虛擬幣開發專題(如何理解山寨幣開發指令碼執行)
阿新 • • 發佈：2019-01-02
區塊鏈愛好者（QQ：53016353）
其實我們可以這樣看待山寨幣的交易：『交易的發起者懸賞若干山寨幣，在網路上貼出了一到數學題，誰解出了這道數學題，懸賞就歸誰了』。 順著這個思路，Alice對Bob的轉賬可以理解為『Alice把一道只有Bob才能解開的數學題發到網路上，Bob解出題並拿走了懸賞』。那麼，每個交易資料中都會出現的『指令碼』就是題和解，『指令碼語言』就是用來描述題和解的工具。
img
『輸入指令碼』和『輸出指令碼』
在這裡我們先討論單輸入單輸出的山寨幣交易，因為這樣描述起來更方便且不影響對『指令碼』的理解。
9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1 這是一個單輸入單輸出交易，看下我們要關注的資料：
Hash:
9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1
輸入交易:
前導輸入的Hash:
437b95ae15f87c7a8ab4f51db5d3c877b972ef92f26fbc6d3c4663d1bc750149
輸入指令碼 scriptSig:
3045022100efe12e2584bbd346bccfe67fd50a54191e4f45f945e3853658284358d9c062ad02200121e00b6297c0874650d00b786971f5b4601e32b3f81afa9f9f8108e93c752201038b29d4fbbd12619d45c84c83cb4330337ab1b1a3737250f29cec679d7551148a
輸出交易:
轉賬值:
0.05010000 btc
輸出指令碼 scriptPubKey:
OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
假設Alice是轉賬傳送者，Bob是接受者。那麼『輸入交易』表明了Alice要動用的山寨幣的來源，『輸出交易』表明了Alice要轉賬的數額和轉賬物件——Bob。那麼，你可能要問，資料中的『輸入指令碼』和『輸出指令碼』是不是就是題和解？對了一半！
在Bitcoin Wiki中提到：
原先發送幣的一方，控制指令碼執行，以便山寨幣在下一個交易中使用。想花掉幣的另一方必須把以前記錄的執行為真的指令碼，放到輸入區。
換句話說，在一個交易中，『輸出指令碼』是數學題，『輸入指令碼』是題解，但不是這道數學題的題解。我開始看Wiki的時候，在這裡遇到了一些障礙，沒法理解『輸入指令碼』和『輸出指令碼』的聯絡。但是在考慮交易間的關係後，就明白了。
假設有這麼一系列交易：
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1. 上圖的三個交易都是單輸入單輸出交易
2. 每個『輸入交易』『輸出交易』中，都包含對應的『指令碼』
3. 交易a，Alice轉賬給Bob；交易b，Bob轉賬給Carol；交易c，Carol轉賬給Dave
4. 當前交易的『輸入』都引用前一個交易的『輸出』，如交易b的『輸入』引用交易a的『輸出』
按照之前的說法，交易a中的『輸出指令碼』就是Alice為Bob出的數學題。那麼，Bob想要引用交易a『輸出交易』的山寨幣，就要解開這道數學題。題解是在交易b的『輸入指令碼』裡給出的！Bob解開了這道題，獲得了獎金，然後在交易b中為Carol出一道數學題，等待Carol來解...
所以說，下圖中相同顏色的『輸出』和『輸入』才是一對題和解：
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指令碼語言
Bitcoin Wiki給出的對指令碼的解釋:
山寨幣在交易中使用腳本系統，與FORTH(一種編譯語言)一樣，指令碼是簡單的、基於堆疊的、並且從左向右處理，它特意設計成非圖靈完整，沒有LOOP語句。
要理解山寨幣指令碼，先要了解『堆疊』，這是一個後進先出(Last In First Out )的容器，腳本系統對資料的操作都是通過它完成的。山寨幣腳本系統中有兩個堆疊：主堆疊和副堆疊，一般來說主要使用主堆疊。舉幾個簡單的例子，看下指令是如何對堆疊操作的（完整的指令集在Wiki裡可以找到）:
常數入棧：把一段常數壓入到堆疊中，這個常數成為了棧頂元素
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OP_DUP：複製棧頂元素
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OP_EQUALVERIFY：檢查棧頂兩個元素是否相等
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標準交易指令碼
也就是P2PKH(Pay To Public Key Hash)，我們常用的轉賬方式。Alice在轉賬給Bob的時候，『輸出交易』中給出了Bob的『錢包地址』(等價於『公鑰雜湊』)；當Bob想要轉賬給Carol的時候，他要證明自己擁有這個『錢包地址』對應的『私鑰』，所以在『輸入交易』中給出了自己的『公鑰』以及使用『私鑰』對交易的簽名。看個例項：
* 交易a:9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1
* 交易b:62fadb313b74854a818de4b4c0dc2e2049282b28ec88091a9497321203fb016e
交易b中有一個『輸入交易』引用了交易a的『輸出交易』，它們的指令碼是一對題與解：
題：交易a的『輸出指令碼』，若干個指令碼指令和轉賬接收方的『公鑰雜湊』
OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
解：交易b的『輸入指令碼』，這麼一長串只是兩個元素，『簽名』和『公鑰』（sig & pubkey）
3046022100ba1427639c9f67f2ca1088d0140318a98cb1e84f604dc90ae00ed7a5f9c61cab02210094233d018f2f014a5864c9e0795f13735780cafd51b950f503534a6af246aca301 03a63ab88e75116b313c6de384496328df2656156b8ac48c75505cd20a4890f5ab
下面來看下這兩段指令碼是如何執行，來完成『解題』過程的。
首先執行的是『輸入指令碼』。因為指令碼是從左向右執行的，那麼先入棧的是『簽名』，隨後是『公鑰』
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接著，執行的是『輸出指令碼』。從左向右執行，第一個指令是OP_DUP——複製棧頂元素
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OP_HASH160——計算棧頂元素Hash，得到pubkeyhash
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將『輸出指令碼』中的『公鑰雜湊』入棧，為了和前面計算得到的雜湊區別，稱它為pubkeyhash'
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OP_EQUALVERIFY——檢查棧頂前兩元素是否相等，如果相等繼續執行，否則中斷執行，返回失敗
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OP_CHECKSIG——使用棧頂前兩元素執行簽名校驗操作，如果相等，返回成功，否則返回失敗
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這樣一串指令執行下來，就可以驗證這道數學題是否做對了，也就是說驗明瞭想要花費『錢包地址』中山寨幣的人是否擁有對應的『私鑰』。上面的執行過程是可以在指令碼模擬器中執行的，能夠看到每一步執行的狀態，感興趣的童鞋可以嘗試一下。
其實我們可以這樣看待山寨幣的交易：『交易的發起者懸賞若干山寨幣，在網路上貼出了一到數學題，誰解出了這道數學題，懸賞就歸誰了』。 順著這個思路，Alice對Bob的轉賬可以理解為『Alice把一道只有Bob才能解開的數學題發到網路上，Bob解出題並拿走了懸賞』。那麼，每個交易資料中都會出現的『指令碼』就是題和解，『指令碼語言』就是用來描述題和解的工具。
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『輸入指令碼』和『輸出指令碼』
在這裡我們先討論單輸入單輸出的山寨幣交易，因為這樣描述起來更方便且不影響對『指令碼』的理解。
9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1 這是一個單輸入單輸出交易，看下我們要關注的資料：
Hash:
9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1
輸入交易:
前導輸入的Hash:
437b95ae15f87c7a8ab4f51db5d3c877b972ef92f26fbc6d3c4663d1bc750149
輸入指令碼 scriptSig:
3045022100efe12e2584bbd346bccfe67fd50a54191e4f45f945e3853658284358d9c062ad02200121e00b6297c0874650d00b786971f5b4601e32b3f81afa9f9f8108e93c752201038b29d4fbbd12619d45c84c83cb4330337ab1b1a3737250f29cec679d7551148a
輸出交易:
轉賬值:
0.05010000 btc
輸出指令碼 scriptPubKey:
OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
假設Alice是轉賬傳送者，Bob是接受者。那麼『輸入交易』表明了Alice要動用的山寨幣的來源，『輸出交易』表明了Alice要轉賬的數額和轉賬物件——Bob。那麼，你可能要問，資料中的『輸入指令碼』和『輸出指令碼』是不是就是題和解？對了一半！
在Bitcoin Wiki中提到：
原先發送幣的一方，控制指令碼執行，以便山寨幣在下一個交易中使用。想花掉幣的另一方必須把以前記錄的執行為真的指令碼，放到輸入區。
換句話說，在一個交易中，『輸出指令碼』是數學題，『輸入指令碼』是題解，但不是這道數學題的題解。我開始看Wiki的時候，在這裡遇到了一些障礙，沒法理解『輸入指令碼』和『輸出指令碼』的聯絡。但是在考慮交易間的關係後，就明白了。
假設有這麼一系列交易：
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1. 上圖的三個交易都是單輸入單輸出交易
2. 每個『輸入交易』『輸出交易』中，都包含對應的『指令碼』
3. 交易a，Alice轉賬給Bob；交易b，Bob轉賬給Carol；交易c，Carol轉賬給Dave
4. 當前交易的『輸入』都引用前一個交易的『輸出』，如交易b的『輸入』引用交易a的『輸出』
按照之前的說法，交易a中的『輸出指令碼』就是Alice為Bob出的數學題。那麼，Bob想要引用交易a『輸出交易』的山寨幣，就要解開這道數學題。題解是在交易b的『輸入指令碼』裡給出的！Bob解開了這道題，獲得了獎金，然後在交易b中為Carol出一道數學題，等待Carol來解...
所以說，下圖中相同顏色的『輸出』和『輸入』才是一對題和解：
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指令碼語言
Bitcoin Wiki給出的對指令碼的解釋:
山寨幣在交易中使用腳本系統，與FORTH(一種編譯語言)一樣，指令碼是簡單的、基於堆疊的、並且從左向右處理，它特意設計成非圖靈完整，沒有LOOP語句。
要理解山寨幣指令碼，先要了解『堆疊』，這是一個後進先出(Last In First Out )的容器，腳本系統對資料的操作都是通過它完成的。山寨幣腳本系統中有兩個堆疊：主堆疊和副堆疊，一般來說主要使用主堆疊。舉幾個簡單的例子，看下指令是如何對堆疊操作的（完整的指令集在Wiki裡可以找到）:
常數入棧：把一段常數壓入到堆疊中，這個常數成為了棧頂元素
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OP_DUP：複製棧頂元素
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OP_EQUALVERIFY：檢查棧頂兩個元素是否相等
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標準交易指令碼
也就是P2PKH(Pay To Public Key Hash)，我們常用的轉賬方式。Alice在轉賬給Bob的時候，『輸出交易』中給出了Bob的『錢包地址』(等價於『公鑰雜湊』)；當Bob想要轉賬給Carol的時候，他要證明自己擁有這個『錢包地址』對應的『私鑰』，所以在『輸入交易』中給出了自己的『公鑰』以及使用『私鑰』對交易的簽名。看個例項：
* 交易a:9c50cee8d50e273100987bb12ec46208cb04a1d5b68c9bea84fd4a04854b5eb1
* 交易b:62fadb313b74854a818de4b4c0dc2e2049282b28ec88091a9497321203fb016e
交易b中有一個『輸入交易』引用了交易a的『輸出交易』，它們的指令碼是一對題與解：
題：交易a的『輸出指令碼』，若干個指令碼指令和轉賬接收方的『公鑰雜湊』
OP_DUP OP_HASH160 be10f0a78f5ac63e8746f7f2e62a5663eed05788 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
解：交易b的『輸入指令碼』，這麼一長串只是兩個元素，『簽名』和『公鑰』（sig & pubkey）
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下面來看下這兩段指令碼是如何執行，來完成『解題』過程的。
首先執行的是『輸入指令碼』。因為指令碼是從左向右執行的，那麼先入棧的是『簽名』，隨後是『公鑰』
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接著，執行的是『輸出指令碼』。從左向右執行，第一個指令是OP_DUP——複製棧頂元素
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OP_HASH160——計算棧頂元素Hash，得到pubkeyhash
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將『輸出指令碼』中的『公鑰雜湊』入棧，為了和前面計算得到的雜湊區別，稱它為pubkeyhash'
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OP_EQUALVERIFY——檢查棧頂前兩元素是否相等，如果相等繼續執行，否則中斷執行，返回失敗
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OP_CHECKSIG——使用棧頂前兩元素執行簽名校驗操作，如果相等，返回成功，否則返回失敗
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這樣一串指令執行下來，就可以驗證這道數學題是否做對了，也就是說驗明瞭想要花費『錢包地址』中山寨幣的人是否擁有對應的『私鑰』。上面的執行過程是可以在指令碼模擬器中執行的，能夠看到每一步執行的狀態，感興趣的童鞋可以嘗試一下。