本系列連載自《重新創造比特幣》，它是一本比特幣入門書籍，通過一個虛擬故事，讓讀者體驗從零開始創造比特幣的過程，從而理解比特幣為什麼如此設計。
0.前言
Bitcoin的第二個版本已經上線，運行正常。
重要的改變包括：
- 加入數字簽名。
- 公鑰替代用戶名。
- 將簽名加入交易模型。
- 刪除了賬號模型。
本篇在講如何重新定義交易。
交易是經濟學理論的核心，交易是一切。
交易即承載著每個個體的起心動念，交易也承載著整個世界的斑駁陸離。
對交易這個概念的認知高度，決定了Bitcoin系統的高度。
如何認知交易，就表現在如何定義交易。
1.Bug出現！
新版本上線後， 系統看起來一切正常。
不過，只要是人寫的程序就會有Bug。
這一天Alice找到中本聰，說自己的餘額忽然歸零了，懷疑自己的私鑰洩漏了。
中本聰趕緊登陸到服務器上，查看賬本中的交易記錄，發現了Alice的交易記錄有異常。
怎麼會有重複的交易記錄呢？（見下圖）
賬本
中本聰問：“Alice，你最近做了幾次轉賬？”
Alice說：“就一次，昨天給Carol轉賬20個Bitcoin”
中本聰說：“可是，在賬本里我查到了3筆給Carol的轉賬（公鑰C代表Carol的公鑰）”
中本聰找來Gilfoyle，兩人一起分析，很快找到了問題所在。
原來是Carol搞的鬼，Carol截獲了Alice的交易請求，並重復的將其發送給服務端，服務端錯誤的認為是Alice在多次請求轉賬，結果就是將Alice的餘額全
部轉給了Carol（見下圖）
Carol在搞鬼
2.分析Bug
問題的根源是什麼呢？
原來問題出在簽名上，在現在的設計中，同一用戶在不同交易中，簽名沒有變化。
服務端只會驗證簽名真偽，只要簽名是真的，交易就成立。
黑客會重複發送偽造的交易請求，直到用戶的餘額小於交易金額。
那麼簽名為什麼沒有變化呢？
這是因為簽名是將公鑰加密，公鑰不變，所以簽名就不變。
簽名不變，就意味著，簽名的權利空間為用戶的所有餘額。
分析到了這裡，中本聰對Gilfoyle說：“我們得讓每筆交易中的簽名都不同，最好是每筆交易的簽名是系統唯一的”
如何做到讓簽名在每筆交易都是變化，且唯一的呢？
Gilfoyle說：“加密整個交易數據，因為交易數據每筆都不同”。
這個方案，乍看上去不錯，但是仔細一想還是有漏洞。
中本聰說：”如果用戶的正常需求就是，同一時刻發出兩筆相同的交易請求，難道服務端還要拒絕嗎？如果服務端不拒絕，萬一是黑客在重複請求呢，就像前面Alice遇到的那個bug。”
Gilfoyle說：“那我們改造一下交易模型，加一個隨機數的字段，約定好瀏覽器在創造交易數據的時候，需要填寫一個隨機數。這樣每筆交易就不會重複了”。
中本聰說：“這個思路還是太傳統了，不夠優雅。況且，隨機數也可能碰巧相同啊，雖然概率很小”。
中本聰閉上了眼睛，傾聽著內心的聲音，現在需要啟動直覺，一個顛覆傳統思路的方案，隱隱約約閃爍著身影。
3.顛覆傳統的優雅方案
最初的問題，是由於簽名鎖定到餘額。
變更之後，簽名鎖定到交易。
但是新的問題來了，交易數據可能重複。
現在問題卡在了這裡：如何讓交易成為唯一？
交易的本質究竟是什麼？
交易的本質是描述Bitcoin的所有權的變更，即，n個Bitcoin的所有權，由付款者變成了收款者。
例如Alice給Bob轉賬3個Bitcoin，本質就是：“3個Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob。”，這句話如何變成唯一呢？
Alice不會變，Bob不會變。3個Bitcoin也不會變。
等等！3個Bitcoin是可以變的！如果給每個Bitcoin都加上編號， 那麼每個
Bitcoin都不同，都是唯一的。
假設Alice的餘額中有6枚Bitcoin，編號為：Bitcoin001～Bitcoin006。
那麼這筆交易的描述就變成了：“編號分別是Bitcoin001、Bitcoin002、Bitcoin003的Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob”
下一筆，Alice如果還想再給Bob轉3個Bitcoin，描述就變成了：“編號分別是Bitcoin004、Bitcoin005、Bitcoin006的所有權，由Alice變成了Bob”
看到了嗎，只要給Bitcoin加上編號，之前無法區分的交易，就可以區分開了，交易的描述，在語義上實現了唯一。
4.每筆交易都要先融化再鑄造
交易是經濟學理論的核心，交易是一切。
交易即承載著每個個體的起心動念，交易也承載著整個世界的斑駁陸離。
對交易這個概念的認知高度，決定了Bitcoin系統的高度。
如何認知交易，就表現在如何定義交易。
中本聰感覺找對了方向，不過現在的方案太粗糙，還需要進一步打磨。
給Bitcoin以編號，每一枚Bitcoin就可以看成一枚硬幣。Bitcoin的最小單位就是整數1，不可再分割。
每筆交易都要明確的寫出，自己引用的具體Bitcoin的編號。
這樣雖然能實現交易的語義唯一，但是同時會帶來兩個問題：
第一個問題：如果不支持Bitcoin的小數分割，就太不靈活了。就像美元沒有了美分。
第二個問題：如果交易金額很大，例如10萬枚Bitcoin，就需要引用太多的Bitcoin編碼，交易數據會過於龐大。這就像美元中只有1美元的面額。
突然，中本聰來了靈感：
如果我們每一次交易都等於是一次鑄幣呢，就是將多枚硬幣融化成一個大塊的硬幣。
這樣，每一筆交易產生的大硬幣，就可以被下一筆交易所引用，且僅可以被引用一次。（如果被不同的交易引用，就是傳說中的"雙花"，這個概念留給後面討論）
當然，當前交易也要引用之前的一筆（或者多筆）交易的鑄幣。（見下圖）
UXTO
被交易引用後的一個（或者多個）大硬幣就等同於被融化了（IN），然後再鑄造新的大硬幣（OUT）。
我們就稱賬本中，未被引用的大硬幣：未花費的交易輸出。
對應的英文：Unspent Transaction Output，我們用TX代表transaction，所以最終簡寫為：UTXO。
一個人的餘額，本質上就是他能夠引用的UTXO的總和。
Gilfolye說：“精彩！那麼如何處理找零呢？Alice引用了一個金額為5的大硬幣，但是隻想給Bob，3.5Bitcoin”
中本聰說：“鑄造成2個OUT（大硬幣）就可以啦。在這裡就是生成兩個OUT（大硬幣），分別是3.5和1.5，其中3.5給Bob，1.5給自己，這就是我們日常生活中的破零錢嘛。”（見下圖）
UTXO中的找零給自己
每一筆交易都引用過去交易生成的UTXO，同時創造出新的UTXO，等著未來交易來引用。
所有交易首尾相連，成為了一條連綿不絕的河流，從唯一的源頭開始，中途經過分分合合的支流，永遠朝著東方的大海前進，這就是所謂的，萬折必東。
從這個角度來看，Bitcoin系統就是，一個條由交易組成的時間長河。
描述這類數據結構的專業名詞稱為：有向無環圖。英文全稱：Directed Acyclic Graph(簡寫為：DAG)。（見下圖）
有向無環圖
中本聰在腦子裡，模擬運行著新的設計：“現在的設計應該沒有大的缺陷了，可以進入交易模型的設計啦”。
GIlfoyle：“UTXO的確優雅，交易模型的改動會很大”
所謂交易模型的設計，就是說，通過重構交易模型來承載UTXO機制。
5.後記
UXTO的設計部分就寫完了，下一篇開始寫，交易數據模型的重構，還會引入鎖定和解鎖腳本的機制。
“語義唯一”與“語法唯一”
語義的意思是，一句話想表達的意義是什麼。
語法的意思是，以什麼形式來組織語言。
語義是本質，語法是外表。
語義唯一，即，一句話表達的意義是確定性不變的。就拿這句話：“編號分別是Bitcoin001、Bitcoin002、Bitcoin003的Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob”，不論誰來說，重複說多少次，什麼時候說，誰來解釋，都不會有歧義，即便服務端多次執行這句話，多次將這句話寫入賬本，Alice的餘額也只會減少3枚Bitcoin，不會丟幣。
而之前描述方式，是語義模糊的：“3個Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob”。如果服務端收到重複請求，無法確定其精確意義：究竟是Alice真的想付款多筆，還是客戶端出了毛病（一筆交易發出了多次請求），還是黑客截獲消息後的攻擊。
傳統的解決思路是，用語法上的唯一，來代替語義唯一。
什麼是語法唯一，就是變著花的說話同一個意思，這樣看上去就是不同的句子。
加隨機數就是實現方法之一，像這樣：
“隨機數001, 3個Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob”
“隨機數002, 3個Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob”
“隨機數003, 3個Bitcoin的所有權，由Alice變成了Bob”
這樣，服務端就就可以認為，重複的請求是異常數據，可以拋棄不理。
所以當前系統的漏洞，在本質上是交易的定義上存在漏洞，即，不是語義唯一。
感謝 Craig Wright 博士、比特幣協會中國經理 Lise Li、Mempool & 打點錢包聯合創始人林哲明， BlueSV & Webot 創始人周全等眾多大咖的極力推薦。
轉自： BSVOfficial 作者 | 何巖
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