使用golang怎么实现一个比特币交易功能

2023-06-15 01:06:41 695人浏览八月长安

摘要

使用golang怎么实现一个比特币交易功能？针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。比特币交易交易（transaction）是比特币的核心所在，而区块链唯一的目的，也正

使用golang怎么实现一个比特币交易功能？针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

比特币交易

交易（transaction）是比特币的核心所在，而区块链唯一的目的，也正是为了能够安全可靠地存储交易。在区块链中，交易一旦被创建，就没有任何人能够再去修改或是删除它。
对于每一笔新的交易，它的输入会引用（reference）之前一笔交易的输出（这里有个例外，coinbase 交易），引用就是花费的意思。所谓引用之前的一个输出，也就是将之前的一个输出包含在另一笔交易的输入当中，就是花费之前的交易输出。交易的输出，就是币实际存储的地方。下面的图示阐释了交易之间的互相关联：

使用golang怎么实现一个比特币交易功能

注意：

有一些输出并没有被关联到某个输入上
一笔交易的输入可以引用之前多笔交易的输出
一个输入必须引用一个输出

贯穿本文，我们将会使用像“钱（money）”，“币（coin）”，“花费（spend）”，“发送（send）”，“账户（account）” 等等这样的词。但是在比特币中，其实并不存在这样的概念。交易仅仅是通过一个脚本（script）来锁定（lock）一些值（value），而这些值只可以被锁定它们的人解锁（unlock）。

每一笔比特币交易都会创造输出，输出都会被区块链记录下来。给某个人发送比特币，实际上意味着创造新的 UTXO 并注册到那个人的地址，可以为他所用。
交易的主函数：

func (cli *CLI) send(from, to string, amount int, nodeID string, mineNow bool) {    if !ValidateAddress(from) {           log.Panic("ERROR: Sender address is not valid")    }    if !ValidateAddress(to) {        log.Panic("ERROR: Recipient address is not valid")    }    bc := NewBlockchain(nodeID)    //获取区块链实例    UTXOSet := UTXOSet{bc}    //创建UTXO集    defer bc.Db.Close()    wallets, err := NewWallets(nodeID)    if err != nil {        log.Panic(err)    }    wallet := wallets.GetWallet(from)    tx := NewUTXOTransaction(&wallet, to, amount, &UTXOSet)    if mineNow {            cbTx := NewCoinbaseTX(from, "")        txs := []*Transaction{cbTx, tx}        newBlock := bc.MineBlock(txs)        UTXOSet.Update(newBlock)    } else {        sendTx(knownNodes[0], tx)    }    fmt.Println("Success!")}

我们从头分析整个交易过程，首先利用ValidateAddress（）方法判断输入的地址是否为有效的比特币地址，然后从我们的blotDB数据库中获取blockchain实例（我们利用一个数据库实现区块链数据的存储，这里读者可以忽略），其中读取数据库的代码如下

func NewBlockchain(nodeID string) *Blockchain {    dbFile := fmt.Sprintf(dbFile, nodeID)    if dbExists(dbFile) == false {        fmt.Println("No existing blockchain found. Create one first.")        os.Exit(1)    }    var tip []byte    db, err := bolt.Open(dbFile, 0600, nil)    //打开数据库    if err != nil {        log.Panic(err)    }    err = db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {        b := tx.Bucket([]byte(blocksBucket))        tip = b.Get([]byte("l"))  //读取最新的区块链        return nil    })    if err != nil {        log.Panic(err)    }    bc := Blockchain{tip, db}    return &bc}

其中我们的区块链的基本原型为

type Blockchain struct {    tip []byte    Db  *bolt.DB}type Block struct {    Timestamp     int64    Transactions  []*Transaction    PrevBlockHash []byte    Hash          []byte    Nonce         int    Height        int}

获取完成区块链实例后，我们创建出一个utxo集合，其数据结构为

type UTXOSet struct {    Blockchain *Blockchain}

然后我们从钱包文件中获取我们的钱包集合（wallets）,接着调用我们的转账函数。

func NewUTXOTransaction(wallet *Wallet, to string, amount int, UTXOSet *UTXOSet) *Transaction {    var inputs []TXInput    var outputs []TXOutput    pubKeyHash := HashPubKey(wallet.PublicKey)    acc, validOutputs := UTXOSet.FindSpendableOutputs(pubKeyHash, amount)    //找到能够使用的输出    if acc < amount {    //如果能够使用的输出小于目标值，则返回错误        log.Panic("ERROR: Not enough funds")    }    // Build a list of inputs    for txid, outs := range validOutputs {                 txID, err := hex.DecodeString(txid)        if err != nil {            log.Panic(err)        }        for _, out := range outs {            input := TXInput{txID, out, nil, wallet.PublicKey}            inputs = append(inputs, input)        }    }    // Build a list of outputs    from := fmt.Sprintf("%s", wallet.GetAddress())    outputs = append(outputs, *NewTXOutput(amount, to))    //创建新的交易输出    if acc > amount {        outputs = append(outputs, *NewTXOutput(acc-amount, from)) // a change    //找零输出    }    tx := Transaction{nil, inputs, outputs}    tx.ID = tx.Hash()    //创建一笔交易    UTXOSet.Blockchain.SignTransaction(&tx, wallet.PrivateKey)       //对交易签名    return &tx}

对于一笔交易来说，其数据结构为

type Transaction struct {    ID   []byte    Vin  []TXInput    Vout []TXOutput}type TXInput struct {    Txid      []byte    Vout      int    Signature []byte    PubKey    []byte}type TXOutput struct {    Value      int    PubKeyHash []byte}type UTXOSet struct {    Blockchain *Blockchain}

一笔交易来说，输出主要包含两部分：一定量的比特币(Value)，一个锁定脚本(ScriptPubKey)，要花这笔钱，必须要解锁该脚本。一个输入引用了之前交易的一个输出：Txid 存储的是之前交易的 ID，Vout 存储的是该输出在那笔交易中所有输出的索引（因为一笔交易可能有多个输出，需要有信息指明是具体的哪一个）Signature是签名，而Pubkey是公钥，两者保证了用户无法花费属于其他人的币。

func HashPubKey(pubKey []byte) []byte {  // RIPEMD160(SHA256(PubKey))    publicSHA256 := sha256.Sum256(pubKey)    RIPEMD160Hasher := ripemd160.New()    _, err := RIPEMD160Hasher.Write(publicSHA256[:])    if err != nil {        log.Panic(err)    }    publicRIPEMD160 := RIPEMD160Hasher.Sum(nil)    return publicRIPEMD160}func (u UTXOSet) FindSpendableOutputs(pubkeyHash []byte, amount int) (int, map[string][]int) {    unspentOutputs := make(map[string][]int)     //为输出开辟一块内存空间    accumulated := 0           db := u.Blockchain.db             //获取存取区块链的数据库    err := db.View(func(tx *bolt.Tx) error {               //读取数据库        b := tx.Bucket([]byte(utxoBucket))        c := b.Cursor()        for k, v := c.First(); k != nil; k, v = c.Next() {               //遍历数据库            txID := hex.EncodeToString(k)            outs := DeserializeOutputs(v)            for outIdx, out := range outs.Outputs {                if out.IsLockedWithKey(pubkeyHash) && accumulated < amount {          //如果能够解锁输出，代表utxo集中的输出是的所有者是该公钥所对应的人                    accumulated += out.Value     //累加值                    unspentOutputs[txID] = append(unspentOutputs[txID], outIdx)     //加到数组中                }            }        }        return nil    })    if err != nil {        log.Panic(err)    }    return accumulated, unspentOutputs}func (out *TXOutput) IsLockedWithKey(pubKeyHash []byte) bool {      //判断输出是否能够被某个公钥解锁    return bytes.Compare(out.PubKeyHash, pubKeyHash) == 0} func NewTXOutput(value int, address string) *TXOutput {    txo := &TXOutput{value, nil}    //注册一个输出    txo.Lock([]byte(address))    //设置输出的pubhashkey    return txo}func (out *TXOutput) Lock(address []byte) {    pubKeyHash := Base58Decode(address)    pubKeyHash = pubKeyHash[1 : len(pubKeyHash)-4]    out.PubKeyHash = pubKeyHash}

在创建新的输出时，我们必须找到所有的为花费的输出，并且确保他们有足够的价值（value），这就是FindSpendableOutputs 要做的事情，随后，对于每个找到的输出，会创建一个引用该输出的输入。接下来，我们创建两个输出：

一个由接收者地址锁定。这是给其他地址实际转移的币。
一个由发送者地址锁定。这是一个找零。只有当未花费输出超过新交易所需时产生。记住：输出是不可再分的。

func (bc *Blockchain) SignTransaction(tx *Transaction, privKey ecdsa.PrivateKey) {    prevTXs := make(map[string]Transaction)    for _, vin := range tx.Vin {        prevTX, err := bc.FindTransaction(vin.Txid)        if err != nil {            log.Panic(err)        }        prevTXs[hex.EncodeToString(prevTX.ID)] = prevTX    }    tx.Sign(privKey, prevTXs)}func (tx *Transaction) Sign(privKey ecdsa.PrivateKey, prevTXs map[string]Transaction) {//方法接受一个私钥和之前一个交易的map    if tx.IsCoinbase() {        return    }//判断是是否为发币交易，因为发币交易没有输入，故不用进行签名    for _, vin := range tx.Vin {        if prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)].ID == nil {            log.Panic("ERROR: Previous transaction is not correct")        }    }    txCopy := tx.TrimmedCopy()  //将会被签名的是修剪后的交易副本，而不是一个完整的交易    for inID, vin := range txCopy.Vin {        prevTx := prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)]        txCopy.Vin[inID].Signature = nil        txCopy.Vin[inID].PubKey = prevTx.Vout[vin.Vout].PubKeyHash//迭代副本中的每一个输入，在每个输入中，Pubkey 被设置为所引用输出的PubKeyHash/        dataToSign := fmt.Sprintf("%x\n", txCopy)        r, s, err := ecdsa.Sign(rand.Reader, &privKey, []byte(dataToSign))//我们通过private对txCopy进行签名将这串数字连接起来储存在signature中        if err != nil {            log.Panic(err)        }        signature := append(r.Bytes(), s.Bytes()...)        tx.Vin[inID].Signature = signature        txCopy.Vin[inID].PubKey = nil    }}func (tx *Transaction) TrimmedCopy() Transaction {      var inputs []TXInput    var outputs []TXOutput    for _, vin := range tx.Vin {//将输入的TXInput.Signature 和TXIput.PubKey设置为空        inputs = append(inputs, TXInput{vin.Txid, vin.Vout, nil, nil})    }    for _, vout := range tx.Vout {        outputs = append(outputs, TXOutput{vout.Value, vout.PubKeyHash})    }    txCopy := Transaction{tx.ID, inputs, outputs}    return txCopy}

交易必须被签名，因为这是保证发送方不会花费其他人的币的唯一方式，如果一个签名是无效的，那么这笔交易也会被认为是无效的，因为这笔交易无法被加到区块链中。考虑到交易解锁的是之前的输出，然后重新分配里面的价值，并锁定新的输出，那么必须要签名一下的数据

存储在已经解锁输出的公钥哈希，他识别了一笔交易的发送方
存储在新的锁定输出里面的公钥哈希，他识别了一笔交易的接收方
新的输出值

因此，在比特币里，所签名的并不是一个交易，而是一个去除部分签名的输入的副本，输入里面存储了被引用输出的ScriptPubKey

如果现在进行过挖矿

   cbTx := NewCoinbaseTX(from, "")        txs := []*Transaction{cbTx, tx}        newBlock := bc.MineBlock(txs)        UTXOSet.Update(newBlock)func NewCoinbaseTX(to, data string) *Transaction {    if data == "" {  //如果数据为空生成一个随机数据        randData := make([]byte, 20)        _, err := rand.Read(randData)        if err != nil {            log.Panic(err)        }        data = fmt.Sprintf("%x", randData)    }//生成一笔挖矿交易    txin := TXInput{[]byte{}, -1, nil, []byte(data)}    txout := NewTXOutput(subsidy, to)    tx := Transaction{nil, []TXInput{txin}, []TXOutput{*txout}}    tx.ID = tx.Hash()    return &tx}func (bc *Blockchain) MineBlock(transactions []*Transaction) *Block {   //开始挖矿    var lastHash []byte    var lastHeight int    for _, tx := range transactions {        // TODO: ignore transaction if it's not valid        if bc.VerifyTransaction(tx) != true {            log.Panic("ERROR: Invalid transaction")   //对打包在区块中的交易进行认证        }    }    err := bc.db.View(func(tx *bolt.Tx) error {        b := tx.Bucket([]byte(blocksBucket))        lastHash = b.Get([]byte("l"))   //获取最新的一个块的hash值        blockData := b.Get(lastHash)        block := DeserializeBlock(blockData)  //将最新的一个块解序列        lastHeight = block.Height        return nil    })    if err != nil {        log.Panic(err)    }    newBlock := NewBlock(transactions, lastHash, lastHeight+1)    err = bc.db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {    //更新区块链数据库        b := tx.Bucket([]byte(blocksBucket))        err := b.Put(newBlock.Hash, newBlock.Serialize())        if err != nil {            log.Panic(err)        }        err = b.Put([]byte("l"), newBlock.Hash)        if err != nil {            log.Panic(err)        }        bc.tip = newBlock.Hash        return nil    })    if err != nil {        log.Panic(err)    }    return newBlock}func (bc *Blockchain) VerifyTransaction(tx *Transaction) bool {    if tx.IsCoinbase() {        return true    }    prevTXs := make(map[string]Transaction)    for _, vin := range tx.Vin {        prevTX, err := bc.FindTransaction(vin.Txid)        if err != nil {            log.Panic(err)        }        prevTXs[hex.EncodeToString(prevTX.ID)] = prevTX    }    return tx.Verify(prevTXs)}func (tx *Transaction) Verify(prevTXs map[string]Transaction) bool {    if tx.IsCoinbase() {   //判断是否为大笔交易        return true    }    for _, vin := range tx.Vin {        if prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)].ID == nil {            log.Panic("ERROR: Previous transaction is not correct")   //判断输入地址的有效性        }    }    txCopy := tx.TrimmedCopy()    //创建一个裁剪版本的交易副本    curve := elliptic.P256()    //我们需要相同区块用于生成密钥对    for inID, vin := range tx.Vin {        prevTx := prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)]        txCopy.Vin[inID].Signature = nil        txCopy.Vin[inID].PubKey = prevTx.Vout[vin.Vout].PubKeyHash        r := big.Int{}        s := big.Int{}        sigLen := len(vin.Signature)        r.SetBytes(vin.Signature[:(sigLen / 2)])        s.SetBytes(vin.Signature[(sigLen / 2):])        x := big.Int{}        y := big.Int{}        keyLen := len(vin.PubKey)        x.SetBytes(vin.PubKey[:(keyLen / 2)])        y.SetBytes(vin.PubKey[(keyLen / 2):])//这里我们解包存储在 TXInput.Signature 和 TXInput.PubKey 中的值，因为一个签名就是一对数字，一个公钥就是一对坐标。我们之前为了存储将它们连接在一起，现在我们需要对它们进行解包在 crypto/ecdsa 函数中使用        dataToVerify := fmt.Sprintf("%x\n", txCopy)        rawPubKey := ecdsa.PublicKey{curve, &x, &y}        if ecdsa.Verify(&rawPubKey, []byte(dataToVerify), &r, &s) == false {  //验证            return false        }        txCopy.Vin[inID].PubKey = nil    }    return true}func NewBlock(transactions []*Transaction, prevBlockHash []byte, height int) *Block {//产生一个新的块    block := &Block{time.Now().Unix(), transactions, prevBlockHash, []byte{}, 0, height}//定义数据结构    pow := NewProofOfWork(block)    //定义工作量证明的数据结构    nonce, hash := pow.Run()    //挖矿    block.Hash = hash[:]    block.Nonce = nonce    return block}func (pow *ProofOfWork) Run() (int, []byte) {    var hashInt big.Int    var hash [32]byte    nonce := 0    fmt.Printf("Mining a new block")    for nonce < maxNonce {        data := pow.prepareData(nonce)        hash = sha256.Sum256(data)        fmt.Printf("\r%x", hash)        hashInt.SetBytes(hash[:])        if hashInt.Cmp(pow.target) == -1 {            break        } else {            nonce++        }    }    fmt.Print("\n\n")    return nonce, hash[:]}func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int) []byte {    data := bytes.Join(        [][]byte{            pow.block.PrevBlockHash,            pow.block.HashTransactions(),            IntToHex(pow.block.Timestamp),            IntToHex(int64(targetBits)),            IntToHex(int64(nonce)),        },        []byte{},    )    return data}func (u UTXOSet) Update(block *Block) {    db := u.Blockchain.db    err := db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {        b := tx.Bucket([]byte(utxoBucket))        for _, tx := range block.Transactions {            if tx.IsCoinbase() == false {                for _, vin := range tx.Vin {                    updatedOuts := TXOutputs{}                    outsBytes := b.Get(vin.Txid)                    outs := DeserializeOutputs(outsBytes)                    for outIdx, out := range outs.Outputs {                        if outIdx != vin.Vout {                            updatedOuts.Outputs = append(updatedOuts.Outputs, out)                        }                    }                    if len(updatedOuts.Outputs) == 0 {                        err := b.Delete(vin.Txid)                        if err != nil {                            log.Panic(err)                        }                    } else {                        err := b.Put(vin.Txid, updatedOuts.Serialize())                        if err != nil {                            log.Panic(err)                        }                    }                }            }            newOutputs := TXOutputs{}            for _, out := range tx.Vout {                newOutputs.Outputs = append(newOutputs.Outputs, out)            }            err := b.Put(tx.ID, newOutputs.Serialize())            if err != nil {                log.Panic(err)            }        }        return nil    })    if err != nil {        log.Panic(err)    }}