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比特币脚本简介

2022-04-22 分类：Binance 阅读(701)

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导语

比特币有时也被称为可编程货币。它的数字性质，使得用户在设置如何使用资金的条件时拥有很大的灵活性
讨论比特币时，我们会提到钱包和代币。但我们也可以把钱包看作钥匙，把代币看作支票，把区块链看作一排又一排带锁的保险柜。每个保险柜都有一条细小的插槽，这样任何人都可以存入支票或查看保险柜里有多少价值。然而，只有钥匙持有人才能给保险柜开锁。

如果钥匙持有人想把钱给其他人，就会打开保险柜。他们会开一张引用旧支票的新支票（旧支票随后会被销毁），并将其重新锁在收款人可以打开的箱子中。为了花掉这笔钱，新的收款人需要重复这个过程。

在本文中，我们将更深入地了解脚本，这是一种由比特币网络上的节点进行解释的编程语言。脚本管理前面提到的保险柜的上锁/开锁机制。

比特币如何运作？

采用上述类比，可以说每笔交易都有两个部分 — 钥匙（用于给保险箱开锁）和锁。您需要用钥匙打开包含要发送的支票的箱子，然后将新的支票添加至另一个使用不同锁的新箱子。要花掉新箱子里面的钱，您需要另一把钥匙。
就这么简单。系统中的锁的类型可能会有一些变化。有些保险箱需要您提供多个多个钥匙，其他保险箱则需要您证明您知道某个密码，总之可以设置很多条件。
我们的钥匙就是我们所说的scriptSig，锁则是我们所说的scriptPubKey。如果我们更详细地观察这些组件，我们会发现它们实际上由数据位和代码块组成。当它们结合在一起时，就形成了一个小程序。

当您进行交易时，您就是在向网络广播该组合。每个接收到这笔交易的节点都将检查这个程序，该程序将告知节点这比交易是否有效。如果无效，交易就会被废弃，您将无法使用锁定的资金。

您持有的支票（代币）被称为未花费的交易输出(UTXO)。只要能提供与这把锁相配的钥匙，任何人都可以使用这笔资金。具体来说，钥匙是scriptSig，锁是scriptPubKey。
如果UTXO在您的钱包内，它们可能会有一个条件，即只有能证明该公钥所有权的人才能解锁这些资金。如需解锁资金，您需要提供一个包含数字签名的scriptSig，使用映射到scriptPubKey中指定公钥的私钥。一切很快就会变得清晰起来。

了解比特币堆栈

脚本是一种基于堆栈的语言。这就意味着，当我们阅读一组指令时，我们会将它们放在被认为是垂直的列中。例如，列表A、B、C将产生一个堆栈，A位于底部，C位于顶部。当指令告诉我们要做某件事时，我们就会从堆栈的顶部开始操作一个或多个元素。

元素A、B和C被添加并从堆栈中“弹出”。

我们可以区分数据（例如签名、哈希和公钥）和指令（或操作码）。指令删除数据并对其进行处理。以下就是一个非常简单的脚本示例：
<xyz> <md5 hasher> <d16fb36f0911f878998c136191af705e> <check if equal>
红色部分表示数据，蓝色部分表示操作码。我们从左到右读取，因此我们首先把字符串<xyz>放到堆栈上。接下来是<md5 hasher>操作码。这个操作码在比特币中并不存在，但我们假设它删除了堆栈顶部的元素(<xyz>)，并使用MD5算法进行了哈希。随后将输出添加回堆栈。这里的输出恰好是d16fb36f0911f878998c136191af705e。
太巧了！我们要添加的下一个元素是<d16fb36f0911f878998c136191af705e>，因此，现在我们的堆栈有两个相同的元素。最后，<check if equal>在顶部弹出两个元素，并检查它们是否相等。如果相等，则将<1>添加至堆栈。如果不相等，则将<0>添加至堆栈。
我们已经到了指令列表的末尾。我们的脚本可能会以两种方式失败 — 如果剩余元素是零，或如果某些条件不满足时，其中一个运算符将导致其失败。在这个例子中，我们没有任何这样的运算符，最终得到一个非0元素(<1>)，因此我们的脚本是有效的。这些规则也适用于真正的比特币交易。

上述示例只是一个虚构的程序。现在我们来看一些实际的示例。

支付到公钥(P2PK)

支付到公钥(P2PK)非常简单。它设计将资金锁定至特定的公钥。如果您想以这种方式接收资金，就需要向发送者提供您的公钥，而不是比特币地址。

中本聪和Hal Finney在2009年的第一笔交易就是P2PK交易。这种结构在比特币早期被大量使用，但如今，支付到公钥哈希(P2PKH)已经在很大程度上取代了它。
P2PK交易的锁定脚本遵循<public key> OP_CHECKSIG的格式。就这么简单。您可能已经猜到，OP_CHECKSIG会根据提供的公钥检查签名。因此，我们的scriptSig将是一个简单的<signature>。记住，scriptSig是开锁的钥匙。
没有比这更简单的了。签名被添加到堆栈中，随后是公钥。OP_CHECKSIG同时弹出签名和公钥，并根据公钥验证签名。如果二者匹配，则向堆栈中添加<1>。否则添加<0>。

出于我们即将在下一节详细说明的原因，P2PK实际上已经不再使用。

支付到公钥哈希(P2PKH)

支付到公钥哈希(P2PKH)是现在最常见的交易类型。除非您特地去下载过时的软件，否则您的钱包很可能会默认采取这种交易。

P2PKH的scriptPubKey如下：

OP_DUP OP_HASH160 <public key hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

在我们介绍scriptSig之前，我们首先来分析一下新的操作码的作用：

OP_DUP

OP_DUP弹出第一个元素，并复制这个元素。随后，它将二者同时添加回堆栈。通常，这样做是为了在不影响原始元素的情况下对副本进行操作。

OP_HASH160

这将弹出第一个元素，并进行两次哈希。第一轮将使用SHA-256算法进行哈希。随后使用RIPEMD-160算法对SHA-256输出进行哈希。结果输出被添加回堆栈。

OP_EQUALVERIFY

OP_EQUALVERIFY由另外两个运算符OP_EQUAL和OP_VERIFY组合而成。OP_EQUAL弹出两个元素，并检查其是否相同。如果相同，则将1添加到堆栈。如果不相同，则添加0。OP_VERIFY弹出顶部元素，并检查其是否为True（是即非0）。如果不是，则交易失败。综合起来，如果顶部两个元素不匹配，则OP_EQUALVERIFY会导致交易失败。

这一次，scriptSig如下所示：

<signature> <public key>

您需要提供签名以及相应的公钥来解锁P2PKH输出。

您可以通过上面的GIF详细了解。它与P2PK脚本并没有太大的不同。我们只是添加了一个额外的步骤，来检查公钥是否与脚本中的哈希匹配。

不过，有一点需要注意。在P2PKH锁定脚本中，公钥是不可见的 — 我们只能看到它的哈希。如果我们前往区块链浏览器并查看尚未被花掉的P2PKH输出，我们将无法确定其公钥。只有当收款人决定转移资金时才会被披露。
这有几个好处。首先就是，公钥哈希比完整的公钥更容易传递。正是出于这个原因，中本聪在2009年推出了公钥哈希。公钥哈希就是我们现在所知道的比特币地址。
第二个好处是，公钥哈希可以为量子计算提供额外的安全层。因为我们的公钥只有在我们花费资金之后才会被知道，因此其他人就更难计算私钥。他们必须逆转两轮哈希（RIPEMD-160和SHA-256），才能得到私钥。
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支付到脚本哈希(P2SH)

支付到脚本哈希(P2SH)对于比特币来说是一个非常有趣的发展。它允许发送者将资金锁定到脚本的哈希 — 而无需知道脚本实际做了什么。以下面的SHA-256哈希为例：

e145fe9ed5c23aa71fdb443de00c7d9b4a69f8a27a2e4fbb1fe1d0dbfb6583f1

您不需要知道哈希的输入来锁定资金。然而，花费资金的人需要提供用于哈希它的脚本，并需要满足该脚本的条件。

上面的哈希就是通过下面的脚本创建：

<multiply by 2> <4> <check if equal>

如果您想花费绑定到这个scriptPubKey的代币，您不仅要提供这些命令。您还需要一个scriptSig，使完成的脚本的值为True。在这个示例中，即为您<multiply by 2>以得到<4>结果的元素。当然，这意味着我们的脚本只是<2>。

在实际情况中，P2SH输出的scriptPubKey为：

OP_HASH160 <redeemScript hash> OP_EQUAL

此处没有新的运算符。但是，我们确实有<redeemScript hash>作为一个新元素。顾名思义，这就是我们需要提供用于赎回资金额脚本哈希（称之为redeemScript）。scriptSig将根据redeemScript中的内容而变化。不过，通常情况下，您会发现它是签名和附加公钥的某种组合，随后是（强制性的）redeemScript：

<signature> <public key> <redeemScript>

我们的计算与目前所看到的堆栈执行略有不同。它分为两个部分。第一部分仅检查您是否提供了正确的哈希。

您会注意到，我们没有对redeemScript前面的元素执行任何操作。它们在这个时候还不会被用到。我们已经到了这个小程序的末尾，顶部元素为非0。也就是说，它是有效的。

但我们还没有完成。网络节点将这个结构识别为P2SH，因此它们实际上已经让scriptSig的元素在另一个堆栈中等候。这就是要用到签名和公钥的地方。
到目前为止，我们一直将redeemScript视为一个元素。但现在，它会被解释为指令，这可以是任何东西。我们以P2PKH锁定脚本为例，我们必须向其提供与<redeemScript>中的<public key hash>匹配的<signature>和<public key>。

一旦您的redeemScript被扩展，就可以看到我们的情况看起来与常规P2PKH交易完全一样。之后，您只需要像正常程序一样运行它。

我们已经演示了所谓的P2SH(P2PKH)脚本，但您不太可能在自然环境中找到这样的脚本。没有什么可以阻止您制作一个，但却不会为您带来任何好处，而且最终会占用更多的区块空间（因此也成本更高）。

P2SH通常适用于多重签名或SegWit兼容交易之类的情况。多重签名交易的规模可能非常之大，因为它们需要多个密钥。在实施付费到脚本哈希之前，发送者必须在其锁定脚本中列出所有可能的公钥。

但对于P2SH，无论消费条件多么复杂，它都不会产生影响。redeemScript的哈希始终为固定大小。因此，成本会转移给想要解锁锁定脚本的用户。

SegWit兼容性是P2SH可以派上用场的另一个示例（我们将在下一节详细讨论交易结构的不同）。SegWit是一个软分叉，它导致了区块/交易格式的改变。由于它是一项可选择的升级，因此并非所有钱包软件都能识别这些变化。

如果客户端将SegWit脚本哈希封装在P2SH中，这一点无足轻重。和所有这种类型的交易一样，它们不需要知道解锁的redeemScript是什么。

SegWit交易（P2WPKH和P2WSH）

如需获取更全面的SegWit介绍，请参阅《隔离见证新手教程》。
如需理解SegWit中的交易格式，您只需要知道我们不再只有scriptSig和scriptPubKey。现在，我们还有一个被称之为“见证”的新领域。我们之前保存在scriptSig中的数据被移到见证，因此scriptSig为空。

如果您遇到过以“bc1”开头的地址，那么，这些地址就是我们所说的 SegWit原生（而不是SegWit兼容，因为它们是P2SH地址，因此它们以“3”开头）。

支付到见证公钥哈希(P2PKH)

支付到见证公钥哈希(P2PKH)是P2PKH的SegWit版本。我们的见证如下所示：

<signature> <public key>

您会注意到，这与P2PKH中的scriptSig相同。在这里，scriptSig是空的。同时，scriptPubKey类似如下：

<OP_0> <public key hash>

这看起很奇怪，对吧？让我们比较签名、公钥及其哈希的运算码在哪里？

我们并没有在这里展示额外的运算符，因为接收交易的节点根据<public key hash>的长度知道如何处理它。它们会计算长度，并理解它必须以与传统P2PKH交易相同的方式运行。
未升级的节点不知道如何以这种方式解释交易，但这无关紧要。在旧的规则下没有见证，因此它们会读取一个空的scriptSig和一些数据。它们会对其进行评估，并将其标记为有效 — 在它们看来，任何人都可以使用这些输出。这就是为什么SegWit会被认为是向后兼容的软分叉。

支付到公钥哈希(P2PKH)

支付到公钥哈希(P2PKH)是新的P2SH。如果您已进展至这一步，或许就能弄清楚它的运作方式了，但无论如何，我们都会过一遍。我们的见证是我们通常放在scriptSig中的内容。例如，在打包P2PKH交易的P2WSH中，它可能看起来是这样子的：

<signature> <public key>

下面是我们的scriptPubKey：

<OP_0> <public key hash>

这里采用同样的规则。SegWit节点读取脚本哈希的长度并确定它是P2WSH输出，其评估方式类似于P2SH。与此同时，旧节点只不过将其视为任何人可以花费的输出。

总结

在这篇文章中，我们对比特币的构建区块有了一定了解。我们来快速总结一下：

脚本类型 描述

支付到公钥(P2PK)

将资金锁定至特定公钥

支付到公钥哈希(P2PKH)

将资金锁定到特定公钥哈希（即地址）

支付到脚本哈希(P2SH)

将资金锁定到收款人可以提供的脚本的哈希

支付到见证公钥哈希(P2PKH)

P2PK的SegWit版本

支付到公钥哈希(P2PKH)

P2SH的SegWit版本

深入研究比特币后，您就会开始理解为何它具有如此大的潜力。交易可能有多个不同的组成部分构成。通过操纵这些构建区块，用户可极其灵活地为使用资金的方式及时间设置条件。

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