pybitcointools源码分析之比特币交易数据结构

需要了解的背景知识

首先要了解比特币的两种脚本类型:

P2PKH(pay-to-public key-hash)和P2SH(pay-to-scrip-hash)

这部分可以在 <<精通比特币>>书中找到介绍，同时P2SH这个标准来源于比特币扩展协议BIP16，我之前翻译过这个协议，有兴趣可以看下:

http://blog.csdn.net/pony_maggie/article/details/77577121

另外需要了解下比特币脚本的执行原理，可以参考我以前写的一篇博客:

http://blog.csdn.net/pony_maggie/article/details/73656597

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开始分析代码

#输入测试数据 inputs = [{ 'output': 'cd6219ea108119dc62fce09698b649efde56eca7ce223a3315e8b431f6280ce7:0', 'value': 158000 }] #输出测试数据 outputs = [ [{'address': addr0, 'value': 1000}, {'address': addr1, 'value': 2000}] ] for outs in outputs: mktx(inputs, outs)

inputs和outputs是测试数据，要用于比特币交易的输入和输出。

直接看mktx函数。函数创建一笔比特币交易的数据结构。用字典表示，序列化后返回。先看下它返回的结果：

0100000001e70c28f631b4e815333a22cea7ec56deef49b69896e0fc62dc198110ea1962cd0000000000ffffffff02e8030000000000001976a914d99f84267d1f90f3e870a5e9d2399918140be61d88acd00700000000000017a9140136d001619faba572df2ef3d193a57ad29122d98700000000

看着不太好理解，因为这是序列化之后的值，序列化之前是字符串形式的字典，可读性好，如下:

{'locktime': 0, 'version': 1, 'outs': [{'value': 1000, 'script': '76a914d99f84267d1f90f3e870a5e9d2399918140be61d88ac'}, {'value': 2000, 'script': 'a9140136d001619faba572df2ef3d193a57ad29122d987'}], 'ins': [{'sequence': 4294967295L, 'outpoint': {'index': 0, 'hash': 'cd6219ea108119dc62fce09698b649efde56eca7ce223a3315e8b431f6280ce7'}, 'script': ''}]}

根据比特币的协议， 比特币的交易(tx)结构是这样的，

tx消息描述一笔比特币交易

字段尺寸描述数据类型说明4versionuint32_t交易数据格式版本1+tx_invar_int交易的输入数41+tx_intx_in[]对前一输出的引用1+tx_out countvar_int交易的输出数8+tx_outtx_out[]交易输出或比特币去向列表4lock_timeuint32_t锁定交易的期限或block数目。如果为0则交易一直被锁定。未锁定的交易不可包含在block中，并可以在过期前修改(目前bitcon不允许更改交易，所以没有用)

和上面的结果对应下，除了输入数和输出数都可以对应上，两个数目之所以没有是因为可以根据list长度自动计算。

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进入mktxs内部剥茧抽丝，来看看究竟是如何组装一笔交易的。

def mktx(*args): # [in0, in1...],[out0, out1...] or in0, in1 ... out0 out1 ... ins, outs = [], [] for arg in args: if isinstance(arg, list): for a in arg: (ins if is_inp(a) else outs).append(a) else: (ins if is_inp(arg) else outs).append(arg) # 字典表示交易对象,初始化locktime等字段 txobj = {"locktime": 0, "version": 1, "ins": [], "outs": []} for i in ins: if isinstance(i, dict) and "outpoint" in i: txobj["ins"].append(i) else: if isinstance(i, dict) and "output" in i: i = i["output"] txobj["ins"].append({ "outpoint": {"hash": i[:64], "index": int(i[65:])}, "script": "", "sequence": 4294967295 }) for o in outs: if isinstance(o, string_or_bytes_types): addr = o[:o.find(':')] val = int(o[o.find(':')+1:]) o = {} if re.match('^[0-9a-fA-F]*$', addr): o["script"] = addr else: o["address"] = addr o["value"] = val outobj = {} if "address" in o: outobj["script"] = address_to_script(o["address"]) elif "script" in o: outobj["script"] = o["script"] else: raise Exception("Could not find 'address' or 'script' in output.") outobj["value"] = o["value"] txobj["outs"].append(outobj) return serialize(txobj);

函数不长，前面提到一个tx里包含多个tx_in和tx_out，函数首先初始化一个tx对象，

txobj = {"locktime": 0, "version": 1, "ins": [], "outs": []}

然后主要的工作就是组装tx_in和tx_out了。内容来源于我们的测试数据，作为参数传递过来。

tx_in和tx_out数据结构如下:

tx_out的构成：

字段尺寸描述数据类型说明8valueuint64_t交易的比特币数量(单位是0.00000001)1+pk_scriptvar_intpk_script的长度?pk_scriptuchar[]Usually contains the public key as a Bitcoin script setting up conditions to claim this output

tx_in的构成：

字段尺寸描述数据类型说明36previous_outputoutpoint对前一输出的引用1+script lengthvar_intsignature script 的长度?signature scriptuchar[]用于确认交易授权的计算脚本4sequenceuint32_t发送者定义的交易版本，用于在交易被写入block之前更改交易

outpoint是对前一输出的引用。

OutPoint结构的构成：

字段尺寸描述数据类型说明32hashchar[32]引用的交易的散列4indexuint32_t指定输出的索引，第一笔输出的索引是0，以此类推

我打印的txobj[‘ins’]和txobj[‘outs’]如下:

txobj[ins]:[{'sequence': 4294967295L, 'outpoint': {'index': 0, 'hash': 'cd6219ea108119dc62fce09698b649efde56eca7ce223a3315e8b431f6280ce7'}, 'script': ''}] txobj[outs]:[{'value': 1000, 'script': '76a914d99f84267d1f90f3e870a5e9d2399918140be61d88ac'}, {'value': 2000, 'script': 'a9140136d001619faba572df2ef3d193a57ad29122d987'}]

里面有个函数address_to_script,需要说明下。

def address_to_script(addr): if addr[0] == '3' or addr[0] == '2': return mk_scripthash_script(addr) else: return mk_pubkey_script(addr)

从名字可以看出，该函数的功能时把地址转换为脚本，到底是什么意思呢？我们一步步来分析。 if判断部分，比特币地址中’3’或者’2’开头的是P2SH 地址(Pay-to-Script-Hash), 其它的地址按照P2PKH（Pay-to-Public-Key-Hash）方式处理。

P2PKH是比特币网络中最常用的脚本形式，我们就以它为例进入mk_pubkey_script函数中看下:

def mk_pubkey_script(addr): # Keep the auxiliary functions around for altcoins' sake return '76a914' + b58check_to_hex(addr) + '88ac'

就一行实现。b58check_to_hex是base58解码操作。我们知道比特币地址是这样计算的:

A = RIPEMD160(SHA256(K))

A就是比特币地址，但是A并不是我们通常看到的比特币地址，我们平时看到那个是为了增加可读性经过base58编码的。

函数中的b58check_to_hex(addr)其实就是解码转回A。为啥要转成A呢？ 接续看，

76 a9 88 ac 是比特币脚本的四个指令对应的16进制编码，分别表示

0x76:OP_DUP(复制栈顶元素)

0xa9:OP_HASH160(栈顶项进行两次HASH，先用SHA-256， 再用RIPEMD-160)

0x88:OP_EQUALVERIFY(与OP_EQUAL 一样，如结果为0，之后运行 OP_VERIFY)

0xac:OP_CHECKSIG (交易所用的签名必须是哈希值和公钥的 有效签名，如果为真，则返回1)

所以，mk_pubkey_script返回的脚本是:

OP_DUP OP_HASH160 0x14 A OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

如果你了解比特币脚本的运行机制，这个看起来就很眼熟了。没错这就是比特币UTXO中的锁定脚本。而根据锁定脚本的标准，A的位置放入的是16进制的比特币地址，也就是base58编码之前的值。

看下实际运行的结果。比如这里的示例，传递的参数是:

1Lqgj1ThNfwLgHMp5qJUerYsuUEm8vHmVG

address_to_script输出:

76a914d99f84267d1f90f3e870a5e9d2399918140be61d88ac