深入浅出,比特币交易ASM解析
摘要:比特币,作为首个成功的去中心化数字货币,其核心魅力不仅在于价值存储和转移,更在于其底层技术的透明性和可验证性,每一笔比特币的交易都被记录在公开的区块链上,而要真正理解这些交易的本质,解析其交易脚本(S...
比特币,作为首个成功的去中心化数字货币,其核心魅力不仅在于价值存储和转移,更在于其底层技术的透明性和可验证性,每一笔比特币的交易都被记录在公开的区块链上,而要真正理解这些交易的本质,解析其交易脚本(Script)是关键一步,以汇编语言(Assembly-like,简称ASM)形式呈现的交易脚本解析,能让我们直观地洞察比特币交易的执行逻辑和验证过程。
什么是比特币交易脚本(Script)?
与传统金融系统依赖中央机构验证交易不同,比特币采用了一种基于密码学原理的脚本系统来验证交易的有效性,交易脚本本质上是一小段堆栈(Stack)-based的编程代码,它定义了发送方(支付者)需要满足什么条件,以及接收方(收款者)需要提供什么证明,才能解锁资金并完成交易。
比特币脚本具有以下特点:
- 非图灵完备:为了防止无限循环和资源滥用,脚本语言不支持循环和复杂的跳转,只能执行有限的操作。
- 基于堆栈:脚本执行是在一个堆栈数据结构上进行的,操作数被压入堆栈,操作符从堆栈中弹出操作数并进行操作,结果再压回堆栈。
- 可验证性:任何人都可以根据交易输入和输出中的脚本,独立验证交易是否合法。
什么是比特币交易ASM解析?
比特币交易脚本本身是由一系列字节码(Bytecode)组成的,例如OP_DUP, OP_HASH160, OP_EQUALVERIFY, OP_CHECKSIG等,直接阅读这些字节码对于不熟悉的人来说晦涩难懂,开发者社区和工具(如Bitcoin Core的decoderawtransaction命令、区块链浏览器等)会将这些字节码转换成一种类似汇编语言(Assembly)的人类可读格式,这就是比特币交易的ASM解析。
这种ASM格式通常包含操作码(Opcode)及其对应的助记符(Mnemonic),有时还会附带简单的注释或堆栈状态变化示意,使得脚本的执行流程一目了然。
比特币交易ASM解析的常见类型与示例
比特币交易中最常见的脚本类型是P2PKH(Pay-to-Public-Key Hash),即“支付到公钥哈希”,这是目前最广泛使用的交易类型,我们以一个典型的P2PKH交易输入脚本(ScriptSig)和输出脚本(ScriptPubKey)为例,进行ASM解析。
假设一个比特币地址的公钥哈希为ADDRESS_HASH,对应的公钥为PUB_KEY,签名为SIGNATURE。
输出脚本(ScriptPubKey - 锁定脚本): 这个脚本定义了花费这笔资金需要满足的条件。
-
ASM形式:
OP_DUP OP_HASH160 <ADDRESS_HASH> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG -
字节码形式(示例):
76 a9 14 <ADDRESS_HASH> 88 ac(76是OP_DUP,a9是OP_HASH160,14表示接下来的字节长度,88是OP_EQUALVERIFY,ac是OP_CHECKSIG) -
ASM解析与执行逻辑:
OP_DUP:将堆栈顶部的元素(即<ADDRESS_HASH>)复制一份并压入堆栈,堆栈:[ADDRESS_HASH, ADDRESS_HASH]OP_HASH160:对堆栈顶部的元素(ADDRESS_HASH)进行RIPEMD160(SHA256())哈希运算,然后将结果压回堆栈,堆栈:[HASH_OF_ADDRESS_HASH, ADDRESS_HASH](注意:这里的HASH_OF_ADDRESS_HASH实际上是ADDRESS_HASH本身,因为ADDRESS_HASH已经是公钥的哈希,此操作通常用于验证,但在此上下文中更准确的理解是,它期望后续提供的公钥哈希与此匹配)- 更正/精确理解:在实际P2PKH的ScriptPubKey中,
OP_HASH160作用于提供的公钥(在ScriptSig中),但ScriptPubKey本身包含的是已经哈希过的地址,所以更准确的执行流程是:ScriptSig会提供SIGNATURE和PUB_KEY,然后ScriptPubKey的指令会依次操作这些元素,让我们重新梳理整体执行流程。
- 更正/精确理解:在实际P2PKH的ScriptPubKey中,
- 整体执行流程(ScriptSig + ScriptPubKey):
- 初始堆栈(由输入脚本ScriptSig提供):
[SIGNATURE, PUB_KEY] - 执行输出脚本ScriptPubKey:
OP_DUP:复制堆栈顶部的PUB_KEY,堆栈:[SIGNATURE, PUB_KEY, PUB_KEY]OP_HASH160:对堆栈顶部的PUB_KEY进行哈希(RIPEMD160(SHA256())),得到PUB_KEY_HASH,压回堆栈,堆栈:[SIGNATURE, PUB_KEY, PUB_KEY_HASH]<ADDRESS_HASH>(常量):将ADDRESS_HASH压入堆栈,堆栈:[SIGNATURE, PUB_KEY, PUB_KEY_HASH, ADDRESS_HASH]OP_EQUALVERIFY:弹出堆栈顶部的两个元素PUB_KEY_HASH和ADDRESS_HASH,检查它们是否相等,如果相等,继续执行;否则,验证失败,堆栈:[SIGNATURE, PUB_KEY]OP_CHECKSIG:弹出SIGNATURE和PUB_KEY,使用PUB_KEY验证SIGNATURE是否是对该公钥对应私钥签名的有效签名(即交易数据的签名),验证通过则返回1(真)压入堆栈,否则返回0(假),堆栈:[1]
- 最终堆栈顶部为
1(非零),验证成功,交易有效。
- 初始堆栈(由输入脚本ScriptSig提供):
输入脚本(ScriptSig - 解锁脚本): 这个脚本提供了满足输出脚本条件的数据(签名和公钥)。
-
ASM形式:
<SIGNATURE> <PUB_KEY> -
字节码形式(示例):
<SIGNATURE_LENGTH> <SIGNATURE> <PUB_KEY_LENGTH> <PUB_KEY> -
ASM解析与执行逻辑: 输入脚本本身比较简单,就是将签名
SIGNATURE和公钥PUB_KEY按顺序压入堆栈,作为后续执行输出脚本(ScriptPubKey)时的初始数据,其“解析”主要在于理解这两个数据是用于满足ScriptPubKey中的OP_CHECKSIG操作。
ASM解析的工具与意义
进行比特币交易ASM解析的工具有很多,
- Bitcoin Core CLI:使用
decoderawtransaction <hex>命令,可以详细展示交易的ASM脚本。 - 区块链浏览器:如Blockchain.com, Blockstream Explorer等,在查看交易详情时通常会显示ASM格式的脚本。
- 专业钱包与开发工具:如Electrum(开发者模式)、Bitcore等也提供类似功能。
ASM解析的意义在于:
- 理解交易原理:通过ASM,可以清晰地看到一笔比特币交易是如何被验证的,包括签名验证、哈希比对等核心步骤。
- 调试与故障排查:当一笔交易因为脚本错误而失败时,ASM解析能帮助定位问题所在。
- 安全审计:对于更复杂的脚本类型(如P2SH, SegWit的P2WPKH, P2TR等),ASM解析有助于审计智能合约或自定义脚本的安全性。
- 学习与研究:对于希望深入学习比特币底层技术的开发者或爱好者,ASM是不可或缺的学习材料。
更复杂的脚本类型ASM简介
除了P2PKH,还有其他脚本类型,其ASM解析也遵循类似的堆栈操作逻辑,但指令更丰富:
- P2SH(Pay-to-Script Hash):允许用户将资金发送到一个脚本哈希,而不是公钥哈希,实现了更灵活的脚本功能,其ASM会涉及赎回脚本(Redeem Script)的验证。
- SegWit( segregated witness):通过将见证数据(签名和公钥)与隔离的交易脚本分离,提高了交易的可扩展性和安全性,其ASM解析会涉及见证脚本(Witness Script)和见证数据的处理,如
OP_0、OP_IF、OP_ELSE等控制操作码。 - Taproot(P2TR):基于 schnorr 签名和 Merkle 树抽象,进一步增强了隐私和效率,其ASM解析会涉及
OP_CHECKSIGADD等 schnorr 相关操作码。
比特币交易的ASM解析就像是打开了一扇通往其核心逻辑的窗户,它将抽象的字节码转换为了可读、可理解的指令序列,让我们能够清晰地看到每一笔比特币交易在区块链上是如何被“执行”和“验证”的。
