BTC数据结构

Andihu
70 阅读4分钟

BTC是一种去中心化的数字money，它使用一种名为“区块链”的数据结构来记录交易和存储账户余额。在本文中，我们将介绍BTC的数据结构，包括交易、区块、Merkle 树和UTXO（未花费交易输出）等。

  1. 交易
{
    "inputs": [
        {
            "txid": "80f02d2e883e1d69c1f30337f3a080ec6c60d6e7cf52f01c07baa33a0d063c85",
            "vout": 0,
            "scriptSig": "3045022100f2151812c02f73869cb267d4b4af4b4ec4d572f73585ab1e39b62f80bc6c01eb02205b0d1b0ca1b038a2d116a60bbd6a84aa390851bca6f7b25f2c2d3f6af90fb6bc[ALL] 03853a23dd84e322ca1d0f040e65eb9c5ec82d20f0e3d5433b3c3d2eef62d5ba3e",
            "sequence": 4294967295
        }
    ],
    "outputs": [
        {
            "value": 0.001,
            "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 1f7e8e82bb06b7c30d31715d624d9fca1f645395 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG"
        },
        {
            "value": 0.003,
            "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 929b2750d5c5ea5d3a5d81a5b5d374aead9f78a8 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG"
        }
    ]
}

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  1. 区块

BTC中的所有交易都被打包进一个名为“区块”的数据结构中。每个区块包含了一个区块头和一组交易。区块头包括版本号、前一区块的哈希值、Merkle 根哈希值、时间戳、难度目标值和随机数。难度目标值决定了挖矿的难度，而随机数用于挖矿。

以下是一个比特币区块的示例：

{
    "header": {
        "version": 1,
        "prev_block": "0000000000000000000fbf6e6fdef5a5fd5c5a3a140a5c5e5",
        "merkle_root": "c90dbd93f70c96a57a25a620cdaecf1d54d27ddc8f23f55a846a728f7ce67abf",
        "timestamp": 1231469665,
        "bits": 486604799,
        "nonce": 2573394689
},
"transactions": [
    {
        "txid": "f4184fc596403b9d638783cf57adfe4c75c605f6356fbc91338530e9831e9e16",
        "version": 1,
        "vin": [
            {
                "txid": "3b5b...cfe4",
                "vout": 0,
                "scriptSig": "3045...d3ad",
                "sequence": 4294967295
            }
        ],
        "vout": [
            {
                "value": 50.00000000,
                "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 404371705fa9bd789a2fcd52d2c580b65d35549d OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG"
            }
        ],
        "locktime": 0
    },
    ...
]

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  1. Merkle 树

Merkle 树是比特币中用于验证交易的数据结构。它通过将所有交易的哈希值按顺序排列，并在最后添加一个奇数个空哈希值（如果交易数量为偶数，则复制最后一个哈希值），然后将相邻的两个哈希值进行哈希运算，直到最后只剩下一个哈希值。这个最后的哈希值就是 Merkle 根哈希值，它唯一地标识了所有交易的集合。

以下是一个包含4笔交易的 Merkle 树的示例：

        A           B
      /   \       /   \
     1     2     3     4
    / \   / \   / \   / \
  h1  h2 h3 h4 h5 h6 h7  h8

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  1. UTXO

UTXO（未花费交易输出）是BTC中记录账户余额的方式。每个 UTXO 对应于一笔未花费的交易输出，包括输出金额和接收方的地址。当一个账户想要花费BTC时，它必须引用之前的 UTXO，并指定一个新的接收地址和转移的金额。一旦交易被验证和记录在区块链上，对应的 UTXO 就会被标记为已花费。

例如，如果一个账户之前收到了一笔交易，其中包含了 1 BTC 的输出，那么这个账户的 UTXO 就包含一个 1 BTC 的输出和接收方的地址。当这个账户想要转移 0.5 BTC 给另一个地址时，它就需要使用这个 UTXO 来进行交易，并指定接收方地址和转移金额。在交易被验证后，UTXO 就会被更新，其中原来的 1 BTC 输出将被标记为已花费，而新的 UTXO 将包含一个 0.5 BTC 的输出和新的接收方地址。

UTXO 的优点是可以有效地避免双重支付(双花攻击)问题，因为每个 UTXO 只能被使用一次。这样一来，每个账户的余额都可以被明确地跟踪，并且无需全局状态来维护所有账户的余额。

  1. 总结

BTC的数据结构是一个非常复杂和庞大的系统，包含了区块链、交易、Merkle 树、UTXO 等多个组成部分。通过这些数据结构，比特币实现了一种去中心化的数字货币系统，所有的交易都被公开记录在区块链上，不需要中心化的机构来进行验证和管理。尽管比特币的数据结构非常复杂，但它却具有高度的安全性和可靠性，成为了全球最受欢迎的加密货币之一。

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