTXO,而非传统账户余额，在Java中，UTXOProvider接口和Wallet类封装了UTXO的管理逻辑：

// 获取钱包的所有UTXO
List<TransactionOutput> utxos = kit.wallet().getUnspentOutputs();
// 计算可用余额
Coin balance = kit.wallet().getBalance();
System.out.println("钱包余额: " + balance.toFriendlyString());
// 构造交易时选择UTXO
// 假设需要发送1 BTC
Coin amount = Coin.COIN;
TransactionOutputSelection.Result selection = kit.wallet().select(amount);
List<TransactionOutput> selectedUtxos = selection.getOutputs();
// 将选中的UTXO添加为交易输入
for (TransactionOutput utxo : selectedUtxos) {
    tx.addInput(utxo);
}

实践案例：使用bitcoinj构建简单交易

以下是一个完整的Java示例,展示如何使用bitcoinj创建、签名并广播一笔P2PKH交易：

import org.bitcoinj.core.*;
import org.bitcoinj.kits.WalletAppKit;
import org.bitcoinj.params.TestNet3Params;
import org.bitcoinj.script.Script;
import org.bitcoinj.script.ScriptBuilder;
import java.io.File;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class JavaBitcoinTransactionExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 使用测试网络
        NetworkParameters params = TestNet3Params.get();
        // 初始化钱包（自动加载或创建）
        WalletAppKit kit = new WalletAppKit(params, new File("."), "java-example");
        kit.startAsync();
        kit.awaitRunning();
        // 发送方和接收方地址（测试用）
        Address senderAddress = kit.wallet().currentReceiveAddress();
        Address receiverAddress = new Address(params, "n2eMqTT929pb1RDNuqEnxdaLau1rKX4TqC"); // 测试地址
        // 假设发送方有UTXO，此处手动添加一笔交易到钱包（实际应用中需通过挖矿或接收获得）
        Transaction fakeTx = new Transaction(params);
        fakeTx.addOutput(Coin.COIN, senderAddress); // 模拟收到1 BTC
        kit.wallet().addWalletTransaction(new WalletTransaction(WalletTransaction.Pool.PENDING, fakeTx));
        // 创建交易
        Transaction tx = new Transaction(params);
        Coin