比特币:科普：比特币的 UTXO 模型

提要

比特币不使用“账户-余额”的模式来表示价值。相反，它将币作为首要的概念，每一笔钱各自由比特币用户持有。

一个未花费的交易输出代表“一整块”的比特币。UTXO被用作比特币交易的输入。

UTXO模型使得比特币在可审计性、透明性和效率上更优于传统金融系统。

什么是UTXO？

一个未花费的交易输出就代表一定数量的比特币。多个UTXO可以组合、单个UTXO也可以拆分，做出支付所需的任何面额。

我们可以将UTXO理解成实物货币，因为它们必须作为完整的一个单元来使用。如果你想花5毛钱，你不可能掰开一个1块钱硬币来付款。相反，你必须花掉整个1块钱，然后拿5毛钱的找零。但是，不同于实物货币，UTXO没有标准面额。一个UTXO可以是任意数量的比特币。

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

顾名思义，一个UTXO就是一个比特币交易的输出。输出以UTXO的形式存在，直到被用作另一个交易的输入为止，这时就不再是未花费的。

动态 | 报告：区块链等热点词促使童书科普百科类成交额同比增速最高:近日，京东图书与艾瑞咨询联合发布了《2019中国图书市场报告》。报告指出，AI、5G、区块链、机器人、VR、智能家居、AR这些热点词，不断点燃科技热潮，科技在改变大众生活的同时，也吸引了越来越多家长的关注，从小培养孩子对科技的兴趣和热爱。因此童书中科普百科类成交额同比增速最高，占比将近40%。[2020/1/8]

在任意时间点，现有UTXO的集合都被称为?UTXO集。比特币节点会追踪UTXO集，从而确定哪些代币未被花费，以及哪些人可以花费它们。该系统可以让比特币解决多重支付问题。双重花费问题是长期困扰数字货币尝试的一大难题。

UTXO是如何创建的？

新的UTXO是通过花费现有UTXO创建的。每个比特币交易都由输入和输出组成。输入花费已有UTXO，输出则创建新的UTXO。

动态 | 新浪财经：官媒针对区块链的报道从科普宣传转向打假监管:据新浪财经今日消息，“1025新政”满月，一个月间，官媒对区块链的态度风向已转。据11月初的一项统计，七家党媒在新政一周内发布了65篇直接相关报道，当时文章中的关键词是数据、产业、安全、创新等，大量文章偏向于科普区块链的概念以及应用介绍，提醒警惕虚拟货币炒作的仅有3篇。近期，官媒的批评焦点则纷纷指向借区块链之名进行的虚拟货币发行和炒作行为。据统计，新华网、人民网收录转载的，以打击虚拟货币或揭露假借区块链行为主题的文章，自10月25日到11月25日午间，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周内就高达15篇。这些文章主要围绕三个观点展开：厘清区块链和虚拟货币的关系，说明二者概念不等；打击伪“区块链”局，或是虚拟货币局揭露；提醒民众，区块链不能成为炒作的噱头，更不是行的招牌，需警惕此类活动，理性投资。[2019/11/26]

那么，如果新的UTXO是通过销毁已有UTXO创建的，那么最初的UTXO是怎么来的？

声音 | 中科院姚建铨：要加快推进区块链与物联网融合的科普 培训:据新华网消息，日前，在区块链与物联网融合发展峰会上，中国科学院院士姚建铨说，关注区块链技术里面的大数据，跟区块链技术结合起来进行测量和检测，能更好地提升激光清洗技术。姚建铨建议，无锡今后要加快推进区块链与物联网融合的科普、培训，正确引导广大人民群众对技术的认知；同时，建立专业、权威，但又普适、成套的理论体系和标准，以此切入区块链的实际应用。[2018/9/18]

Coinbase交易

Coinbase?交易是一种特殊类型的交易，通过创建新的比特币来奖励找到区块的矿工。由于创造了新的比特币，coinbase交易没有输入，但是会产生一个或多个输出。就像所有正常输出一样，coinbase交易的输出是新的UTXO。

每个UTXO的历史都可以追溯到coinbase交易的一个或多个输出。

科普时报：区块链与云计算长期发展目标不谋而合:据《科普时报》今日报道，区块链与云计算两项技术的结合，从宏观上来说，一方面，利用云计算已有的基础服务设施或根据实际需求做相应改变，实现开发应用流程加速，满足未来区块链生态系统中初创企业、学术机构、开源机构、联盟和金融等机构对区块链应用的需求。另一方面，对于云计算来说，“可信、可靠、可控制”被认为是云计算发展必须要翻越的“三座山”，而区块链技术以去中心化、匿名性，以及数据不可篡改为主要特征，与云计算长期发展目标不谋而合。[2018/5/4]

理解比特币的UTXO模型

比特币的UTXO模型不同于大多数数字货币系统。这是因为比特币的设计目的有别于传统金融系统。比特币的初衷是实现完全透明化、公平性和可审计性。UTXO可以帮助比特币实现这些目标。那么UTXO模型是如何运作的？

地址和UTXO

在传统金融系统中，交易会从一个账户中取出资金转移到另一个账户中。比特币的UTXO模型没有账户，因此没有专门的发送方账户/地址。地址虽然被用来接收UTXO，但是永远不会直接记录在区块链上。比特币地址是?scriptPubKeys?的编码，包含在每个交易的输出中。

当比特币被花费出去时，输入只包含执行scriptPubKey所必需的签名和公钥，并没有提到比特币来自区块链上的哪个地址。但是，UTXO的上一个地址是可以轻松计算得出的。每个交易输入都通过交易id来指明其前序交易，并通过索引来指明使用该前序交易的哪一个输出。被引用的交易输出的scriptPubKey可以被转化成比特币地址。

比特币的货币政策

UTXO模型可以让所有比特币节点在任意时刻就比特币的存在情况达成共识。也就是说，任何人都可以审计比特币的总供应量，来确保比特币的货币政策被严格遵守。

UTXO的组合和拆分

一个比特币交易可以包含任意数量的输入和输出。因此，用户可以任意组合和拆分UTXO来完成任意金额的付款。

例如，Alice持有两个UTXO，分别价值0.5BTC和0.7BTC。当她向Bob支付1BTC时，可以使用这两个UTXO作为输入，然后将1BTC的输入发送给Bob。

Alice还另外创建了一个0.199BTC的输出作为找零发送给自己。由于需要支付交易费，她无法给自己发送0.2BTC。

??交易费不以交易输出的形式体现。它是通过输入值和输出值之间的差额推算得出。

交易验证

UTXO模型可以让比特币节点有效验证链上的每个交易。当节点收到一个交易时，无论该交易是否已经打包进区块，均可验证该交易内的UTXO是否真的有效且没有被花费。正因如此，比特币可以在不依赖可信第三方的情况下解决双重花费问题。

UTXO模型vs.账户模型

大多数金融系统不使用UTXO模型。因此，用户不依靠某几种代币来控制资产，而是使用一个或多个账户，且每个账户都有余额。账户模型可以让金融机构和商家精确记录个人账户的借入贷出情况，避免找零和选币问题。

账户模型的可靠性问题

账户模型的优势是以牺牲透明性和可审计性为代价的。审计所有银行账户中的美元总量是不可能的。

另外，大多数账户模型饱受退单和账户透支等问题的困扰。由于比特币交易必须引用要被花费的UTXO，无效交易不可能被添加到区块链上。

UTXO模型的隐私问题

UTXO模型为用户提供隐私优势。比特币用户可以将每个UTXO存储在不同的地址中分别处理。通过这种方式，用户可以隐藏其持有的UTXO之间的联系，避免暴露在公众视线中。对于区块链观察者来说，确定哪些UTXO属于哪些用户会变得更有难度。

比特币的设计极大降低了生成新地址的难度。账户模型系统使得生成新账户变得非常麻烦，甚至不可行，迫使用户将全部或大部分资金存放在一个账户中。

链分析公司试图通过各种方法破坏比特币的隐私性并确定UTXO的所有权。然而，这些方法靠的是假设和间接证据，而非严格的逻辑。

相关术语

交易

交易是比特币从一个地址转移到另一个地址的记录。所有交易都记录在区块链上的区块中。

UTXO集

UTXO集是某一时间点存在的所有UTXO的集合。所有UTXO的总量就是比特币的当前供应量。

交易ID

交易ID是标识特定交易的一串字母和数字。这个字符串只是对交易进行二次SHA256计算得到的哈希值。

多重支付

所谓的多重支付，就是有人将同一笔钱花了不止一次，并让一方或双方相信他们已经拿到了钱。比特币利用去中心化账本和带有时间戳的区块链解决了双重花费问题。

稀缺性

货币稀缺性指的是货币很难被找到或创造出来。虽然货币普及很重要，但是一旦货币可以被轻而易举地创造出来，会对经济产生负面影响。

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