本文译自比特币WIKI:https://en.bitcoin.it/wiki/Script
译者:申屠青春 深圳大学ATR国防科技重点实验室博士 新浪微博 @我看比特币
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译者前言
比特币在国内已经众所周知,但是技术研究并未有效开展,大部分人处于知道和了解程度,目前比特圈中许多人对比特币能做什么,同样了解不多。一个重要原因是大多数比特币核心资料都是英文,很少有人能静心看完如此繁杂的英文资料。本人博士论文的研究方向是比特币,在研究其英文技术的同时,拟对一些重要资料进行翻译,让更多的圈内人对比特币有更多的理解。
本文主题是比特币脚本,脚本是形成交易的基础,具有重要作用,不懂脚本就不懂交易。
正文
比特币在交易中使用脚本系统,与FORTH(一种编译语言)一样,脚本是简单的、基于堆栈的、并且从左向右处理,它特意设计成非图灵完整,没有LOOP语句。
一个脚本本质上是众多指令的列表,这些指令记录在每个交易中,交易的接收者想花掉发送给他的比特币,这些指令就是描述接收者是如何获得这些比特币的。一个典型的发送比特币到目标地址D的脚本,要求接收者提供以下两个条件,才能花掉发给他的比特币:
(1)一个公钥,当进行HASH生成比特币地址时,生成的地址是嵌入在脚本中的目标地址D,并且
(2)一个签名,证明接收者保存与上述公钥相对应的私钥。
脚本可以灵活改变花掉比特币的条件,举个例子,脚本系统可能会同时要求两个私钥、或几个私钥、或无需任何私钥等等。
如果联合脚本中未导致失败并且堆栈顶元素为真(非零),表明交易有效。原先发送币的一方,控制脚本运行,以便比特币在下一个交易中使用。想花掉币的另一方必须把以前记录的运行为真的脚本,放到输入区。
堆栈保存着字节向量,当用作数字时,字节向量被解释成小尾序的变长整数,最重要的位决定整数的正负号。这样0×81代表-1,0×80是0的另外一种表示方式(称之为负0)。正0用一个NULL长度向量表示。字节向量可以解析为布尔值,这里False表示为0,True表示为非0。
1关键字
以下是脚本的所有关键字列表(命令/函数),一些更复杂的操作码已被禁用,不再考虑,因为钱包客户在这些操作码的程序实现上可能有BUG,如果某个交易使用了这些操作码,将会使比特币块链产生分叉。
True = 1并且False = 0
1.1常数
当我们说脚本的时候,经常省略了这些把数字压入堆栈的关键字。
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
输入 |
描述 |
|
OP_0,OP_FALSE | 0 | 0×00 | 无 | 空 | 一个字节空串被推到堆栈中(并非no-op操作,有一个元素压入堆栈) |
N/A | 1-75 | 0×01-0x4b | (特殊) | 数据 | 下一个操作码字节是要被压入堆栈的数据 |
OP_PUSHDATA1 | 76 | 0x4c | (特殊) | 数据 | 下一字节是要被压入堆栈的数据的长度 |
OP_PUSHDATA2 | 77 | 0x4d | (特殊) | 数据 | 下两个字节是要被压入堆栈的数据的长度 |
OP_PUSHDATA4 | 78 | 0x4e | (特殊) | 数据 | 下四个字节是要被压入堆栈的数据的长度 |
OP_1NEGATE | 79 | 0x4f | 无 | -1 | 数字-1被压入堆栈 |
OP_1,OP_TRUE | 81 | 0×51 | 无 | 1 | 数字1被压入堆栈 |
OP_2-OP_16 | 82-96 | 0×52-0×60 | 无 | 2-16 | 与关键名相对应的数字被压入堆栈 |
1.2流程控制
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
输入 |
描述 |
|
OP_nop | 97 | 0×61 | 无 | 无 | 无任何操作 |
OP_IF | 99 | 0×63 | <expression> if [statements] [else [statements]]* endif | 如果栈项元素值不为0,语句将被执行,栈项元素值被删除。 | |
OP_NOTIF | 100 | 0×64 | <expression> if [statements] [else [statements]]* endif | 如果栈项元素值为0,语句将被执行,栈项元素值被删除。 | |
OP_ELSE | 103 | 0×67 | <expression> if [statements] [else [statements]]* endif | 如果前述的OP_IF或 OP_NOTIF或OP_ELSE 未被执行,这些语句就会被执行;如果前述的OP_IF或 OP_NOTIF或OP_ELSE被执行,这些语句就不会被执行 | |
OP_ENDIF | 104 | 0×68 | <expression> if [statements] [else [statements]]* endif | 结束if/else语言块 | |
OP_VERIFY | 105 | 0×69 | True / false | 无 / False | 如果栈项元素值非真,则标记交易无效。True会被删除,False不会被删除。 |
OP_RETURN | 106 | 0x6a | 无 | 无 | 标记交易无效 |
1.3堆栈
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
输入 |
描述 |
|
OP_TOALTSTACK | 107 | 0x6b | x1 | (alt)x1 | 把输入压入辅堆栈的项部,从主堆栈删除。 |
OP_FROMALTSTACK | 108 | 0x6c | (alt)x1 | x1 | 把输入压入主堆栈的项部,从辅堆栈删除。 |
OP_IFDUP | 115 | 0×73 | x | x / x x | 如果栈项元素值不为0,复制该元素值 |
OP_DEPTH | 116 | 0×74 | 无 | <堆栈大小> | 把堆栈元素个数压入堆栈 |
OP_DROP | 117 | 0×75 | x | 无 | 删除栈顶元素 |
OP_DUP | 118 | 0×76 | x | x x | 复制栈顶元素 |
OP_NIP | 119 | 0×77 | x1 x2 | x2 | 删除栈顶的下一个元素 |
OP_OVER | 120 | 0×78 | x1 x2 | x1 x2 x1 | 复制栈顶的下一个元素到栈顶 |
OP_PICK | 121 | 0×79 | xn … x2 x1 x0 <n> | xn … x2 x1 x0 xn | 把堆栈的第n个元素拷贝到栈顶 |
OP_ROLL | 122 | 0x7a | xn … x2 x1 x0 <n> | … x2 x1 x0 xn | 把堆栈的第n个元素移动到栈顶 |
OP_ROT | 123 | 0x7b | x1 x2 x3 | x2 x3 x1 | 栈顶的三个元素向左翻转 |
OP_SWAP | 124 | 0x7c | x1 x2 | x2 x1 | 栈顶的两个元素交换 |
OP_TUCK | 125 | 0x7d | x1 x2 | x2 x1 x2 | 把栈顶元素拷贝并插入到栈顶下一个元素之后。注意:原文为“插入到栈顶下一个元素之前”,可能有误,翻译时改为“之后” |
OP_2DROP | 109 | 0x6d | x1 x2 | 无 | 删除栈顶两个元素 |
OP_2DUP | 110 | 0x6e | x1 x2 | x1 x2 x1 x2 | 复制栈顶两个元素 |
OP_3DUP | 111 | 0x6f | x1 x2 x3 | x1 x2 x3 x1 x2 x3 | 复制栈顶三个元素 |
OP_2OVER | 112 | 0×70 | x1 x2 x3 x4 | x1 x2 x3 x4 x1 x2 | 把栈底的两个元素拷贝到栈顶 |
OP_2ROT | 113 | 0×71 | x1 x2 x3 x4 x5 x6 | x3 x4 x5 x6 x1 x2 | 以一对元素为单位,向左翻转。注意:原文大意“把第五和第六元素移动到栈顶”,明显有误 |
OP_2SWAP | 114 | 0×72 | x1 x2 x3 x4 | x3 x4 x1 x2 | 以一对元素为单位,交换栈顶的两对元素的位置。 |
1.4字符串
如果标记为已禁用的操作码出现在交易中,必须终止和失败返回。
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
输入 |
描述 |
|
OP_CAT | 126 | 0x7e | x1 x2 | out | 连接两个字符串,已禁用 |
OP_SUBSTR | 127 | 0x7f | in begin size | out | 返回字符串的一部分,已禁用 |
OP_LEFT | 128 | 0×80 | in size | out | 在一个字符串中保留左边指定长度的子串,已禁用 |
OP_RIGHT | 129 | 0×81 | in size | out | 在一个字符串中保留右边指定长度的子串,已禁用 |
OP_SIZE | 130 | 0×82 | in | in size | 把栈顶元素的字符串长度压入堆栈(无需弹出元素) |
1.5位逻辑
关键字
操作码
十六进制
输入
1.5算术逻辑
注意:算术逻辑的输入限于有符号32位长整数,但输出有可能会溢出。
如果任何命令的输入值长度超过4字节,脚本必须中止和失败返回。如果标记为已禁用的操作码出现在交易中,也必须终止和失败返回
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
输入 |
描述 | |
OP_1ADD | 139 | 0x8b | in | out | 输入值加1 |
OP_1SUB | 140 | 0x8c | in | out | 输入值减1 |
OP_2MUL | 141 | 0x8d | in | out | 输入值乘2,已禁用 |
OP_2DIV | 142 | 0x8e | in | out | 输入值除2,已禁用 |
OP_NEGATE | 143 | 0x8f | in | out | 输入值符号取反 |
OP_ABS | 144 | 0×90 | in | out | 输入值符号取正 |
OP_NOT | 145 | 0×91 | in | out | 如果输入值为0或1,则输出1或0;否则输出0。I |
OP_0NOTEQUAL | 146 | 0×92 | in | out | 输入值为0输出0;否则输出1。 |
OP_ADD | 147 | 0×93 | a b | out | 输出a+b |
OP_SUB | 148 | 0×94 | a b | out | 输出a-b |
OP_MUL | 149 | 0×95 | a b | out | 输出a*b,已禁用 |
OP_DIV | 150 | 0×96 | a b | out | 输出a/b,已禁用 |
OP_MOD | 151 | 0×97 | a b | out | 输出a/b的余数,已禁用 |
OP_LSHIFT | 152 | 0×98 | a b | out | 把a向左移动b位,保留符号,已禁用 |
OP_RSHIFT | 153 | 0×99 | a b | out | 把a向右移动b位,保留符号,已禁用 |
OP_BOOLAND | 154 | 0x9a | a b | out | 如果a和b都不为0,输出1,否则输出0 |
OP_BOOLOR | 155 | 0x9b | a b | out | 如果a或b不为0,输出1,否则输出0 |
OP_NUMEQUAL | 156 | 0x9c | a b | out | 如果a=b则输出1,否则输出0。 |
OP_NUMEQUALVERIFY | 157 | 0x9d | a b | out | 与OP_NUMEQUAL一样,之后要运行OP_VERIFY |
OP_NUMNOTEQUAL | 158 | 0x9e | a b | out | 如果a!=b则输出1,否则输出0。 |
OP_LEsstHAN | 159 | 0x9f | a b | out | 如果a<b则输出1,否则输出0。 |
OP_GREATERTHAN | 160 | 0xa0 | a b | out | 如果a>b则输出1,否则输出0。 |
OP_LEsstHAnorEQUAL | 161 | 0xa1 | a b | out | 如果a<=b则输出1,否则输出0 |
OP_GREATERTHAnorEQUAL | 162 | 0xa2 | a b | out | 如果a>=b则输出1,否则输出0 |
OP_MIN | 163 | 0xa3 | a b | out | 输出a,b中的最小值 |
OP_MAX | 164 | 0xa4 | a b | out | 输出a,b中的最大值 |
OP_WITHIN | 165 | 0xa5 | x min max | out | 如果x在min和max之间,则输出1,否则输出 |
1.6加密
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
输入 |
描述 |
|
OP_RIPEMD160 | 166 | 0xa6 | in | hash | 输入用RIPEMD-160算法HASH |
OP_SHA1 | 167 | 0xa7 | in | hash | 输入用SHA-1算法HASH. |
OP_SHA256 | 168 | 0xa8 | in | hash | 输入用SHA-256算法HASH. |
OP_HASH160 | 169 | 0xa9 | in | hash | 输入被HASH两次,先用 SHA-256,再用 RIPEMD-160. |
OP_HASH256 | 170 | 0xaa | in | hash | 输入用SHA-256算法HASH两次. |
OP_CODESEParaTOR | 171 | 0xab | 无 | 无 | 所有签名检查只需匹配最近一次执行的OP_CODESEParaTOR 操作数据的签名即可。 |
OP_CHECKSIG | 172 | 0xac | sig pubkey | True / false | 全部交易的输出、输入和脚本(从最近执行的OP_CODESEParaTOR操作到最)都被HASH,OP_CHECKSIG使用的签名必须是该HASH值和公钥的有效签名,如果是真则返回1,否则返回0。 |
OP_CHECKSIGVERIFY | 173 | 0xad | sig pubkey | True / false | 与OP_CHECKSIG一样,但之后执行 OP_VERIFY |
OP_CHECKMULTISIG | 174 | 0xae | x sig1 sig2 … <number of signatures> pub1 pub2 <number of public keys> | True / False | 对于每个签名和公钥对,OP_CHECKSIG 都会被执行,如果公钥列得比签名多,一些公钥/签名对会失败。所有的签名要与公钥匹配。如果所有签名有效,输出1,否则返回0。因为存在BUG,一个未使用的外部值会从堆栈中删除。 |
OP_CHECKMULTISIGVERIFY | 175 | 0xaf | x sig1 sig2 … <number of signatures> pub1 pub2 … <number of public keys> | True / False | 与 OP_CHECKMULTISIG,一样,但是之后运行 OP_VERIFY。 |
1.7伪关键字
这些关键字仅供内部使用,用辅助进行交易匹配,如果使用在实际的交易中则是无效的。
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
描述 |
OP_PUBKEYHASH | 253 | 0xfd | 表示公钥用OP_HASH160操作码HASH |
OP_PUBKEY | 254 | 0xfe | 表示与OP_CHECKSIG.兼容的一个公钥 |
OP_INVALIDOPCODE | 255 | 0xff | 匹配任何未指定的操作码 |
1.8保留关键字
关键字 |
操作码 |
十六进制 |
描述 |
OP_RESERVED | 80 | 0×50 | 交易无效,除非发生在未执行的OP_IF 分支 |
OP_VER | 98 | 0×62 | 交易无效,除非发生在未执行的OP_IF 分支 |
OP_VERIF | 101 | 0×65 | 交易无效,即使发生在未执行的OP_IF 分支 |
OP_VERNOTIF | 102 | 0×66 | 交易无效,即使发生在未执行的OP_IF 分支 |
OP_RESERVED1 | 137 | 0×89 | 交易无效,除非发生在未执行的OP_IF 分支 |
OP_RESERVED2 | 138 | 0x8a | 交易无效,除非发生在未执行的OP_IF 分支 |
OP_nop1-OP_nop10 | 176-185 | 0xb0-0xb9 | 这些关键字被忽略 |
2脚本
以下是有趣的脚本列表,记住:所有的常数实际上都使用上述的数据压栈命令。注意:有小部分的标准脚本形式可以在节点之间转播,在块链中的非标准脚本会被接受,但是节点不会转播。
2.1支付到比特币地址的标准交易(pay-to-pubkey-hash)
scriptPubKey: OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
scriptSig: <sig> <pubKey>
演示一下脚本在是如何在网络中传播的,以下是原始scriptPubKey:
76 A9 14
OP_DUP OP_HASH160 Bytes to push
89 AB CD EF AB BA AB BA AB BA AB BA AB BA AB BA AB BA AB BA
Data to push
88 AC
OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
注意:scriptSig是消费交易的输入,而scriptPubKey是以前还未消费的交易的输出,例如:“可用”交易。以下是每个关键字的处理过程:
堆栈 |
脚本 |
描述 |
空 | <sig> <pubKey> OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG | scriptSig和scriptPubKey 联合 |
<sig> <pubKey> | OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG | 遇到常数,压入堆栈 |
<sig> <pubKey> <pubKey> | OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG | 复制栈顶元素 |
<sig> <pubKey> <pubHashA> | <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG | HASH栈顶元素 |
<sig> <pubKey> <pubHashA> <pubKeyHash> | OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG | 遇到常数,压入堆栈 |
<sig> <pubKey> | OP_CHECKSIG | 检查两个栈顶元素是否相等 |
true | Empty. | 用两个栈顶元素,检查签名是否正确。 |
2.2标准比特币产生交易(pay-to-pubkey)
OP_CHECKSIG直接用来检查签名,而非先对公钥HASH再检查。默认情况下,使用这种形式产生比特币,交易中的scriptPubKey被认为是向用户支付,这种交易形式的缺点是预先要知道整个公钥,意味着更长的支付地址,并且它降低了ECDSA签名算法的安全性。
scriptPubKey: <pubKey> OP_CHECKSIG
scriptSig: <sig>
检查过程如下:
堆栈 |
脚本 |
描述 |
空 | <sig><pubKey> P_CHECKSIG | scriptSig和scriptPubKey联合 |
<sig> <pubKey> | OP_CHECKSIG | 遇到常数,压入堆栈 |
true | 空 | 用两个栈顶元素,检查签名是否正确 |
2.3可证明的无法花掉/可删除的输出
标记一个交易为可证明无法花掉的标准方法,是提供如下一个scriptPubKey:
scriptPubKey: OP_RETURN {zero or more ops}
OP_RETURN立即标记脚本无效,如果没有scriptSig存在,有可能花掉那个输出。这样,如果还没有被花掉,输出会立即从UTXO(Unspent Transaction Output,未花费的交易输出)集合中被删除,eb31ca1a4cbd97c2770983164d7560d2d03276ae1aee26f12d7c2c6424252f29是一个例子,它只有一个0值输出,这样就把所有0.125BTC费用给挖到该交易的矿工,未将之加入UTXO集合。你也可以使用OP_RETURN在一个没有数据的交易上添加数据,而且该数据可以从未在UTXO集合出现,正如我们在交易1a2e22a717d626fc5db363582007c46924ae6b28319f07cb1b907776bd8293fc所看到的。P2Pool在它创建的比特币产生块中,通过共享块链的HASH输出做到这点,
注意,该机制还不是一个标准交易类型,因而不会被主网络上的节点所转发。
2.4Anyone-Can-Spend输出
相反,交易可以被任何人花掉,脚本如下:
scriptPubKey: (empty)
scriptSig: OP_TRUE
一些软件把交易改成这样,可作为除交易费外另一种向矿工捐赠的方法,任何挖到这个交易的矿工把这些币发回他们的地址,就能得到额外的费用,这种机制将来可以用在诚实契约上,即以一种可证明的方式奉献资金。
当前Anyone-Can-Spend输出被认为是非标准交易,不会在P2P网络中传播。
2.5猜谜交易
交易a4bfa8ab6435ae5f25dae9d89e4eb67dfa94283ca751f393c1ddc5a837bbc31b是一个有趣的谜语:
scriptPubKey: OP_HASH256 6fe28c0ab6f1b372c1a6a246ae63f74f931e8365e15a089c68d6190000000000 OP_EQUAL
scriptSig:
要把这个交易花掉,你需要找到一些数据,这些数据的两次HASH值等于给定的HASH值。
堆栈 |
脚本 |
描述 |
Empty. | <data> OP_HASH256 <given_hash> OP_EQUAL | |
<data> | OP_HASH256 <given_hash> OP_EQUAL | 把scriptSig数据压入堆栈 |
<data_hash> | <given_hash> OP_EQUAL | 对数据进行HASH |
<data_hash> <given_hash> | OP_EQUAL | 把 given_hash入栈 |
true | Empty. | 匹配两个HASH值是否为真 |
这个交易已经被09f691b2263260e71f363d1db51ff3100d285956a40cc0e4f8c8c2c4a80559b1成功花掉,所需的数据就是创世块,给定的HASH就是创世块的HASH值,注意:这类交易看起来很有趣,但并不安全,它们未包含任何签名,因而任何想花掉它们的交易能被其他的交易所代换,钱将被转到其他地址。
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