比特币源代码--13--数据结构-交易
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比特币交易是比特币系统中最重要的部分。根据比特币系统的设计原理，系统中任何其余的部分都是为了确保比特币交易能够被生成、能在比特币网络中得以传播和经过验证，并最终添加入全球比特币交易总帐簿(比特币区块链)。比特币交易的本质是数据结构，这些数据结构中含有比特币交易参与者价值转移的相关信息。比特币区块链是一本全球复式记帐总帐簿，每一个比特币交易都是在比特币区块链上的一个公开记录。安全
1、总体结构
下面是对一个交易解码事后的信息。网络
{
"version": 1,
"locktime": 0,
"vin": [
{
"txid":"7957a35fe64f80d234d76d83a2a8f1a0d8149a41d81de548f0a65a8a999f6f18",
"vout": 0,
"scriptSig": "3045022100884d142d86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a570b1deccbb6498c75c4ae24cb02204b9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad530a863ea8f53982c09db8f6e3813[ALL] 0484ecc0d46f1918b30928fa0e4ed99f16a0fb4fde0735e7ade8416ab9fe423cc5412336376789d172787ec3457eee41c04f4938de5cc17b4a10fa336a8d752adf",
"sequence": 4294967295
}
],
"vout": [
{
"value": 0.01500000,
"scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 ab68025513c3dbd2f7b92a94e0581f5d50f654e7 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG"
},
{
"value": 0.08450000,
"scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 7f9b1a7fb68d60c536c2fd8aeaa53a8f3cc025a8 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG",
}
]
}
从以上信息咱们能够看出，交易中主要有如下信息：数据结构
| 数据项 | 大小(Byte) | 数据类型 | 描述 |
| Version | 4 | uint32_t | 交易版本 |
| tx_in count | Varies | compactSize unsigned integer | 交易输入量 |
| tx_out count | Varies | compactSize unsigned integer | 交易输出量 |
| tx_in | Varies | CTxIn | 交易输入 |
| tx_out | Varies | CTxOut | 交易输出 |
| lock_time | 4 | uint32_t | 交易锁定时间 |
const uint32_t nLockTime;app
锁定时间定义了能被加到区块链里的最先的交易时间，在大多数交易里，它被设定为0，用来表示便可执行，若是锁定时间不是0，而且小于5亿，就被视为区块高度，意指在这个指定区块高度以前的交易没有被包含在这个区块链里。若是锁定时间设定为大于5亿，则它被看成是一个unix纪元时间戳（从1970年1月1日）以来的秒数，而且在这个指定的时间以前的交易没有被包含这个区块链里ide
交易数据结构由CTransaction类来定义的，位于Src/primitives/transaction.h（264），参数都是常量，都定义成const字段，目的是这些参数在没有更新缓存和哈希值的时候不能被恶意修改。函数
/** The basic transaction that is broadcasted on the network and contained in
* blocks. A transaction can contain multiple inputs and outputs.
*
*
** 基本的交易，就是那些在网络中广播并被最终打包到区块中的数据结构。
* 一个交易能够包含多个交易输入和输出
*/
class CTransaction
{
public:
// Default transaction version.
static const int32_t CURRENT_VERSION=2; //默认交易版本
// Changing the default transaction version requires a two step process: first
// adapting relay policy by bumping MAX_STANDARD_VERSION, and then later date
// bumping the default CURRENT_VERSION at which point both CURRENT_VERSION and
// MAX_STANDARD_VERSION will be equal.
/** 更改默认交易版本须要两个步骤：
* 1.首先经过碰撞MAX_STANDARD_VERSION来调整中继策略，
* 2.而后在稍后的日期碰撞默认的CURRENT_VERSION
*
* 最终MAX_STANDARD_VERSION和CURRENT_VERSION会一致
*/
static const int32_t MAX_STANDARD_VERSION=2;
// The local variables are made const to prevent unintended modification
// without updating the cached hash value. However, CTransaction is not
// actually immutable; deserialization and assignment are implemented,
// and bypass the constness. This is safe, as they update the entire
// strcture, including the hash.
/** 下面这些变量都被定义为常量类型，从而避免无心识的修改了交易而没有更新缓存的hash值；
* 然而CTransaction不是可变的
* 反序列化和分配被执行的时候会绕过常量
* 这才是安全的，由于更新整个结构包括哈希值
*/
const std::vector<CTxIn> vin; //交易输入
const std::vector<CTxOut> vout; //交易输出
const int32_t nVersion; //版本
const uint32_t nLockTime; //锁定时间
private:
/** Memory only. */
const uint256 hash;
uint256 ComputeHash() const;
public:
/** Construct a CTransaction that qualifies as IsNull() */
CTransaction();
/** Convert a CMutableTransaction into a CTransaction. */
/**可变交易转换为交易*/
CTransaction(const CMutableTransaction &tx);
CTransaction(CMutableTransaction &&tx);
template <typename Stream>
inline void Serialize(Stream& s) const {
SerializeTransaction(*this, s);
}
/** This deserializing constructor is provided instead of an Unserialize method.
* Unserialize is not possible, since it would require overwriting const fields.
*
** 提供此反序列化构造函数而不是Unserialize方法。
* 反序列化是不可能的，由于它须要覆盖const字段
*/
template <typename Stream>
CTransaction(deserialize_type, Stream& s) : CTransaction(CMutableTransaction(deserialize, s)) {}
bool IsNull() const {
return vin.empty() && vout.empty();
}
const uint256& GetHash() const {
return hash;
}
// Compute a hash that includes both transaction and witness data
uint256 GetWitnessHash() const; //计算包含交易和witness数据的散列
// Return sum of txouts.
CAmount GetValueOut() const; //返回交易出书金额总和
// GetValueIn() is a method on CCoinsViewCache, because
// inputs must be known to compute value in.
/**
* Get the total transaction size in bytes, including witness data.
* "Total Size" defined in BIP141 and BIP144.
* @return Total transaction size in bytes
*/
unsigned int GetTotalSize() const; // 返回交易大小
bool IsCoinBase() const //判断是不是创币交易
{
return (vin.size() == 1 && vin[0].prevout.IsNull());
}
friend bool operator==(const CTransaction& a, const CTransaction& b)
{
return a.hash == b.hash;
}
friend bool operator!=(const CTransaction& a, const CTransaction& b)
{
return a.hash != b.hash;
}
std::string ToString() const;
bool HasWitness() const
{
for (size_t i = 0; i < vin.size(); i++) {
if (!vin[i].scriptWitness.IsNull()) {
return true;
}
}
return false;
}
};
2、交易概念
比特币交易中的基础构建单元是交易输出。在比特币的世界里既没有帐户，也没有余额，只有分散到区块链里的UTXO[未花费的交易输出]。区块链
例如，你有20比特币的UTXO而且想支付1比特币，那么你的交易必须消耗掉整个20比特币的UTXO而且产生两个输出：一个是支付了1比特币给接收人，另外一个是支付19比特币的找零到你的钱包。ui
交易形式
交易形式主要有三种this
1） 支付并找零
2） 多个输入一个输出
3） 一个输入多个输出
3、COutPoint
用于定位该交易输入的来源（UTXO），起到point的做用
| 字段尺寸 | 描述 | 数据类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 32 | hash | uint256 | 交易的哈希 |
| 4 | n | uint32_t | 指定tx输出的索引，第一笔输出的索引是0，以此类推 |
/** An outpoint - a combination of a transaction hash and an index n into its vout
*
** 一个交易哈希值与输出下标的集合
*/
class COutPoint
{
public:
uint256 hash; //交易哈西
uint32_t n; //对应序列号
COutPoint(): n((uint32_t) -1) { }
COutPoint(const uint256& hashIn, uint32_t nIn): hash(hashIn), n(nIn) { }
ADD_SERIALIZE_METHODS; //用来序列化数据结构，方便存储和传输
template <typename Stream, typename Operation>
inline void SerializationOp(Stream& s, Operation ser_action) {
READWRITE(hash);
READWRITE(n);
}
void SetNull() { hash.SetNull(); n = (uint32_t) -1; }
bool IsNull() const { return (hash.IsNull() && n == (uint32_t) -1); }
//小于号<重载函数
friend bool operator<(const COutPoint& a, const COutPoint& b)
{
int cmp = a.hash.Compare(b.hash);
return cmp < 0 || (cmp == 0 && a.n < b.n);
}
//==重载函数
friend bool operator==(const COutPoint& a, const COutPoint& b)
{
return (a.hash == b.hash && a.n == b.n);
}
//!=重载函数
friend bool operator!=(const COutPoint& a, const COutPoint& b)
{
return !(a == b);
}
std::string ToString() const;
};
4、交易的输入
COutPoint prevout;
CScript scriptSig;
uint32_t nSequence;
CScriptWitness scriptWitness; //! Only serialized through CTransaction
| 数据项 | 大小(Byte) | 数据类型 | 描述 |
| previous_output | 36 | COutPoint | 上一个交易的输出 |
| scriptwitness | Varies < 10000 | CompactSize Unsigned Integer | 隔离见证 |
| signature script | Varies | char[] | 解锁脚本 |
| sequence | 4 | uint32_t | 序列号，可用于相对时间锁定 |
1）Prevout
是指前一个交易的输出，也就是父交易
其中COutPoint是一个类，也就是前面提到的。
2） scriptSig
解锁脚本，经过密钥能够解锁这个交易输入（UTXO）,并使用这个UTXO(J交易输出)
3）nSequence
指定交易何时能够被写到区块链中。其参数设置下面在详细分析
/* Setting nSequence to this value for every input in a transaction
* disables nLockTime.
*
* 规则1:若是一笔交易中全部的SEQUENCE_FINAL都被赋值了相应的nSequence，那么nLockTime就会被禁用
*/
static const uint32_t SEQUENCE_FINAL = 0xffffffff;
/* Below flags apply in the context of BIP 68*/
/* If this flag set, CTxIn::nSequence is NOT interpreted as a
* relative lock-time.
*
* 规则2:若是设置了该值，nSequence不被用于相对时间锁定。规则1失效
*/
static const uint32_t SEQUENCE_LOCKTIME_DISABLE_FLAG = (1 << 31);
/* If CTxIn::nSequence encodes a relative lock-time and this flag
* is set, the relative lock-time has units of 512 seconds,
* otherwise it specifies blocks with a granularity of 1.
*
* 规则3：若是规则1有效而且设置了此变量，那么相对锁定时间单位为512秒，不然锁定时间就为1个区块
*/
static const uint32_t SEQUENCE_LOCKTIME_TYPE_FLAG = (1 << 22);
/* If CTxIn::nSequence encodes a relative lock-time, this mask is
* applied to extract that lock-time from the sequence field.
*
* 规则4：若是nSequence用于相对时间锁，即规则1有效，那么这个变量就用来从nSequence计算对应的锁定时间
*/
static const uint32_t SEQUENCE_LOCKTIME_MASK = 0x0000ffff;
/* In order to use the same number of bits to encode roughly the
* same wall-clock duration, and because blocks are naturally
* limited to occur every 600s on average, the minimum granularity
* for time-based relative lock-time is fixed at 512 seconds.
* Converting from CTxIn::nSequence to seconds is performed by
* multiplying by 512 = 2^9, or equivalently shifting up by
* 9 bits.
*
* 相对时间锁粒度
* 为了使用相同的位数来粗略地编码相同的挂钟时间，
* 由于区块的产生限制于每600s产生一个，
* 相对时间锁定的最小单位为512是，512 = 2^9
* 因此相对时间锁定的时间转化为至关于当前值左移9位
*/
static const int SEQUENCE_LOCKTIME_GRANULARITY = 9;
4）scriptWitness
隔离见证。
参考《精通比特币》附录四 隔离见证
在引入“隔离见证”以前，每个交易输入后面都跟着用来对其解锁的见证数据， 见证数据做为输入的一部分被内嵌其中。术语“隔离见证”( segregated witness)， 或简称为“segwit”，简单理解就是将某个特定输出的签名分离开，或将某个特定输 入的脚本进行解锁。用最简单的形式来理解就是“分离解锁脚本”(separate scriptSig)，或“分离签名”(separate signature)
所以，隔离见证就是比特币的一种结构性调整，旨在将见证数据部分从一笔交易 的 scriptSig(解锁脚本)字段移出至一个伴随交易的单独的见证数据结构。客户 端请求交易数据时能够选择要或不要该部分伴随的见证数据。
5、交易输出
class CTxOut
{
public:
CAmount nValue; // 比特币数量
CScript scriptPubKey; // 锁定脚本，决定了谁能够花费这笔UTXO
...
};
| 数据项 | 大小(Byte) | 数据类型 | 描述 |
| value | 8 | int64_t | 交易输出，单位为Satoshis |
| scriptpubkey | Varies | cscript | 锁定脚本大小 |
1）比特币数量
CAmount定义在CAmount.h中，64bit，8个字节
2）锁定脚本
锁定脚本，锁定脚本对应输入脚本中的解锁脚本，在锁定脚本中，咱们经过私钥对该交易输出进行锁定，当这笔交易做为其余交易的输入时，须要经过私钥来解锁，即经过前面输入交易中提到的解锁脚原本实现。
/** An output of a transaction. It contains the public key that the next input
* must be able to sign with to claim it.
*
**交易输出，包含输出金额和锁定脚本
*/
class CTxOut
{
public:
CAmount nValue; //输出金额
CScript scriptPubKey; //锁定脚本
CTxOut()
{
SetNull();
}
CTxOut(const CAmount& nValueIn, CScript scriptPubKeyIn);
ADD_SERIALIZE_METHODS;
template <typename Stream, typename Operation>
inline void SerializationOp(Stream& s, Operation ser_action) {
READWRITE(nValue);
READWRITE(scriptPubKey);
}
void SetNull()
{
nValue = -1;
scriptPubKey.clear();
}
bool IsNull() const
{
return (nValue == -1);
}
friend bool operator==(const CTxOut& a, const CTxOut& b)
{
return (a.nValue == b.nValue &&
a.scriptPubKey == b.scriptPubKey);
}
friend bool operator!=(const CTxOut& a, const CTxOut& b)
{
return !(a == b);
}
std::string ToString() const;
};