比特币脚本系统解释

问：比特币系统中没有账户的概念，用户如何知道自己有多少钱，可以花掉比特币，即进行比特币交易？

问题理解：为了验证比特币系统在交易（也叫转账记录）中的交易权限，即验证某人是否有权使用发送给他的比特币，使用了脚本系统来验证权限。 常见的权限验证方式，比如使用公钥和签名，或者比如多人投票机制等。

脚本系统是一个简单的、基于栈的、从左到右处理的、非图灵完备的脚本系统，比以太坊、EOS等下一代区块链技术中使用的智能合约简单太多，所以功能比较有限。 它的本质是一个包含多条指令的列表。 只要这些指令在一条一条运行的过程中没有失败，直到指令列表中的指令正常执行，则表明交易有效，即用户可以使用发给他的比特币交易。 只要指令列表中的指令在执行过程中出现失败或异常，则表明交易无效，用户无权使用本次交易中发给他的比特币，因为他可能是一个非法用户。

脚本系统中常用的命令包括：

1、栈处理指令：OP_DUP（复制操作）、OP_DROP（删除栈顶元素）、OP_SWAP（交换栈顶的两个元素）

2、脚本流程控制指令：OP_RETURN（标记交易无效）\OP_VERIFY（如果栈顶元素为false，则标志交易无效。如果为true，则交易有效）

3、加密签名指令：OP_HASH256（用于哈希计算）、OP_CHECKSIGVERIFY（用于签名校验）等；

4、逻辑运算指令：OP_EQUAL（判断是否相等）、OP_EQUALVERIFY（判断是否相等，然后进行脚本流控判断。如果栈顶元素为false，则交易无效）

5、算术运算指令：OP_ADD（加法）\OP_SUB（减法）\OP_MAX（最大值）\OP_MIN（最小值）等。

问题说明：

下面用一个例子来说明比特币脚本系统的执行过程。

假设有如下一系列交易执行流程比特币系统中的交易运行原理，Alice 交易一些比特币给 Bob，Bob 交易一些比特币给 Carol，Carol 交易一些比特币给 Dave。 那么在交易b中，系统如何验证Bob有权将Alice转给他的比特币转给Carol呢？

一笔交易的数据结构包括三部分，HASH、输入交易和输出交易。 如下所示：

我们知道，在每一笔交易中，输入交易中包含了上一笔交易的txid和scriptSig。 这个scriptSig是为了验证用户是否有权使用之前交易中转给他的比特币。

例如

在 Bob->Carol 的交易 b 中，为了给 Carol 转账比特币系统中的交易运行原理，Bob 必须在交易 b 的输入交易中提供足够的信息来证明 Bob 可以在交易 a 中使用 Alice 转给 Bod 的比特币，而输入交易交易b的信息与交易a的输出交易信息配对。 两者执行成功可以证明Bob是合法的拥有者，可以使用交易a转给他的比特币。

Bob为了给Carol转账，在交易b中提供输入交易的输入脚本scriptSig信息如下：

3046022100ba1427639c9f67f2ca1088d0140318a98cb1e84f604dc90ae00ed7a5f9c61cab02210094233d018f2f014a5864c9e0795f13735780cafd51b94134acf50

03a63ab88e75116b313c6de384496328df2656156b8ac48c75505cd20a4890f5ab

这么长的列表其实就是签名和公钥。

对应的是交易a中输出交易的输出脚本scriptPubKey信息，其内容如下：

OP_DUP OP_HASH160be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

这么长的列表实际上是一个指令的脚本列表，比特币系统会在脚本系统栈中一条一条地执行这些指令来验证权限。

让我们看看如何执行这组脚本来验证权限。

第一步是执行事务b的输入脚本。 由于有两个元素，签名和公钥，所以将这两个元素添加到堆栈中；

第二步，根据输入脚本引用的txid，找到事务a的输出脚本，得到输出脚本的命令列表，一一执行；

第三步，第一条指令是OP_DUP，表示复制操作，即复制当前栈顶元素，所以进行复制

第四步，第二条指令是OP_HASH160，意思是计算哈希值，即计算当前栈顶元素的哈希值，然后将计算出的哈希值入栈

第五步，第三条指令是一组数字，所以把这个元素加入栈中；

第六步和第四条指令是OP_EQUALVERIFY，意思是检查是否相等，即从栈中取出栈顶的两个元素，判断是否相等。 如果它们相等，它们将正常进行。

第七步第五条指令是OP_CHECKSIG，意思是校验签名校验，即从栈中取出栈顶的两个元素，判断签名是否正确。 如果它们相等，它将正常进行。 如果它们不相等，执行将被中断。 返回失败。

这样，在执行了交易b的输入脚本和交易a的输出脚本中包含的一系列指令列表后，就可以验证Bob是否有权使用交易a转给他的比特币，即将其转移给卡罗尔。