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比特幣腳本語言簡介

來源: 區塊網 作者:
在接下來的介紹中,區塊網將研究比特幣網絡中使用的簡單而強大的編碼語言。比特幣腳本語言(Bitcoin Script)在設計時只考慮了幾個功能;它緊湊,圖靈不完......
在接下來的介紹中,區塊網將研究比特幣網絡中使用的簡單而強大的編碼語言。比特幣腳本語言(Bitcoin Script)在設計時只考慮了幾個功能;它緊湊,圖靈不完整,并且基于堆棧。通過這種方式,語言有效且安全地服務于某些目的。

盡管它的功能非常小,但與以太坊這樣的網絡相比,它在過去十年中已經證明了自己的強大,足以支持有價值的交易。

比特幣腳本與“可編程貨幣”

在許多人看來,這種先鋒加密貨幣背后的編程語言就是 Occam 's Razor的一個完美例子。

它是基礎的,甚至與前加密貨幣編碼語言相比也是如此。更重要的是,中本聰有意設計了這種簡單性。一種具有多種功能并允許復雜數據交易的語言還允許更多的攻擊向量。批評人士解釋說,像Solidity這樣的語言,雖然在范圍上令人印象深刻,但在安全方面卻遠遠不夠。

在這一點上,比特幣腳本語言的圖靈是不完整的。相比之下,Solidity是圖靈完備的,這意味著它可以復制任何圖靈機或能夠自主遵循特定算法的抽象機。掌握了這一概念,人們就可以開始理解智能合約是如何運作的。

回到最主要的焦點,比特幣腳本語言沒有提供這個功能,使用比特幣區塊鏈更深入地研究智能合約將是后面文章的主題。

比特幣的主要用例一直是加密貨幣和其價值轉移。因此,圖靈完備語言的附加特性是不必要的。然而,這并不意味著腳本是有限的。

此外,比特幣腳本語言的局限性阻止了無限循環被包含在任何單一交易中。這一限制消除了拒絕服務(DoS)攻擊網絡的可能性。這些約束的范圍,例如不僅僅向X和Y發送值的交易,將在后面的部分中討論。

比特幣腳本語言的特點

比特幣的編碼語言使用“反向拋光”作為一種符號系統,意味著“3 + 4”這樣的行會隨著復雜性的增加而出現“3 4+”。另一項功能可以追溯到比特幣腳本的根源——“類似Forth”。這個特性之所以相關,是因為這兩種語言都是“基于堆棧的”。

棧是一種非常常見的數據結構,用Andreas Antonopolous的話說,它允許“棧頂”上的信息“推送”或“彈出”。前者解釋了向堆棧中添加信息的過程,而后者描述了從堆棧中刪除信息的過程。此外,信息彈出或推送的順序遵循“后進先出”原則。

像“34+”這樣的操作的行為如下:

將“3”按到堆棧上。
將“4”按到堆棧上。
“+”操作符獲取這兩個參數,將它們都從堆棧中彈出,將它們相加,然后將結果推回到堆棧中。(即。, pop, pop, add, push)

在本例中,結果操作導致堆棧上出現“7”,程序終止。

在比特幣腳本語言中,該操作將遵循相同的步驟,但也將在每個變量之前包含前綴“OP”。接下來讓我們看看這些新詞匯是如何在真實的比特幣交易中組合在一起的。

比特幣腳本語言正在發揮作用

大多數操作都是簽名交易。這包括支付、交換以及大多數涉及公鑰和私鑰的工作。讓我們把發送者和他的同事Eddie Mitchell之間的交流分開來看。在這里,發送者將指定Mitchell(接收者)的公鑰,Mitchell將通過指定使用相同公鑰的簽名來贖回發送的比特幣。

接下來,此類交易的前兩條指令是用于生成該簽名的簽名和公鑰。該信息被標識為“<sig>”和“<pubKey>”,并被推送到堆棧中。Mitchell決定這些價值觀,因為他是接受者。交易的前半部分通常稱為“scriptSig”或“解鎖腳本”。在操作的這一部分中,還引用了以前存在的未使用交易輸出(UTXO)。

UTXO的加入確保了發送者確實擁有他希望發送給Mitchell的比特幣的數量。比特幣網絡通過挖掘器和比特幣全節點完成驗證。在《掌握比特幣》一書中,作者Andreas Antonopoulos這樣解釋:

每個輸入都包含一個解鎖腳本,并引用一個以前存在的UTXO。驗證軟件將復制解鎖腳本,檢索輸入引用的UTXO,并從該UTXO復制鎖定腳本。

交易的第二部分,即“鎖定腳本”或“scriptPubkey”,然后由發送者執行。根據上面的圖像,下一條指令“OP_DUP”從堆棧中彈出<pubKey>,復制它,然后將它返回給堆棧。

OP_DUP指令
這個頂值,即<pubKey>的副本,然后由“OP_HASH160”指令進行哈希值加密,并成為“<pubKeyHash>”。

pubKeyHash
比特幣交易中使用的特定哈希函數稱為SHA-256(安全哈希算法),它是更大的函數組SHA-2的一部分,這個函數組是1993年美國國家安全局(National Security Agency)開發的。SHA-2家族的其他成員包括SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512,每個數字表示它們生成的消息的位。

這些應用在信息安全領域非常廣泛,其中最相關的是比特幣和Haschash的工作量證明(Proof-of-Work, PoW)共識機制。SHA-256最顯著的特性是它能夠防止上面提到的DoS攻擊。

回到發送者和他的同事之間的交易,用戶仍然需要向堆棧中添加另一段數據。接下來的信息是作者在交易開始時指定的公鑰。需要生成簽名來贖回所請求的比特幣。

此時,堆棧頂部有兩個關鍵的哈希值數據:作者指定的公鑰的哈希值和Mitchell使用的公鑰的哈希值。從這里開始使用“OP_EQUALVERIFY”指令,確保發送者確實使用了正確的公鑰。在早期經歷了幾次比特幣交易失敗后,作者再三檢查了Mitchell的公鑰。  當公鑰匹配時,OP_EQUALVERIFY指令將消耗這些數據點。用戶現在只剩下一個簽名和一個公鑰。最后一步是驗證該事務的簽名是否正確。 

簽名和公鑰堆棧
比特幣腳本語言在這里很有優勢,因為它不需要從大量的庫中提取來確認簽名的有效性。所有這些都內置在語言中。

最后的“OP_CHECKSIG”指令,然后將剩余的兩項從堆棧中彈出,如果<sig>匹配<pubKey>,則該操作將被呈現為有效。

比較、對比和增加復雜性

雖然以上的介紹很簡短,但它應該提供了一個關于如何執行比特幣交易的基本概念。在此基礎上,開發人員和愛好者可以開始嘗試更高級的操作,這將是稍后簡要介紹的主題。

在此基礎上的后續文章將深入探討數字簽名(ECDSA)、多簽名操作、付費到腳本哈希值(P2SH)和Timelocks。


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