解锁比特币交易，常用脚本类型与核心作用

摘要：

比特币作为首个成功的去中心化数字货币,其安全性和灵活性很大程度上得益于其基于脚本（Script）的交易系统，交易脚本是一种简单的、基于堆栈的编程语言，它定义了比特币交易输出（UTXO）在被花费时必须满...

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比特币作为首个成功的去中心化数字货币,其安全性和灵活性很大程度上得益于其基于脚本（Script）的交易系统，交易脚本是一种简单的、基于堆栈的编程语言，它定义了比特币交易输出（UTXO）在被花费时必须满足的条件，它就像一个“锁”，而解锁这个“锁”的“钥匙”就是提供满足该脚本条件的数据，理解比特币常用的交易脚本类型，对于深入把握比特币的工作原理、安全特性以及创新应用至关重要。

比特币脚本的设计并非图灵完备,这意味着它不支持循环等复杂操作，从而有效防止了无限循环攻击等潜在问题，并保证了交易执行的确定性和效率，以下是一些比特币中最常用且核心的交易脚本类型：

P2PKH (Pay-to-Public-Key-Hash) - 最经典的脚本类型

P2PKH是比特币历史上最古老、最广泛使用的脚本类型，我们日常所说的“比特币地址”大多对应的就是P2PKH脚本。

• 锁定脚本 (ScriptSig - 在输入中提供)： 当用户想要花费一个P2PKH输出的比特币时，需要在交易输入中提供以下信息：
  1. signature (签名)：对交易数据进行签名，证明私钥的所有权。
  2. public key (公钥)：与签名对应的公钥。 这两部分数据共同构成了ScriptSig，用于解锁。
• 解锁脚本 (ScriptPubKey - 在输出中定义)： 当一个比特币地址被创建时，其对应的ScriptPubKey会定义在交易输出中，内容通常为：

  OP_DUP OP_HASH160 <PublicKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

  • OP_DUP：复制栈顶元素。
  • OP_HASH160：对栈顶元素（公钥）进行SHA-256哈希后再进行RIPEMD-160哈希。
  • <PublicKeyHash>：用户地址对应的公钥哈希（20字节）。
  • OP_EQUALVERIFY：验证栈顶两个元素是否相等，并验证签名有效性。
  • OP_CHECKSIG：验证签名是否使用提供的公钥对交易数据生成。
• 执行过程：
  1. ScriptSig（签名+公钥）被压入堆栈。
  2. ScriptPubKey被依次执行：OP_DUP复制公钥，OP_HASH160生成公钥哈希，与ScriptPubKey中预设的<PublicKeyHash>比较（OP_EQUALVERIFY），最后OP_CHECKSIG验证签名。
  3. 如果所有步骤都成功,堆栈顶部为TRUE（1），交易有效；否则为FALSE（0），交易失败。

P2SH (Pay-to-Script-Hash) - 更灵活的脚本类型

P2SH的引入是为了提高隐私性,并支持更复杂的脚本类型，而无需让每个节点都理解和执行这些复杂脚本，用户只需支付一个“脚本的哈希值”，而脚本本身在花费时才被揭示。

• 锁定脚本 (ScriptSig - 在输入中提供)： ScriptSig不再是简单的签名和公钥，而是提供满足ScriptPubKey中哈希所指向的脚本的条件，通常包括：
  1. redeemScript：一个完整的脚本，定义了花费该输出的实际条件（一个多重签名的脚本）。
  2. 用于满足redeemScript的数据（如多个签名等）。
• 解锁脚本 (ScriptPubKey - 在输出中定义)： ScriptPubKey非常简洁，只包含：

  OP_HASH160 <ScriptHash> OP_EQUAL

  • <ScriptHash>：是redeemScript的SHA-256+RIPEMD-160哈希值。
• 执行过程：
  1. ScriptSig（包含redeemScript及其满足数据）被压入堆栈。
  2. ScriptPubKey执行：OP_HASH160对ScriptSig中的redeemScript进行哈希，与ScriptPubKey中的<ScriptHash>比较（OP_EQUAL）。
  3. 如果哈希匹配,则继续执行redeemScript，用ScriptSig中提供的数据去满足redeemScript的条件。
  4. 只有ScriptPubKey的哈希验证和redeemScript的执行都成功，交易才有效。

多重签名脚本 (Multi-signature Scripts)

多重签名脚本要求多个私钥共同签名才能花费比特币,常用于组织资金管理、提高安全性等，它可以与P2PKH或P2SH结合使用。

• 基本结构 (以2-of-3为例，即3个公钥中任意2个即可签名)：

  OP_2 <PubKey1> <PubKey2> <PubKey3> OP_3 OP_CHECKMULTISIG

  • OP_2：指定需要的签名数量。
  • <PubKey1> <PubKey2> <PubKey3>：参与签名的公钥列表。
  • OP_3：指定总共有多少个公钥。
  • OP_CHECKMULTISIG：验证提供的签名数量是否满足OP_n指定的数量，并且签名与公钥对应。
• 与P2SH结合： 多重签名脚本通常被包裹在P2SH中，以提高隐私性和兼容性。redeemScript就是上述的多重签名脚本，用户只需支付其哈希值。

P2WPKH (Pay-to-Witness-Public-Key-Hash) 和 P2WSH (Pay-to-Witness-Script-Hash) - 隔离见证脚本类型

为了解决比特币的扩容问题并提升交易效率和隐私性,隔离见证（SegWit）被引入，并带来了新的脚本类型：原生见证脚本（Native SegWit）。

• P2WPKH (Pay-to-Witness-Public-Key-Hash)：

  • 锁定脚本 (ScriptPubKey)：

    OP_0 <PublicKeyHash>

    • OP_0：表示一个以0开头的版本号（当前为0）。
    • <PublicKeyHash>：是公钥的SHA-256哈希（32字节，不同于P2PKH的20字节）。
  • 解锁脚本 (ScriptSig - 在输入的见证数据中提供)： 见证数据（Witness）是隔离见证的一部分，与ScriptSig分开存储和验证。
    1. witness：<signature> <public_key>
  • 特点： 签名和公钥作为见证数据，不占用交易本身的“空间”，从而降低交易费用，并具有某些隐私优势。

• P2WSH (Pay-to-Witness-Script-Hash)：

  • 锁定脚本 (ScriptPubKey)：

    OP_0 <ScriptHash>

    • <ScriptHash>：是完整见证脚本（witnessScript）的SHA-256哈希（32字节）。
  • 解锁脚本 (ScriptSig - 在输入的见证数据中提供)： 见证数据包含：
    1. witness：<witnessScript> 以及满足该witnessScript的数据。
  • 特点： 类似于P2SH，但见证脚本本身被哈希锁定在ScriptPubKey中，支持更复杂的见证脚本（如复杂的多重签名、时间锁等），且同样享受隔离见证带来的费用和隐私优势。

时间锁脚本 (Timelock Scripts)

时间锁脚本允许交易在特定时间点之后才能被花费,这为诸如闪电网络、通道关闭、合约到期等应用提供了基础。

• 类型：
  • 绝对时间锁 (CLTV - CheckLockTimeVerify)： 基于区块高度或特定时间戳。
    • 示例脚本片段：<locktime> OP_CHECKLOCKTIMEVERIFY OP_DROP <public key> OP_CHECKSIG
    • 意味着必须等到<locktime>指定的区块高度或时间之后，才能使用该公钥和签名花费。
  • 相对时间锁 (CSV - CheckSequenceVerify)： 基于相对时间（从当前区块算起多少个区块后）。
    • 示例脚本片段：<sequence> OP_CHECKSEQUENCEVERIFY OP_DROP <public key> OP_CHECKSIG
    • 意味着必须等待<sequence>指定的相对区块数之后，才能花费。
• 应用： 时间锁常与其他脚本类型（如P2SH、P2WSH）结合使用，实现条件性支付。

比特币的交易脚本系统是其灵活性和安全性的基石,从最基础的

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