数据结构
首先整体地了解一下比特币交易的数据结构. 一个比特币交易, 包含一个或多个 UTXO 作为输入, 一个交易目的地址的 UTXO 输出, 通常还包括一个找零 UTXO 输出. 总输入减去总输出的部分作为手续费奖励给矿工. 以下是相关的数据结构定义示例:
public struct Transaction {
public let version: Int32
public let txInCount: VarInt
public let inputs: [TransactionInput]
public let txOutCount: VarInt
public let outputs: [TransactionOutput]
public let lockTime: UInt32
}
public struct TransactionInput {
public let previousOutput: TransactionOutPoint
public let scriptLength: VarInt
public let signatureScript: Data
public let sequence: UInt32
}
public struct TransactionOutput {
public let value: Int64
public let scriptLength: VarInt
public let lockingScript: Data
}
构建过程
查询 UTXO 和 公钥私钥
查询可用 UTXO, 找到合适的 UTXO 集合用于构建交易输入. 因为需要生成每个 UTXO 的解锁脚本, 请确认程序可以获取到 UTXO 对应的公钥私钥.
解锁脚本需要获取 UTXO 对应的私钥, 而从公钥是不能够推导出私钥的. 所以, 我们需要在本地建立一个公钥私钥的映射, 或者说, 持有钱包所拥有的公钥私钥对.
关于公钥私钥的保存, 提供一个简单的思路. 在钱包启动的时候, 在内存中加载足够多的私钥公钥对, 并且保存在内存中. 什么是足够多? 比特币标准是, 连续二十个地址没有交易的时候, 不再加载后续地址.
交易输入的解锁脚本
交易输入的 signatureScript 字段是解锁脚本(<Sig><PubK>).
解锁脚本是一个“解决”或满足被锁定脚本在一个输出上设定的花费条件的脚本，它将允许输出被消费.
构建交易的过程需要解锁脚本, 但是解锁脚本中的签名部分(Sig)需要通过交易本身才能获取, 而交易本身现在还正在构建, 所以暂时还不知道真正的解锁脚本. 所以用 UTXO 中的锁定脚本暂时代替交易输入的解锁脚本, 从而构建一个临时的原始交易.
构建原始交易之后, 在交易的二进制末尾加上签名类型, 一般是 0x01000000, 然后进行两次 sha256，就得到了原始交易的 hash. 使用 UTXO 的私钥对原始交易的 hash 签名, 末尾加上编码类型 0x01，开头加上一个字节的签名长度编码(注意, 编码长度是签名长度加 1, 因为末尾加了一个字节的编码类型). 这样就得到了解锁脚本的签名部分(Sig).
解锁脚本的公钥部分(<PubK>)比较简单, 获取 UTXO 对应的秘钥的公钥, 然后在公钥的二进制开头加上一个字节的公钥长度, 就得到了公钥部分.
拼接 <sig><PubK>, 就是解锁脚本.
需要特别注意的是: 如果交易有多个输入, 在计算解锁脚本构建原始交易的时候, 除了当前正在构建的输入, 其他输入的解锁脚本字段(signatureScript)需要设置为空
省略了 UTXO 和 私钥查询, 解锁脚本的 Swift 实现如下:
////循环构建每一个解锁脚本, 注意每一次的 transaction 都不一样哦
//签名类型,一般是 0x01000000
var value_SIGHASH_ALL = UInt32(Signature.SIGHASH_ALL).littleEndian
let data_signature_SIGHASH_ALL = Data(buffer: UnsafeBufferPointer(start: &value_SIGHASH_ALL, count: 1))
//原始交易 hash
let _txHash = Crypto.sha256sha256(_tx.serialized() + data_signature_SIGHASH_ALL)
//使用 UTXO 对应的私钥对原始交易签名
let signature: Data = try? Crypto.sign(_txHash, privateKey: privateKey)
//编码类型 0x01
var value_SIGHASH_ALL_8 = UInt8(Signature.SIGHASH_ALL).littleEndian
let data_signature_SIGHASH_ALL_8 = Data(buffer: UnsafeBufferPointer(start: &value_SIGHASH_ALL_8, count: 1))
//公钥
let utxoPublicKey = hdprivateKey.publicKey()
var utxoPublicKey_raw_count = UInt8(utxoPublicKey.raw.count)
let data_utxoPublicKey_raw_count = Data(buffer: UnsafeBufferPointer(start: &utxoPublicKey_raw_count, count: 1))
//解锁脚本
let unlockingScript: Data = Data([UInt8(signature.count + 1)]) + signature + data_signature_SIGHASH_ALL_8 + data_utxoPublicKey_raw_count + utxoPublicKey.raw
交易输出的锁定脚本
TransactionOutput 的 lockingScript字段是锁定脚本.
锁定脚本是一个放置在输出上面的花费条件：它指定了今后花费这笔输出必须要满足的条件。锁定脚本往往含有一个公钥或比特币地址(公钥哈希值).
特别注意的是，Pay2ScriptHash 和 Pay2PublicKeyHash 的算法是有区别的。
let toPubKeyHash = Base58.decode(toAddress).dropFirst().dropLast(4)
let lockingScript = Script.buildPublicKeyHashOut(pubKeyHash: toPubKeyHash)
//Script.swift
// Standard Transaction to Bitcoin address (pay-to-pubkey-hash)
public static func buildPublicKeyHashOut(pubKeyHash: Data) -> Data {
let tmp: Data = Data() + OpCode.OP_DUP + OpCode.OP_HASH160 + UInt8(pubKeyHash.count) + pubKeyHash + OpCode.OP_EQUALVERIFY
return tmp + OpCode.OP_CHECKSIG
}
// Pay2ScriptHash
public static func buildScriptHashOut(pubKeyHash: Data) -> Data {
var tmp = Data() + OP_HASH160 + OP_0 + pubKeyHash + OP_EQUAL
return tmp
}
交易构建算法如下
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预估手续费
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根据预估手续费选择合适的 UTXO 集合
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构建交易输出
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循环, 构建原始交易, 生成原始交易的 hash, 对每一个 UTXO 生成真正的解锁脚本
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重新构建真正的交易
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计算交易长度和所需要的手续费, 如果预估手续费低于实际手续费, 则循环到步骤1
