比特币区块与交易结构详解

一、比特币区块结构剖析

以Block #476060为例，其具有以下特征：

区块高度始于1并递增，此区块高度为476060。

包含了1757个交易记录，即交易总数。

输出总额为14663.80477993 BTC，预估交易量为4086.01378568 BTC。

交易手续费总计1.20988498 BTC。

生成于2017年7月16日10点13分10秒，同时这也是收到该区块的时间戳。

F2Pool负责打包并挖掘了该区块，这是一个比特币矿池。

开采难度为804525194568.13，确保约每10分钟产出一个新区块，难度随全网产块速度动态调整。

Bits字段用紧凑格式表示开采难度，包含指数和系数两部分，如0x1b0404cb，需将其转换为难度目标值，以判断挖掘的有效哈希值。

开采难度深入解析：

比特币区块头的"Bits"字段采用紧凑格式表示难度目标，用于控制挖矿难度。难度目标是一个256位数字，但紧凑格式仅用32位字段表达，分为指数与系数两部分，以便在节省空间的同时表示较大数值。例如，Bits值0x1b0404cb，可拆解为：

系数（Coefficient）：0x0404cb（即263235十进制）

指数（Exponent）：0x1b（即27十进制）

转换时需将系数乘以2的（指数-3）次幂，从而确定挖矿所需达到的有效区块哈希值上限。

随着时间推移，网络会依据过去2016个区块的产生速度动态调整难度目标，保持约每10分钟产生一个新区块，这一调整通过修改Bits字段值实现。

二、比特币交易结构精讲

观察一个真实交易实例（Transaction: 547db737e911687488c7cc4118e0ad03a6f0165c02678592f32835a3be54d557），其关键字段解析如下：

{
  "txid": "交易唯一标识符", // ...
  "size": "交易大小（字节）", 
  "version": "交易版本号",
  "locktime": "交易锁定时间，指交易在此之前不得被确认",
  "fee": "交易手续费（聪）",
  "inputs": [ // 交易输入列表
    // ... 包括前一笔交易引用、解锁脚本、序列号、输出值等细节
  ],
  "outputs": [ // 交易输出列表
    // ... 包括接收地址、锁定脚本、输出值及花费情况等细节
  ],
  "block": { // 所在区块信息
    "height": "区块高度",
    "position": "交易在区块内的位置"
  },
  "deleted": "是否已删除", // 数据管理标志
  "time": "交易的UNIX时间戳",
  "rbf": "是否可替换（Replace-By-Fee）",
  "weight": "交易权重，影响交易费用与区块排序"
}

这个交易实例揭示了交易的完整构造，包括输入、输出、手续费、所在区块信息及其元数据。

三、比特币最小单位——聪

比特币最小单位为聪（Satoshi），相当于0.00000001个比特币，以其创始人中本聪命名。

四、UTXO机制解析

比特币交易基于UTXO（未花费交易输出）模型运行。用户余额并不直接储存在"账户"或"钱包"里，而是由多个未花费的交易输出构成。每个UTXO均代表着网络上特定数量的比特币，并且只有UTXO的所有者持有匹配的私钥签名后才能消耗这些比特币。

UTXO结构与规则要点：

不可分割性：UTXO无法部分消费，若想使用部分UTXO，必须消费整个UTXO并自行找零。

创建与消费：交易的输入源自先前未消费的交易输出（UTXO），而每个交易输出又可能成为后续交易的新输入（新的UTXO）。

唯一性：UTXO一旦被消费，则无法再次使用，网络依赖UTXO集合来防范双重支付。

稳定性：UTXO一经创建，在被消费前，其属性不会变化，只可能存在两种状态：未消费或已消费。

举例来说，假定Alice拥有1个比特币的UTXO，源自交易A。若Alice欲向Bob支付0.3个比特币，她会创建新的交易B，具备如下特性：

输入：引用交易A的输出，即Alice的UTXO。

输出：第一个输出向Bob支付0.3个比特币，形成Bob的UTXO；第二个输出为0.7个比特币的找零，成为Alice的新UTXO。

交易B经网络确认后，原本的1个比特币UTXO便被消费，无法再次使用。此时产生了两个新的UTXO：0.3个比特币归属Bob，0.7个比特币归Alice。

上述过程可以用简化的JSON结构来表示：

{
  "transactionA": { // Alice获得1个比特币的原始交易
    "outputs": [
      {
        "value": 1.0,
        "address": "Alice's Address",
        "spent": false
      }
    ]
  },
  "transactionB": { // Alice向Bob支付的交易
    "inputs": [
      {
        "txid": "transactionA ID",
        "output_index": 0,
        "sig": "Alice's Signature"
      }
    ],
    "outputs": [
      {
        "value": 0.3,
        "address": "Bob's Address",
        "spent": false
      },
      {
        "value": 0.7,
        "address": "Alice's New Address",
        "spent": false
      }
    ]
  }
}