Bitroo小課堂26:UTXO是什么?

2024-06-06 00:06:47

UTXO 的英文是 Unspent Transaction Output ，翻譯過來叫 “未消費的交易輸出”。應該這么說，比特幣的核心概念交易，交易的核心知識點就是 UTXO。

交易的組成要素

比特幣中是沒有账戶這個概念的，所謂一個地址的余額，其實就是統計這個地址相關的所有交易，然後運算出來的。所以我們把顯微鏡調調焦距，先看看一個交易中都包含哪些要素。

第一個要素是輸入，也就是 Input。首先，並不是所有的交易都有這一項。比如每個區塊裏面都有一個礦工自治的特殊交易，也就是所謂的 coinbase 交易，它就是一個沒有 Input 的交易。這個交易中直接把一定數量的比特幣轉出給制作這個區塊的礦工。除了這個特例之外，其他的交易都是有輸入的。比如小明想給小剛轉账1個比特幣，這個交易的 Input 應該是啥呢？是和小明的地址相關的一些交易，更准確的說，就是這些交易中包含的屬於小明地址的未消費的交易輸出，也就是 UTXO 。

於是我們就很自然的進入了第二個要素，也就是交易中應該包含輸出。“輸出”是個術語，英文叫 Output。在小明給小剛轉账一個比特幣的交易中，交易的 Output 就是指向小張的地址的這一個比特幣。這樣，UTXO 中的後三個字母 TXO ，其中 TX 代表交易，O 代表 Output，我們就理解了。

最後一個 U 指的是 Unspent，也就是未消費。小張如果從來沒有用這個 Output 做過其他交易的輸入，那么這個 Output 就是沒有被消費過的，就是 UTXO。

最後一個要素就是手續費，一個非 coinbase 交易中輸入要等於輸出加上手續費，手續費是要轉账給礦工的。討論中為了簡便，我們忽略手續費這一項。

理解的比特幣交易的基本組成其實也就理解了 UTXO。到任何一個比特幣瀏覽器中點开一個具體的交易，詳情中可以看到咱們剛剛說的這幾個要素。

湊輸入和找零

UTXO 有個特點，就是跟硬幣一樣，不能掰开用，那么交易過程中如何湊夠輸入金額，又如何找零的呢？

小明給小剛轉账 1 比特幣。整個過程是這樣的，小明要收集足夠的輸入，比如小明的地址對應的以往交易中，找到了一個面值為 0.9 的 UTXO，不夠 1 比特幣，好在交易中是允許有多個輸入的，所以小明又找到了一個面值 0.2 的 UTXO，這樣在這次轉账的交易中，就會有兩個輸入。同時輸出也會有兩個，一個是指向小剛地址，面值是 1 比特幣。另一個指向小明的地址，面值是 0.1 比特幣，這個輸出就是找零了。

梳理一下，整個流程是這樣的：小明首先要湊夠足夠面額的 Input，這裏他找到了兩個 Input，而這兩個 Input 本身都是以往交易的 Output。這兩個 Output 在未消費之前，就是 UTXO，但是當前交易一旦生效，它們兩個就會被消耗掉，而本交易中又會生成兩個新的 UTXO，一個指向小明，一個指向小剛。相當於小明和小剛各種領到手一個硬幣，未來可以在其他交易中去消費。而小明和小剛各自地址的余額，其實就是各自對應的所有 UTXO 的總和。

這樣，交易中如何去湊夠輸入，如何生成輸出，並進行找零，我們就清楚了。

為何使用 UTXO 模型？

到這裏我們就有一個疑問了，比特幣不就是個大账本嗎？為何不採用账戶模型，而要採用 UTXO 模型呢？

账戶模型是傳統銀行或者類似於支付寶這種服務的基本模型，這個模型下，我有一個自己對應的账戶，上面記錄我有 13 塊錢，那么 13 這個數字是明明白白記錄到系統中的。账戶模型的確是非常簡單，也非常靈活，以太坊以及一些其他區塊鏈項目中採用的就是账戶模型。

再看看比特幣，小明有 13 個幣，其實區塊鏈上是根本沒有 13 這個數字的，因為區塊鏈上只有交易。但是我們打开比特幣的區塊鏈瀏覽器，是可以看到一個地址對應的余額的，這是區塊鏈瀏覽器自己運算出來的，不是區塊鏈上本來就有的。

UTXO 是理解比特幣交易的樞紐性概念，想要理解比特幣底層原理的同學，這是一個繞不過去的坑。每個交易中，可以包含多個輸入，並且通常包含兩個輸出，輸出總額加上手續費正好等於輸入總額。每個輸出都跟硬幣一樣，有自己的一個面值，而且屬於某個特定地址。還沒有被當做其他交易的輸入使用的輸出，就是 “未消費交易輸出”，就是 UTXO。

UTXO 模型中沒有账戶的概念，所以對比账戶模型顯得稍微繞一些，但是它本身其實也是有巨大優點的，例如非常有利於在分布式系統中進行並行計算處理。