Bitroo小课堂26:UTXO是什么?

2024-06-06 00:06:47

UTXO 的英文是 Unspent Transaction Output ，翻译过来叫 “未消费的交易输出”。应该这么说，比特币的核心概念交易，交易的核心知识点就是 UTXO。

交易的组成要素

比特币中是没有账户这个概念的，所谓一个地址的余额，其实就是统计这个地址相关的所有交易，然后运算出来的。所以我们把显微镜调调焦距，先看看一个交易中都包含哪些要素。

第一个要素是输入，也就是 Input。首先，并不是所有的交易都有这一项。比如每个区块里面都有一个矿工自治的特殊交易，也就是所谓的 coinbase 交易，它就是一个没有 Input 的交易。这个交易中直接把一定数量的比特币转出给制作这个区块的矿工。除了这个特例之外，其他的交易都是有输入的。比如小明想给小刚转账1个比特币，这个交易的 Input 应该是啥呢？是和小明的地址相关的一些交易，更准确的说，就是这些交易中包含的属于小明地址的未消费的交易输出，也就是 UTXO 。

于是我们就很自然的进入了第二个要素，也就是交易中应该包含输出。“输出”是个术语，英文叫 Output。在小明给小刚转账一个比特币的交易中，交易的 Output 就是指向小张的地址的这一个比特币。这样，UTXO 中的后三个字母 TXO ，其中 TX 代表交易，O 代表 Output，我们就理解了。

最后一个 U 指的是 Unspent，也就是未消费。小张如果从来没有用这个 Output 做过其他交易的输入，那么这个 Output 就是没有被消费过的，就是 UTXO。

最后一个要素就是手续费，一个非 coinbase 交易中输入要等于输出加上手续费，手续费是要转账给矿工的。讨论中为了简便，我们忽略手续费这一项。

理解的比特币交易的基本组成其实也就理解了 UTXO。到任何一个比特币浏览器中点开一个具体的交易，详情中可以看到咱们刚刚说的这几个要素。

凑输入和找零

UTXO 有个特点，就是跟硬币一样，不能掰开用，那么交易过程中如何凑够输入金额，又如何找零的呢？

小明给小刚转账 1 比特币。整个过程是这样的，小明要收集足够的输入，比如小明的地址对应的以往交易中，找到了一个面值为 0.9 的 UTXO，不够 1 比特币，好在交易中是允许有多个输入的，所以小明又找到了一个面值 0.2 的 UTXO，这样在这次转账的交易中，就会有两个输入。同时输出也会有两个，一个是指向小刚地址，面值是 1 比特币。另一个指向小明的地址，面值是 0.1 比特币，这个输出就是找零了。

梳理一下，整个流程是这样的：小明首先要凑够足够面额的 Input，这里他找到了两个 Input，而这两个 Input 本身都是以往交易的 Output。这两个 Output 在未消费之前，就是 UTXO，但是当前交易一旦生效，它们两个就会被消耗掉，而本交易中又会生成两个新的 UTXO，一个指向小明，一个指向小刚。相当于小明和小刚各种领到手一个硬币，未来可以在其他交易中去消费。而小明和小刚各自地址的余额，其实就是各自对应的所有 UTXO 的总和。

这样，交易中如何去凑够输入，如何生成输出，并进行找零，我们就清楚了。

为何使用 UTXO 模型？

到这里我们就有一个疑问了，比特币不就是个大账本吗？为何不采用账户模型，而要采用 UTXO 模型呢？

账户模型是传统银行或者类似于支付宝这种服务的基本模型，这个模型下，我有一个自己对应的账户，上面记录我有 13 块钱，那么 13 这个数字是明明白白记录到系统中的。账户模型的确是非常简单，也非常灵活，以太坊以及一些其他区块链项目中采用的就是账户模型。

再看看比特币，小明有 13 个币，其实区块链上是根本没有 13 这个数字的，因为区块链上只有交易。但是我们打开比特币的区块链浏览器，是可以看到一个地址对应的余额的，这是区块链浏览器自己运算出来的，不是区块链上本来就有的。

UTXO 是理解比特币交易的枢纽性概念，想要理解比特币底层原理的同学，这是一个绕不过去的坑。每个交易中，可以包含多个输入，并且通常包含两个输出，输出总额加上手续费正好等于输入总额。每个输出都跟硬币一样，有自己的一个面值，而且属于某个特定地址。还没有被当做其他交易的输入使用的输出，就是 “未消费交易输出”，就是 UTXO。

UTXO 模型中没有账户的概念，所以对比账户模型显得稍微绕一些，但是它本身其实也是有巨大优点的，例如非常有利于在分布式系统中进行并行计算处理。