科普：比特幣的 UTXO 模型_比特幣:AMO Coin

提要

比特幣不使用“賬戶-余額”的模式來表示價值。相反，它將幣作為首要的概念，每一筆錢各自由比特幣用戶持有。

一個未花費的交易輸出代表“一整塊”的比特幣。UTXO被用作比特幣交易的輸入。

UTXO模型使得比特幣在可審計性、透明性和效率上更優于傳統金融系統。

什么是UTXO？

一個未花費的交易輸出就代表一定數量的比特幣。多個UTXO可以組合、單個UTXO也可以拆分，做出支付所需的任何面額。

我們可以將UTXO理解成實物貨幣，因為它們必須作為完整的一個單元來使用。如果你想花5毛錢，你不可能掰開一個1塊錢硬幣來付款。相反，你必須花掉整個1塊錢，然后拿5毛錢的找零。但是，不同于實物貨幣，UTXO沒有標準面額。一個UTXO可以是任意數量的比特幣。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

顧名思義，一個UTXO就是一個比特幣交易的輸出。輸出以UTXO的形式存在，直到被用作另一個交易的輸入為止，這時就不再是未花費的。

動態 | 區塊鏈技術入選科普雜志《科學美國人》2019十大突破性技術榜單:據新浪網今日新聞報道，美國科普雜志《科學美國人》公布 2019 十大突破性技術榜單。區塊鏈技術因在保障食品安全中的作用而上榜。 入選榜單具體原因：區塊鏈技術的發展應用將顯著改善食品污染源數據追蹤的困境。利用區塊鏈云端系統，食品制造商可以依次在計算機儲存各類過程的信息。[2019/9/29]

在任意時間點，現有UTXO的集合都被稱為?UTXO集。比特幣節點會追蹤UTXO集，從而確定哪些代幣未被花費，以及哪些人可以花費它們。該系統可以讓比特幣解決多重支付問題。雙重花費問題是長期困擾數字貨幣嘗試的一大難題。

UTXO是如何創建的？

新的UTXO是通過花費現有UTXO創建的。每個比特幣交易都由輸入和輸出組成。輸入花費已有UTXO，輸出則創建新的UTXO。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

那么，如果新的UTXO是通過銷毀已有UTXO創建的，那么最初的UTXO是怎么來的？

Coinbase交易

Coinbase?交易是一種特殊類型的交易，通過創建新的比特幣來獎勵找到區塊的礦工。由于創造了新的比特幣，coinbase交易沒有輸入，但是會產生一個或多個輸出。就像所有正常輸出一樣，coinbase交易的輸出是新的UTXO。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

每個UTXO的歷史都可以追溯到coinbase交易的一個或多個輸出。

理解比特幣的UTXO模型

比特幣的UTXO模型不同于大多數數字貨幣系統。這是因為比特幣的設計目的有別于傳統金融系統。比特幣的初衷是實現完全透明化、公平性和可審計性。UTXO可以幫助比特幣實現這些目標。那么UTXO模型是如何運作的？

財政部副部長朱光耀：數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展:今日，在中國發展高層論壇2018年會上，財政部副部長朱光耀表示：“數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展。也要關注數字經濟的其他影響，包括稅收征管、反洗錢監管措施等要跟上。”[2018/3/25]

地址和UTXO

在傳統金融系統中，交易會從一個賬戶中取出資金轉移到另一個賬戶中。比特幣的UTXO模型沒有賬戶，因此沒有專門的發送方賬戶/地址。地址雖然被用來接收UTXO，但是永遠不會直接記錄在區塊鏈上。比特幣地址是?scriptPubKeys?的編碼，包含在每個交易的輸出中。

當比特幣被花費出去時，輸入只包含執行scriptPubKey所必需的簽名和公鑰，并沒有提到比特幣來自區塊鏈上的哪個地址。但是，UTXO的上一個地址是可以輕松計算得出的。每個交易輸入都通過交易id來指明其前序交易，并通過索引來指明使用該前序交易的哪一個輸出。被引用的交易輸出的scriptPubKey可以被轉化成比特幣地址。

比特幣的貨幣政策

UTXO模型可以讓所有比特幣節點在任意時刻就比特幣的存在情況達成共識。也就是說，任何人都可以審計比特幣的總供應量，來確保比特幣的貨幣政策被嚴格遵守。

UTXO的組合和拆分

一個比特幣交易可以包含任意數量的輸入和輸出。因此，用戶可以任意組合和拆分UTXO來完成任意金額的付款。

例如，Alice持有兩個UTXO，分別價值0.5BTC和0.7BTC。當她向Bob支付1BTC時，可以使用這兩個UTXO作為輸入，然后將1BTC的輸入發送給Bob。

Alice還另外創建了一個0.199BTC的輸出作為找零發送給自己。由于需要支付交易費，她無法給自己發送0.2BTC。

??交易費不以交易輸出的形式體現。它是通過輸入值和輸出值之間的差額推算得出。

交易驗證

UTXO模型可以讓比特幣節點有效驗證鏈上的每個交易。當節點收到一個交易時，無論該交易是否已經打包進區塊，均可驗證該交易內的UTXO是否真的有效且沒有被花費。正因如此，比特幣可以在不依賴可信第三方的情況下解決雙重花費問題。

UTXO模型vs.賬戶模型

大多數金融系統不使用UTXO模型。因此，用戶不依靠某幾種代幣來控制資產，而是使用一個或多個賬戶，且每個賬戶都有余額。賬戶模型可以讓金融機構和商家精確記錄個人賬戶的借入貸出情況，避免找零和選幣問題。

賬戶模型的可靠性問題

賬戶模型的優勢是以犧牲透明性和可審計性為代價的。審計所有銀行賬戶中的美元總量是不可能的。

另外，大多數賬戶模型飽受退單和賬戶透支等問題的困擾。由于比特幣交易必須引用要被花費的UTXO，無效交易不可能被添加到區塊鏈上。

UTXO模型的隱私問題

UTXO模型為用戶提供隱私優勢。比特幣用戶可以將每個UTXO存儲在不同的地址中分別處理。通過這種方式，用戶可以隱藏其持有的UTXO之間的聯系，避免暴露在公眾視線中。對于區塊鏈觀察者來說，確定哪些UTXO屬于哪些用戶會變得更有難度。

比特幣的設計極大降低了生成新地址的難度。賬戶模型系統使得生成新賬戶變得非常麻煩，甚至不可行，迫使用戶將全部或大部分資金存放在一個賬戶中。

鏈分析公司試圖通過各種方法破壞比特幣的隱私性并確定UTXO的所有權。然而，這些方法靠的是假設和間接證據，而非嚴格的邏輯。

相關術語

交易

交易是比特幣從一個地址轉移到另一個地址的記錄。所有交易都記錄在區塊鏈上的區塊中。

UTXO集

UTXO集是某一時間點存在的所有UTXO的集合。所有UTXO的總量就是比特幣的當前供應量。

交易ID

交易ID是標識特定交易的一串字母和數字。這個字符串只是對交易進行二次SHA256計算得到的哈希值。

多重支付

所謂的多重支付，就是有人將同一筆錢花了不止一次，并讓一方或雙方相信他們已經拿到了錢。比特幣利用去中心化賬本和帶有時間戳的區塊鏈解決了雙重花費問題。

稀缺性

貨幣稀缺性指的是貨幣很難被找到或創造出來。雖然貨幣普及很重要，但是一旦貨幣可以被輕而易舉地創造出來，會對經濟產生負面影響。

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