理解比特币脚本

其实我们可以这样看待比特币的交易：『交易的发起者悬赏若干比特币，在网络上贴出了一到数学题，谁解出了这道数学题，悬赏就归谁了』。 顺着这个思路，Alice对Bob的转账可以理解为『Alice把一道只有Bob才能解开的数学题发到网络上，Bob解出题并拿走了悬赏』。那么，每个交易数据中都会出现的『脚本』就是题和解，『脚本语言』就是用来描述题和解的工具。

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『输入脚本』和『输出脚本』

在这里我们先讨论单输入单输出的比特币交易，因为这样描述起来更方便且不影响对『脚本』的理解。
9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1 这是一个单输入单输出交易，看下我们要关注的数据：

Hash:

9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1

输入交易:

前导输入的Hash:

437b95ae15f87c7a8ab4f51db5d3c877b972ef92f26fbc6d3c4663d1bc750149

输入脚本 scriptSig:

3045022100efe12e2584bbd346bccfe67fd50a54191e4f45f945e3853658284358d9c062ad02200121e00b6297c0874650d00b786971f5b4601e32b3f81afa9f9f8108e93c752201038b29d4fbbd12619d45c84c83cb4330337ab1b1a3737250f29cec679d7551148a

输出交易:

转账值:

0.05010000 btc

输出脚本 scriptPubKey:

OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

假设Alice是转账发送者，Bob是接受者。那么『输入交易』表明了Alice要动用的比特币的来源，『输出交易』表明了Alice要转账的数额和转账对象——Bob。那么，你可能要问，数据中的『输入脚本』和『输出脚本』是不是就是题和解？对了一半！

在 Bitcoin Wiki 中提到：

原先发送币的一方，控制脚本运行，以便比特币在下一个交易中使用。想花掉币的另一方必须把以前记录的运行为真的脚本，放到输入区。

换句话说，在一个交易中，『输出脚本』是数学题，『输入脚本』是题解，但不是这道数学题的题解。我开始看Wiki的时候，在这里遇到了一些障碍，没法理解『输入脚本』和『输出脚本』的联系。但是在考虑交易间的关系后，就明白了。

假设有这么一系列交易：

1. 上图的三个交易都是单输入单输出交易
2. 每个『输入交易』『输出交易』中，都包含对应的『脚本』
3. 交易a，Alice转账给Bob；交易b，Bob转账给Carol；交易c，Carol转账给Dave
4. 当前交易的『输入』都引用前一个交易的『输出』，如交易b的『输入』引用交易a的『输出』

按照之前的说法，交易a中的『输出脚本』就是Alice为Bob出的数学题。那么，Bob想要引用交易a『输出交易』的比特币，就要解开这道数学题。题解是在交易b的『输入脚本』里给出的！Bob解开了这道题，获得了奖金，然后在交易b中为Carol出一道数学题，等待Carol来解...

所以说，下图中相同颜色的『输出』和『输入』才是一对题和解：

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脚本语言

Bitcoin Wiki 给出的对脚本的解释:

比特币在交易中使用脚本系统，与FORTH(一种编译语言)一样，脚本是简单的、基于堆栈的、并且从左向右处理，它特意设计成非图灵完整，没有LOOP语句。

要理解比特币脚本，先要了解『堆栈』，这是一个后进先出(Last In First Out )的容器，脚本系统对数据的操作都是通过它完成的。比特币脚本系统中有两个堆栈：主堆栈和副堆栈，一般来说主要使用主堆栈。举几个简单的例子，看下指令是如何对堆栈操作的（完整的指令集在 Wiki 里可以找到）:

• 常数入栈：把一段常数压入到堆栈中，这个常数成为了栈顶元素
  

  

• OP_DUP：复制栈顶元素
  

  

• OP_EQUALVERIFY：检查栈顶两个元素是否相等
  

  

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标准交易脚本

也就是P2PKH(Pay To Public Key Hash)，我们常用的转账方式。Alice在转账给Bob的时候，『输出交易』中给出了Bob的『钱包地址』(等价于『公钥哈希』)；当Bob想要转账给Carol的时候，他要证明自己拥有这个『钱包地址』对应的『私钥』，所以在『输入交易』中给出了自己的『公钥』以及使用『私钥』对交易的签名。看个实例：
* 交易a: 9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1
* 交易b: 62fadb313b74854a818de4b4c0dc2e2049282b28ec88091a9497321203fb016e

交易b中有一个『输入交易』引用了交易a的『输出交易』，它们的脚本是一对题与解：
题：交易a的『输出脚本』，若干个脚本指令和转账接收方的『公钥哈希』

OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

解：交易b的『输入脚本』，这么一长串只是两个元素，『签名』和『公钥』（sig & pubkey）

3046022100ba1427639c9f67f2ca1088d0140318a98cb1e84f604dc90ae00ed7a5f9c61cab02210094233d018f2f014a5864c9e0795f13735780cafd51b950f503534a6af246aca301 03a63ab88e75116b313c6de384496328df2656156b8ac48c75505cd20a4890f5ab

下面来看下这两段脚本是如何执行，来完成『解题』过程的。

1. 首先执行的是『输入脚本』。因为脚本是从左向右执行的，那么先入栈的是『签名』，随后是『公钥』
   

   

2. 接着，执行的是『输出脚本』。从左向右执行，第一个指令是OP_DUP——复制栈顶元素
   

   

3. OP_HASH160——计算栈顶元素Hash，得到pubkeyhash
   

   

4. 将『输出脚本』中的『公钥哈希』入栈，为了和前面计算得到的哈希区别，称它为pubkeyhash'
   

   

5. OP_EQUALVERIFY——检查栈顶前两元素是否相等，如果相等继续执行，否则中断执行，返回失败
   

   

6. OP_CHECKSIG——使用栈顶前两元素执行签名校验操作，如果相等，返回成功，否则返回失败
   

   

这样一串指令执行下来，就可以验证这道数学题是否做对了，也就是说验明了想要花费『钱包地址』中比特币的人是否拥有对应的『私钥』。上面的执行过程是可以在 脚本模拟器 中执行的，能够看到每一步执行的状态，感兴趣的童鞋可以尝试一下。

其实除了标准的P2PKH交易脚本，还有P2SH的Multi-Sig脚本以及真正的『解谜交易』脚本，我们可以在今后接着讨论。

作者: 汪海波Hyper
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2014-11-26

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参考

[1] 申屠青春( 我看比特币 ), 【比特币脚本】
[2] Bitcoin Wiki, 【Script】