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比特币源码分析，交易背后的核心逻辑与实现机制

eeo2026-01-31 08:54:25涨幅榜20

摘要：
比特币作为首个去中心化数字货币,其核心魅力不仅在于价格波动，更在于底层技术架构的颠覆性创新，而交易作为比特币价值流转的基本单元，其设计与实现直接决定了系统的安全性、透明性和去中心化特性，本文将从比特币...

欧意交易所

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比特币作为首个去中心化数字货币,其核心魅力不仅在于价格波动，更在于底层技术架构的颠覆性创新，而交易作为比特币价值流转的基本单元，其设计与实现直接决定了系统的安全性、透明性和去中心化特性，本文将从比特币源码出发，深入分析交易的数据结构、生成、验证及全网传播的全流程，揭示其“代码即法律”的技术内核。

交易数据结构：从“转账请求”到“数字凭证”

比特币交易的本质是数字所有权转移，其核心数据结构定义在src/primitives/transaction.h中，主要由版本号、输入列表、输出列表、锁定时间四部分组成。

交易版本（nVersion）

标识交易兼容的协议版本,如当前主流的2（支持隔离见证等新特性），允许未来协议升级时向后兼容。

交易输入（vin）

输入是“花费”已有UTXO（Unspent Transaction Output，未花费交易输出）的引用，结构如下：

class CTxIn {  
    public:  
        COutPoint prevout; // 前一笔交易的输出索引（交易ID+输出序号）  
        CScript scriptSig; // 解锁脚本（签名+公钥，用于证明所有权）  
        uint32_t nSequence; // 序列号（用于相对锁定时间，如RBF替换）  
};

prevout：明确指出“花谁的钱”（如交易IDa3b2...的第1个输出）；
scriptSig：签名脚本，包含签名和公钥，通过脚本验证逻辑证明“花的是自己的钱”；
nSequence：默认0xffffffff，可设置为小于该值的数，用于实现“相对锁定时间”（如锁定未来N个区块后才可花费）。

交易输出（vout）

输出是“转账给谁”的指令，结构如下：

class CTxOut {  
    public:  
        int64_t nValue; // 转账金额（单位：satoshi，1 BTC = 1e8 satoshi）  
        CScript scriptPubKey; // 锁定脚本（定义接收方如何花费）  
};

nValue：精确到satoshi的金额，避免浮点数精度问题；
scriptPubKey：锁定脚本，定义“谁能花这笔钱”，标准P2PKH（Pay-to-Public-Key-Hash）脚本为OP_DUP OP_HASH160 <接收方公钥哈希> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG，要求提供签名和公钥通过验证。

锁定时间（nLockTime）

交易生效的“截止时间”，可以是区块高度（≤500000000）或UNIX时间戳（>500000000），若未到锁定时间，交易不会被矿工打包。

交易生成：从“用户操作”到“数字签名”

用户发起交易时,需完成“输入选择-签名-广播”三步，核心逻辑在src/wallet/transaction.cpp中实现。

UTXO收集与输入构建

比特币采用UTXO模型而非账户模型,用户需从自己拥有的UTXO池中挑选足够金额作为输入，用户有3个UTXO（分别10、5、2 BTC），需支付8 BTC时，可能选择10 BTC的UTXO，并生成2 BTC的找零输出。

// 伪代码：UTXO选择算法（贪心策略）
std::vector<COutput> SelectUTXOs(const std::vector<COutput>& utxo_pool, int64_t target_amount) {
    std::vector<COutput> selected;
    int64_t total = 0;
    for (const auto& utxo : utxo_pool) {
        if (total >= target_amount) break;
        selected.push_back(utxo);
        total += utxo.txout.nValue;
    }
    return selected;
}

签名：所有权的数学证明

输入的scriptSig需通过scriptPubKey的验证，这一过程依赖椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），签名步骤如下：

构造签名脚本模板：将scriptPubKey的公钥哈希替换为占位符，生成“半签名”交易；
哈希交易：对交易进行双重SHA256哈希（RPEPE_HASH，确保签名内容不可篡改）；
生成签名：用用户私钥对哈希值进行ECDSA签名，得到signature；

填充scriptSig：将signature和用户公钥填入scriptSig，完成输入解锁。

// 伪代码：ECDSA签名过程
std::vector<unsigned char> Sign(const CScript& scriptPubKey, const CKey& priv_key) {
 uint256 hash = SignatureHash(scriptPubKey, tx_to_sign, 0, SIGHASH_ALL);
 return priv_key.Sign(hash);
}

广播交易

签名完成后,交易通过P2P网络（src/net/net_processing.cpp）广播给相邻节点，节点验证通过后继续扩散，最终进入内存池（mempool）等待打包。

交易验证：从“节点检查”到“共识确认”

交易验证是比特币安全的核心,分为节点级验证和矿工级验证，规则定义在src/script/interpreter.cpp和src/validation.cpp中。

基础验证（节点级）

节点收到交易后,首先检查：

语法正确性：版本号、输入输出数量、脚本格式等是否符合协议；
输入有效性：prevout对应的UTXO是否存在且未被花费；
金额有效性：输入总金额≥输出总金额（防止凭空创造比特币）；
脚本验证：执行输入的scriptSig与输出的scriptPubKey组成的脚本，返回true则验证通过。

脚本验证是核心中的核心,采用基于堆栈的虚拟机执行：

// 伪代码：脚本验证逻辑
bool VerifyScript(const CScript& scriptSig, const CScript& scriptPubKey, const CTransaction& tx, unsigned int nIn) {
    CScriptInterpreter interpreter;
    std::vector<unsigned char> stack;
    if (!interpreter.Execute(scriptSig, scriptPubKey, tx, nIn, stack)) return false;
    return stack.empty() || CastToBool(stack.back());
}

例如P2PKH脚本的执行流程：

scriptSig（签名+公钥）入栈；
OP_DUP：复制栈顶元素（公钥）；
OP_HASH160：对公钥哈希得到RIPEMD160(SHA256(公钥))；
与scriptPubKey中的公钥哈希比较，OP_EQUALVERIFY确保一致；
OP_CHECKSIG：用签名和公钥验证ECDSA签名有效性。

矿工验证与共识打包

矿工从内存池中选择交易打包进区块时,需额外验证：

交易费合理性：输入总金额-输出总金额=矿工费，需符合网络默认费率；
依赖关系：若交易A依赖交易B的输出，则B必须先被打包（避免双花）；
隔离见证（SegWit）：对于 witness 数据的交易（版本≥2），需验证 witness 脚本（定义在src/script/script.cpp），将签名数据从交易数据中分离，提升扩容性和安全性。