區塊鏈學習(10)交易模型(UTXO)設計

交易模型介紹

比特幣的實現使用的是區塊鏈技術,所以比特幣賬本里面存儲的都是一個個連接起來的區塊數據。而區塊數據里面存儲的都是一筆筆交易數據,所以可以理解為比特幣里面沒有任何其它數據,只有一筆筆交易。

每一筆交易包含交易的唯一id,交易的輸入,交易的輸出三部分內容:

id:? 非常好理解,就是一個唯一標識,我們可以簡單理解為和數據庫的主見id一樣;

交易輸入:? 交易輸入數據記錄的是本次交易轉賬人的信息,包含了轉賬人的賬號,轉賬金額,還有本次轉賬的錢來自以前的哪一次交易的id,最后是交易簽名,加簽名是為了防止被篡改

交易輸出:? 交易收款人賬號,交易結余金額

上面的交易模型簡單來說,就是記賬,通過交易輸入可以看到此次轉賬需要用到前面的哪些交易輸出的余額,通過交易輸出可以計算本次交易剩余了多少錢的結余,并轉給自己,也方便下一次的交易輸入的使用。

所有的交易輸出其實就是自己賬戶上的一筆筆結余余額,所有的交易輸入其實就是記錄了此次交易花費使用了以前哪些交易輸出,如果有結余,再記錄為新的交易輸出。

比特幣的交易模型也簡稱為UTXO(unspent? transaction? output),全稱是未花費的交易輸出,一次交易如果有余額,就有未花費的交易輸出,如果沒有余額,那么交易輸入中存的就都是已花費的交易輸出。所以,所有未花費的交易輸出加起來,就是當前賬戶的余額。

同理可以推斷出,如果是挖礦操作,那么記賬時交易輸入一定是0,交易輸出就是系統獎勵給賬戶的比特幣數量。如果是轉賬,那么交易輸入就會記錄本次轉賬花費的是前面的哪些交易輸出,如果剛好花完,那么交易輸出就是0,如果沒有花完,那么剩余的錢再轉為交易輸出。



代碼實現

從上面的介紹中可以看出,交易輸出的數據模型設計最簡單,我們來看一下:

交易輸出的數據模型只有三個屬性,一個是金額,另外兩個就是收錢方的錢包地址和公鑰。交易輸入的數據模型我們定義類?TransactionInput ,交易的數據模型我們定義類?Transaction ,先來看交易的數據模型:

雖然交易模型包含了交易輸入和交易輸出,但是從整體上看,交易模型也很簡單,只包含一個交易id,一個交易輸入,一個交易輸出。

這里需要說明一下,一次交易轉賬因為金額不固定,用到的交易輸出應該是一個list模型,但是這里的比特幣因為是簡單實現,因此后面我們交易時金額會固定,這樣用單個交易輸出也可以實現。

看完交易輸出模型和交易模型,下面來看一下交易輸入模型:

交易輸入模型略微復雜一些,除了定義正常的交易金額和收錢方地址及公鑰之外,還定義了交易簽名字段,和交易id字段,這個id指向的就是引用輸出的那次交易id。

交易輸入模型 TransactionInput 中還有一個方法需要定義,在系統挖礦生成的交易中,沒有交易輸入,我們可以簡單把交易輸入引用的交易id設置為0,并且把交易輸入的金額設置為-1,以此來判斷是否為系統交易:

因此,在交易模型類?Transaction 中,需要定義一個判斷的方法:

這樣,交易輸入模型類?TransactionInput? 也設計完成了。


下面繼續看交易模型類Transaction 。接下來是交易的簽名和驗證簽名的設計,首先,設計兩個工具方法,一個是交易對象的克隆方法,另一個是把整體交易對象進行哈希的方法:

上面的克隆方法發送方公鑰為空,是為了在簽名的時候直接配置引用的交易的交易輸出的地址。接下來是給交易進行簽名:

簽名方法完成后,驗證簽名的方法就簡單了:

上面就是交易模型UTXO的簡單設計,用到的加密技術都是前面提到的。比特幣的交易模型與普通的支付軟件的交易并不一樣,需要用記賬的思想去理解。

交易id的生成,我們直接使用uuid即可,這里不再演示。



測試

來看一下測試代碼,首先測試一下系統交易:

測試結果:

再來測試一下轉賬交易:

測試結果:



項目代碼:https://gitee.com/blueses/btc-demo

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