[北大肖臻-区块链技术与应用笔记]第八节课—

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了[北大肖臻-区块链技术与应用笔记]第八节课——BTC 脚本。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

[北大肖臻-区块链技术与应用笔记]第八节课——BTC 脚本

比特币系统中使用的脚本语言很简单， 唯一能访问的内存空间就是一个栈，这点和通用脚本语言的区别很大。

一、实际交易举例

btc 脚本语言,# 区块链学习

这个交易有一个输入和两个输出，其中一个输出已经被花出去了，另一个没有被花出去。

输入脚本

输入脚本包含两个操作，分别将两个很长的数压入栈中。

输出脚本

输出脚本有两行，分别对应上面的两个输出，即每个输出有自己单独的一段脚本。

交易结构

"result":{
	"txid":"921a.dd24",//交易id
	"hash":"921a.dd24",//交易的哈希值
	"version":1,//使用的比特币协议版本号
	"size":226,//交易的大小
	"locktime":0,//交易的生效时间，0代表立即生效，非0代表经过几个区块后才允许上链
	"vin":[...],//交易的输入
	"vout":[...],//交易的输出
	"b1 ockhash":"0000000000000000002c510d..5c0b",//交易所在区块的哈希值
	"confirmations":23,//目前已经有几个确认，包括自己及其后面有多少区块上链
	"time":1530846727,//交易产生的时间戳
	"b1 ocktime":1530846727//该交易所在的区块的产生时间
}

交易的输入

交易的输入是一个列表，可以有多个输入，如果一个交易有多个输入，那么每个输入都要指明来源，并给出签名。

"vin":[{
	"txid":"c0cb...c57b",//该输入的来源交易的哈希值
	"vout":0,//该输入对应“来源交易”的哪一个输出。是一个索引值
	"scriptsig":{//输入脚本，这里是最简单的形式，只有签名    
		"asm":"3045...0018",
		"hex":"4830...0018"
	}	
}],

交易的输出

交易的输出也可以有多个，形成列表

"vout":[{
	"va1ue":0.22684000,//金额，即转过去多少BTC
	"n":0,//序号，表示这个输出在这个交易中的索引
	"scriptPubKey":{//输出脚本
		"asm":"DUP HASH160 628e...d/43 EQUALVERTFY CHECKSTG",
		"hex":"76a9.88ac",
		"regsigs":1,//这个输出需要多少个签名才能兑现，有的输出需要多重签名
		"type":"pubkeyhash",//输出的类型，此处pubkeyhash是公钥的哈希
		"addresses":["19z8LJkNXLrTv2QK5jgTncJCGUEEfpQvSr"]//输出的地址
    }
},{
	"va1ue":0.53756644,
	"n":1,
	"scriptPubKey":{
		"asm":"DUP HASH160 da7d...2cd2 EQUALVERIFY CHECKSIG",
		"hex":"76a9.88ac",
		"regsigs":1,
		"type":"pubkeyhash",
		"addresses":["1LVGTpdyeVLCLCDK2m9f7Pbh7zwhs7NYhX"]
    }
}]

二、脚本举例说明

btc 脚本语言,# 区块链学习

在早期的比特币系统中，B->C这个交易的输入脚本和A->B这个交易的输出脚本拼在一起执行。

后来，出于安全因素的考虑，这两个脚本改为分别执行，首先执行输入脚本，如果没有出错，那么再执行输出脚本，如果能顺利执行，并且最后得到非零值（true），那么这个交易就是合法的。

如果一个交易有多个输入，每个输入脚本都要去找到前面特定区块中所对应的输出脚本，匹配之后来进行验证。全部验证通过后，这个交易才是合法的。

三、输入输出脚本的形式

P2PK（Pay to Public Key）

input script：
	PUSHDATA(Sig)
output script：
	PUSHDATA(PubKey)
	CHECKSIG

输入脚本中直接给出签名（收款人用自己的私钥对输入脚本所在的整个交易的签名）

输出脚本中直接给出收款人的公钥，最后的CHECKSIG是检查签名。

脚本执行

为方便显示，将输入输出脚本拼接显示如下：

btc 脚本语言,# 区块链学习

1️⃣ 第一条语句，将输入脚本中的签名压入栈

2️⃣ 第二条语句，将输出脚本中的公钥压入栈

3️⃣ 第三条语句，弹出栈顶的两个元素，用公钥PubKey检查一下签名Sig是否正确。如果正确，返回True，说明验证通过

P2PKH（Pay to Public Key Hash）

input script:
	PUSHDATA(Sig)
	PUSHDATA(PubKey)
output script:
	DUP
	HASH160
	PUSHDATA(PubKeyHash)
	EQUALVERIEY
	CHECKSIG

P2PKH的输出脚本中没有给出收款人的公钥，给出的是公钥的哈希值。

在输入脚本中给出了这个人的公钥（也就是既要给出公钥又要给出签名）

P2PKH是最常用的一种形式。

脚本执行

为方便显示，将输入输出脚本拼接显示如下：

btc 脚本语言,# 区块链学习

1️⃣ 第一条语句，将输入脚本中的签名压入栈

2️⃣ 第二条语句，将输入脚本中的公钥压入栈

3️⃣ 第三条语句，将栈顶元素复制一遍（所以又压入了一次公钥）

4️⃣ 第四条语句，将栈顶元素取出来取哈希，再将得到的哈希值压入栈（也就是将栈顶的公钥变成了其哈希值）

5️⃣ 第五条语句，将输出脚本中提供的公钥的哈希值压入栈

6️⃣ 第六条语句，弹出栈顶的两个元素（都是公钥的哈希值），比较它们是否相等——防止有人用自己的公钥冒充币的来源的交易的收款人的公钥

7️⃣ 第七条语句，弹出栈顶的两个元素（公钥和签名），用公钥PubKey检查一下签名Sig是否正确。如果正确，返回True，说明验证通过

P2SH（Pay to Script Hash）

这是最复杂的一种形式，这种形式下输出脚本给出的不是收款人的公钥的哈希，而是收款人提供的赎回脚本（Redeem Script）的哈希。将来要花这个输出脚本的BTC的时候，相应交易的输入脚本要给出赎回脚本的具体内容，同时还要给出让赎回脚本能正确运行所需要的签名。

input script:
	...
	PUSHDATA (Sig)//签名
	...
	PUSHDATA(serialized redeemScript)//序列化赎回脚本
output script:
	HASH160
	PUSHDATA(redeemScriptHash)//赎回脚本的哈希
	EQUAL

input script要给出一些签名（数目不定）及一段序列化的redeemScript。验证分如下两步：

1️⃣ 验证序列化的redeemScript是否与output script中的赎回脚本哈希值匹配？

2️⃣ 反序列化并执行redeemScript,验证input script中给出的签名是否正确？

redeemScriptr的形式

1️⃣ P2PK形式

2️⃣ P2PKH形式

3️⃣ 多重签名形式

用P2SH实现P2PK的功能

redeemScript:
	PUSHDATA(PubKey)
	CHECKSIG
input script:
	PUSHDATA(Sig)
	PUSHDATA(serialized redeemScript)
output script:
	HASH160
	PUSHDATA (redeemscriptHash)
	EQUAL

第一阶段的验证

验证序列化的redeemScript是否与output script中的赎回脚本哈希值匹配

btc 脚本语言,# 区块链学习

1️⃣ 第一步，将输入脚本中的交易签名压入栈

2️⃣ 第二步，将输入脚本中给出的赎回脚本压入栈

3️⃣ 第三步，弹出栈顶元素取哈希再压栈，也就得到了赎回脚本的哈希（Redeem Script Hash）

4️⃣ 第四步，将输出脚本中给出的赎回脚本的哈希值压入栈

5️⃣ 第五步，比较栈顶两个元素是否相等，相当于用之前的输出脚本给出的赎回脚本哈希，验证了输入脚本提供的赎回脚本是否是正确的

第二阶段的验证

反序列化并执行redeemScript,验证input script中给出的签名是否正确

btc 脚本语言,# 区块链学习

1️⃣ 第一步，将脚本中写死的公钥压入栈

2️⃣ 第二步，验证输入脚本中给出的交易签名的正确性。验证通过就会返回True

四、多重签名

P2SH常见的应用场景就是对多重签名的支持

比特币系统中一个交易输出可能要求使用它的交易输入提供多个签名，才能把BTC取出来。比如某个公司可能要求5个合伙人中的任意三个提供签名，才能把公司的钱转走。这样设计不但为私钥的泄露提供了一定安全性保护，也为私钥的丢失提供了一定的容错性。

最早的多重签名

最早的多重签名，目前已经不推荐使用

inputScript:
	X//在输入脚本里往栈中添加一个没用的元素，抵消掉BTC其中的一个bug。
	PUSHDATA(Sig 1)
	PUSHDATA(Sig 2)
	PUSHDATA(Sig M)
outputScript:
	M
	PUSHDATA(pubkey_1)
	PUSHDATA(pubkey_2)
	...
	PUSHDATA(pubkey N)
	N
	CHECKMULTISIG

给出的M个签名的相对顺序，要和对应的输出脚本中N个公钥中对应公钥的相对顺序一致

脚本执行

btc 脚本语言,# 区块链学习

1️⃣ 第一步，将输入脚本中的多余元素（前述的叉）压栈

2️⃣ 第二步，将输入脚本里的M个签名依次压入栈中（这里M=2）

输入脚本执行完。

3️⃣ 第三步，将输出脚本中给定的阈值M压栈

4️⃣ 第四步，将输出脚本中给定的N个公钥压栈

5️⃣ 第五步，将输出脚本中给定的公钥数N压栈

6️⃣ 第六步，执行CEHCKMULTISIG，以检查堆栈中是否按顺序包含了N个签名中的M个

这是最早的多重签名，并没有用到P2SH，就是用比特币脚本中原生的CEHCKMULTISIG实现的.。

这样在实际使用时有些不方便的地方，例如电商网站开通了比特币支付渠道，但要求要有5个合伙人中3个人的签名才能把BTC转走。但这样做之后，用户在BTC支付的时候，生成的转账交易里也给出5个合伙人的公钥，同时还要给出N和M的值。

而这些公钥，以及N和M的值就要电商网站公布给用户，而且不同的电商网站规则也不一样，这就让用户生成转账交易变得不方便。因为这些复杂性都暴露给用户了

用P2SH实现多重签名

相比前面的实现，这样的本质是将复杂性从输出脚本转移到了赎回脚本中，输出脚本只需要给出赎回脚本的哈希值就行了。N个公钥以及N、M的值都在赎回脚本中给出来，而赎回脚本由输入脚本提供，这样也就和支付给它的用户们隔离开了。

btc 脚本语言,# 区块链学习

从用户的角度来看，采用这种P2SH的支付方式，和P2PKH支付方式没有多大区别，只不过输出脚本中的是赎回脚本的哈希值而不是公钥的哈希值

输入脚本就是电商网站要把这笔BTC转出去时候用的，这种方式下输入脚本要包含M个签名，以及赎回脚本的序列化版本。

如果电商将来改变了采用的多重签名规则，就只需要改变一下赎回脚本的内容和输入脚本中的内容，然后把新的赎回脚本的哈希值公布出去就可以了。对用户而言也只是付款时候输出脚本中要包含的哈希值发生了变化。

执行情况

第一阶段验证

btc 脚本语言,# 区块链学习

1️⃣ 第一步，将占位元素压栈

2️⃣ 第二步，将输入脚本中的M个签名压栈

3️⃣ 第三步，将输入脚本中保存的序列化的赎回脚本压栈

输入脚本执行结束

4️⃣ 第四步，弹出栈顶元素取哈希再压栈，即将栈顶的赎回脚本取哈希

5️⃣ 第五步，将输出脚本中给出的赎回脚本哈希值（RSH）压栈

6️⃣ 第六步，判断栈顶两个元素是否相等，即判断一下计算出的赎回脚本哈希和给定的赎回脚本哈希是否相等

输出脚本执行结束，第一阶段验证结束

第二阶段验证

1️⃣ 第一步，将签名数M压栈

2️⃣ 第二步，将N个公钥压栈

3️⃣ 第三步，将给定的公钥数N压栈

4️⃣ 第四步，使用CEHCKMULTISIG操作检查多重签名的正确性

五、Proof of Burn：销毁BTC

这是一种特殊的输出脚本，执行到RETURN语句就会出错，然后验证就会终止，后面的语句完全没有机会执行。

为什么要销毁比特币？一般有两种应用场景：

1️⃣ 一些小的加密货币（AltCoin:Alternative Coin），要求销毁一定数量的比特币可以得到一定数量的这种币。这时Proof of Burn就可以证明自己销毁了这些比特币。

2️⃣ 往区块链里写入一些内容。因为区块链是不可篡改的账本，有人就利用这个特性向其中写入一些需要永久保存的内容。比如第一节课学的digital commitment，即需要证明自己在某一时间知道某些内容。例如某些知识产权保护，可以将知识产权取哈希之后，将哈希值放在这种输出脚本的RETURN语句的后面。反正哈希值很小，而且哈希值没有泄露原来的内容，将来出现纠纷时，再将原来的内容公布出去，大家在区块链上找到这个交易的输出脚本里的哈希值，就可以证明自己在某个时间点已经掌握了这些知识了。