1. 什么是UTXO？

UTXO（Unspent Transaction Output，未花费交易输出）是比特币网络中用于追踪交易的核心概念。简单来说，UTXO代表了每个比特币地址的可用余额。它描述了哪些比特币是“未被花费的”，从而可以用于新的交易。

在比特币网络中，每一笔交易的输入和输出都是基于UTXO模型：

  • 输入（Input）：引用一个或多个以前的UTXO，表示花费这些UTXO。
  • 输出（Output）：生成一个或多个新的UTXO，表示新持有比特币的所有权。

2. UTXO的基本结构

每个UTXO包含以下几个重要字段：

  • 价值（Value）：UTXO中包含的比特币数量，以聪（Satoshi，1 BTC = 100,000,000 Satoshis）为单位。
  • 锁定脚本（Locking Script）：一种脚本，指定如何花费这笔UTXO，也称为scriptPubKey。通常，它要求提供一个与给定公钥相对应的有效签名来解锁比特币。
  • 交易ID（Transaction ID）：该UTXO所属的交易的唯一标识符。
  • 输出索引（Output Index）：在该交易中，该UTXO是第几个输出。

3. UTXO模型的工作流程

比特币网络通过交易将比特币从一个地址转移到另一个地址。交易由输入和输出组成：

  • 输入：引用一个或多个现有UTXO，表示这些UTXO的所有权将被转移。
  • 输出：创建一个或多个新的UTXO，这些UTXO会被分配给新的地址。

交易的具体工作流程如下：

  1. 选择UTXO：当用户发起一笔比特币交易时，钱包会选择足够多的UTXO，以覆盖所需支付的金额和矿工费用。
  2. 构建交易：交易的输入部分引用被花费的UTXO，并附带解锁这些UTXO的必要签名。输出部分定义新的UTXO，包括接收方的地址和要转移的比特币金额。
  3. 交易验证：节点验证交易是否合法，包括：
    • 输入引用的UTXO未被双重花费。
    • 输入UTXO的签名与输出的锁定脚本匹配。
    • 输入UTXO的总价值大于或等于输出UTXO的总价值，差额作为矿工费用。
  4. 更新UTXO集：交易被矿工打包进区块后，网络会更新UTXO集：
    • 移除已花费的UTXO。
    • 添加新的UTXO。

4. UTXO模型的优点

  1. 简化余额计算：UTXO模型使得余额计算非常简单。用户的余额即为其地址下所有未花费的UTXO的总和。
  2. 隐私性：每笔交易可以产生多个输出，允许用户将一部分余额转给自己，保持隐私性。
  3. 并行性：由于每个UTXO都是独立的，因此多个UTXO可以并行处理。这对于区块链的扩展性有帮助。
  4. 防止双重支付：UTXO一旦被花费，就会从UTXO集中移除，这自然地防止了双重支付的发生。

5. 与账户模型的比较

相比以太坊的账户模型，UTXO模型有以下不同之处：

  • 交易语义：UTXO模型中的每个交易是独立的，并且花费特定的UTXO；而账户模型中每个交易更新账户的余额。
  • 状态维护：UTXO模型通过维护一组未花费的交易输出，避免了在每笔交易后对整个网络的全局状态进行更新。
  • 并发处理：由于UTXO模型的交易是相对独立的，因此可以更好地并行处理多个交易。

6. UTXO模型中的交易费用

在UTXO模型中，交易费用是由交易输入的总金额减去输出的总金额来计算的。用户可以通过调整输入和输出的差值来指定愿意支付的交易费用，矿工更倾向于优先打包那些费用较高的交易。

7. UTXO模型的示例

假设用户A有两个UTXO，分别包含0.5 BTC和0.7 BTC。他想向用户B支付0.9 BTC，矿工费用为0.1 BTC。交易流程如下：

  • 用户A的两个UTXO作为输入，构成1.2 BTC的总值。
  • 0.9 BTC发送给用户B，0.2 BTC作为找零发送回用户A，0.1 BTC作为矿工费用。
  • 交易后，1.2 BTC的UTXO被花费，新的0.9 BTC和0.2 BTC的UTXO被创建。
孟斯特

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