理解UTXO账户模型

Posted 2020-12-02 lingyaoyao

什么是UTXO？浅谈比特币账户模型

　　1：什么是UTXO？

　　UTXO的英文全称为Unspent Transaction Output,汉语翻译过来则为：未消费的交易输出。我们可以把UTXO理解为交易过程中的一个数据结构。未花费的交易输出UTXO是一个包含交易数据和执行代码的数据结构，可以通俗的理解为某仓库（某地址）已经收到的但是尚未花费出去的加密数字货币。基于区块链的加密数字货币使用UTXO来验证一个人（其实是一个地址）是否拥有未使用过的加密数字货币用于支付。

　　UTXO模型是中本聪在bitcoin模型中初创并引用的，因为我们谈到UTXO总会首先联想到比特币，但是需要额外指出的是：UTXO不是比特币独有的，当然 UTXO跟区块链也没有必然的联系，比如你可以模仿比特币但是不使用UTXO模型。

　　PS: 有一些博文中将其解释为未消费的事务输出。

　　个人认为不合理，比特币的流转过程是一个输入与输出的过程，我们知道比特币只是一个以区块链为底层技术的应用之一罢了，所以比特币本身践行着”价值“的传输（”价值“的传输模式 是为了区分现行互联网上的”数据“传输（字节复制），比如传输一个文件），这个价值转移的过程，其实就是交易的过程。

　　说道这里，想解释一下TX的含义，通过上面的英文全称解析，我们知道TX代替的是Transiaction。但是为什么呢？

　　原因1：在比特币社区里，大家习惯性的用TX来代替交易Transaction。

　　比特币区块描述

　　其中：TX代表的是Transaction，其中数字“44”代表的是本区块打包的交易笔数。

　　PS1:关于区块结构及解析，将会在本专栏系列文章中进行详细解读，敬请期待。

　　PS2:至于什么是加密数字货币浏览器？ 什么是加密数字货币（什么是比特币）？将会在本专栏系列文章中进行详细解读，敬请期待。

　　2：常规的账户余额系统与比特币的账户模型是什么？

　　我们常规理解的账户余额系统是什么样子的？下面举一个转账的例子

　　Case背景: TT 在某第三方中心化支付系统账户（比如招商银行的账户）上有存款1000元，ZY有2000元，TXT有3000元。

　　操作如下：

　　操作1：TT某天向ZY转账800元；操作2：ZY然后向TXT转账500元。

　　假设平台手续费为0，那么在每一步操作，第三方支付账户系统需要做如下逻辑（以操作1举例说明）：

　　（1）判断TT账户余额是否足够800元，如果不够 ，操作失败，取消交易。如果足够则转向（2）；

　　（2）TT账户余额减少800，同时ZY账户余额增加500；这一步操作是事务性操作，可以理解为同成功，同失败。

　　其中第（2）步，如果间隔有时差（现实中会有这种情况），那么就会出现常见的“双花问题”（也叫双重支付攻击，double spent attack）

　　操作1结束，操作2类似，不详细描述，如下图所示

　　转账操作前初始状态

　　操作1转账之后余额状态

　　操作2转账之后余额状态

　　（1）现在的银行支付系统、证券交易系统，包括互联网第三方支付系统（比如支付宝等），其核心都是基于账户（account based）的设计，底层数据都是由关系型数据库(RMDB：Relation Manage DataBase)支撑。

　　（2）RMDB的好处是可以支持事务性操作，RMDB所具有的ACID特性（原子性，一致性，隔离性，持久性）。

　　比特币的账户模型就是基于UTXO数据结构

　　业内流行一句话：”其实并没有什么比特币，有的只是UTXO“---孟岩；个人表示赞同。

　　在比特币交易中，每一笔交易都会有”交易输入”（即资产来源）和“交易输出”（即资产去向，当然比特币模型里叫做未花费的交易输出）。

　　可以通俗的理解为：别人付给你的钱是“交易输入”，你收到的钱是“交易输出”。

　　每一笔交易当中有可能有多个“交易输入”和多个“交易输出”。每一笔交易都是按照时间戳发生的顺序，使用固定编码编排的。

　　而且，任何一笔“交易输入”都是前序某个交易当中产生的“未花费交易输出”，就像接链条一样，前后互相链接，前一个链条块的输出就是后一个链条块的输入。

　　一笔UTXO交易的组成

　　一笔比特币交易的流程是什么样子呢？下面举一个例子来解释下：

　　Case背景：TT的钱包（对应公钥地址A）里有12.5个比特币（其实就是UTXO）,ZY钱包（对应公钥地址B）里拥有5个比特币，TXT钱包（对应公钥地址C）里有0个比特币。

　　操作（1）TT给TXT支付一笔5个比特币；

　　操作（2）TT又给TXT支付一笔2个比特币；

　　操作（3）ZY给TXT支付一笔1个比特币；

　　操作（4）TXT给其他某个人转出支付一笔3.5个比特币。

　　那么，TXT的钱包里的比特币（UTXO）变化是什么样子呢？

　　比特币变化结果如下：

　　操作（1）之后，TXT钱包里有一笔大小为5的UTXO收入交易记录，共一笔，净UTXO：5；

　　操作（2）之后，TXT钱包里有一笔大小为5的和一笔大小为2的UTXO收入交易记录，共两笔，净UTXO：7；

　　操作（3）之后，TXT钱包里有一笔大小为5的，一笔大小为2的和一笔大小为1的UTXO收入交易记录，共三笔，净UTXO：8；

　　Caution:

　　操作（4）之后，TXT的钱包里基于（3）的基础上，新增一笔支出大小为5个UTXO，然后新增一笔大小为1.5的收入交易记录。净UTXO:3-->4.5(终态)；

　　为什么呢？

　　原因是：UTXO模型中，交易处理的基本单位是一个交易记录，任何一个交易的输入都是某一个交易的输出。可以浅显的理解为：上述的三笔收入分别为1，2，5个大小的UTXO为三个面额为1，2，5的硬币，硬币的消费是不会掰开花的，只能拿出合适的一个全花出去，然后接受对方找零（其实不是对方找零，而且比特币交易系统自动为我们做的找零操作，UTXO接收方（目标地址）是感知不到的）；

　　总结一下，UTXO的三个原则

　　1）所有交易始于coinbase（即始于挖矿奖励所得）;

　　2）除了coinbase交易之外，所有的交易输入都必须来自于前面一个或者几个交易的UTXO输出。

　　3）每一笔的交易支出总额等于交易收入总额；

　　UTXO与支付系统账户模型的区别是什么？

　　1）在比特币系统中，没有账户的概念，所以也就没有余额的概念，有的只是UTXO，比特币交易系统中，用一连串的关联交易来计算，某地址（类比于账户系统中的账户概念）下究竟有多少UTXO，通过这个UTXO计算值来确定，一个地址是否具有转移出一笔交易的能力。

　　2）区别

　　在支付系统账户模型中，一个账户具有账户名（账户唯一ID）和密码，通过账户ID和密码认证，即获得了对该账户的使用权和支配权。也就是说，该账户内的所有资产归经过密码安全认证的人所有。

　　在比特币交易系统中，没有账户iD和账户密码一说，也没有账户余额计算一说。但是 有公钥（钱包地址）和秘钥，可以浅显的类比理解为：公钥就是账户ID，私钥就是账户密码。在比特币交易系统中，知道对方公钥，就可以给对方转账进行交易。拥有了私钥，就代表着拥有了该地址下所有UTXO的使用权和控制权。

个人理解：