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比特币系统作为一种点对点电子现金系统的核心基石，其交易机制的设计巧妙地融合了密码学原理与分布式共识，摒弃了传统金融中不可或缺的第三方中介。本文将以中本聪设计的比特币核心源码为基础，深入剖析比特币交易的原理、数据结构及其在区块链网络中的运作流程。

1.交易的基本概念

在比特币系统中，交易的本质是转移价值，它记录了比特币从输入到输出的完整流转过程。与银行转账依赖中央机构验证不同，比特币交易基于去中心化网络，通过加密签名确保所有权转移的安全性与不可篡改性。每笔交易都由输入（vin）和输出（vout）构成，输入指向先前交易的输出以证明资金来源，输出则指定新所有者及其可支配金额。例如，2010年首个比特币实物交易案例中，程序员LaszloHanyecz用10,000BTC购买披萨，正是通过这样的交易结构实现价值传递。

2.交易的数据结构

在比特币核心代码中，交易由`CTransaction`类定义，其结构包含以下关键字段：

• nVersion：交易版本号，用于支持协议升级；
• vin：输入向量，由多个`CTxIn`对象组成，每个输入包含对前序交易的引用及解锁脚本；
• vout：输出向量，由多个`CTxOut`对象组成，每个输出包含金额与锁定脚本；
• nLockTime：时间锁，用于延迟交易生效时间。

输入结构`CTxIn`的核心组成如下表所示：

输出结构`CTxOut`则包含：

• nValue：输出的比特币金额（以“聪”为单位，1BTC=10聪）；
• scriptPubKey：锁定脚本，指定未来花费该输出需满足的条件。

3.交易的生命周期与验证机制

交易的生命周期始于构建，经签名后广播至全网，最终通过矿工打包入块而确认。关键验证步骤包括：

• 脚本执行：通过堆栈机依次运行`scriptSig`与`scriptPubKey`，若最终结果为真则验证通过；
• 双花检测：节点检查输入是否已被其他交易消耗；
• 费用计算：交易费=输入总额-输出总额，用于激励矿工优先处理。

例如，在2017年牛市中，大量交易因网络拥堵导致延迟确认，正是验证机制与优先级规则共同作用的结果。此外，工作量证明（Proof-of-Work）机制确保了交易记录一旦写入区块链便难以篡改，除非攻击者重做超过51%的计算量。

4.交易脚本与智能合约雏形

比特币脚本语言虽非图灵完备，却支持多种交易类型：

• P2PKH（支付到公钥哈希）：最常见的转账形式，锁定脚本包含收款人地址哈希；
• P2SH（支付到脚本哈希）：支持复杂条件支付，如多重签名；
• OP_RETURN：允许嵌入少量数据，用于存证或染色币应用。

脚本执行的原子性保证了交易要么全执行、要么不执行，从而避免了部分结算风险。例如，在早期“矿机”投资纠纷中，合同因涉及非法“挖矿”而被认定无效，但交易本身的脚本逻辑仍严格遵循代码规则。

5.交易在区块链中的存储与传播

交易被打包进区块后，通过默克尔树（MerkleTree）组织：所有交易哈希两两配对生成父节点哈希，最终形成树根。这种结构使得轻节点只需验证根哈希即可确认交易存在性，大幅降低了存储需求。节点采用Gossip协议广播交易，确保网络快速收敛至一致状态。

FAQ

1.比特币交易是否需要支付手续费？

是的，交易费非强制但强烈推荐。手续费高低直接影响打包速度，未付费交易可能长期滞留内存池。

2.交易确认数多少才算安全？

一般认为6次确认可提供足够安全保障，但对于大额交易，建议等待更多确认以降低重组风险。

3.什么是“孤儿交易”？

当交易输入引用的前序交易未被确认时，该交易会被标记为孤儿，暂不处理。

4.能否修改已广播的交易？

交易一旦广播便不可修改，但可通过“替换-by-费用（RBF）”机制发起新交易覆盖原交易。

5.交易大小受何限制？

比特币核心默认限制交易为1MB，但通过隔离见证等升级可支持更大容量。

6.如何验证交易真实性？

通过检查输入签名与输出锁定脚本是否匹配，并确认交易处于最长有效链中。

7.nLockTime字段有何作用？

用于设定交易生效的最早时间或区块高度，常用于延迟结算场景。

8.比特币脚本与以太坊智能合约有何区别？

比特币脚本专注于货币转移逻辑，非图灵完备；以太坊合约支持任意计算，但需承担燃气成本。

9.“挖矿”与交易的关系是什么？

矿工通过打包交易形成新区块，并获得区块奖励与手续费。

10.私钥丢失后能否恢复交易资产？

不能。私钥是控制比特币的唯一凭证，丢失即永久失去对应资金。