比特币脚本

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	输出	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	输出	描述
OP_NOP	97	0×61	无	无	无任何操作
OP_IF	99	0×63	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	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	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	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	输出	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	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	… 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	输出	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

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	输出	描述
OP_INVERT	131	0×83	in	out	所有输入的位取反，已禁用.
OP_AND	132	0×84	x1 x2	out	对输入的所有位进行布尔与运算，已禁用
OP_OR	133	0×85	x1 x2	out	对输入的每一位进行布尔或运算，已禁用
OP_XOR	134	0×86	x1 x2	out	对输入的每一位进行布尔异或运算，已禁用
OP_EQUAL	135	0×87	x1 x2	True / false	如果输入的两个数相等，返回1，否则返回0。
OP_EQUALVERIFY	136	0×88	x1 x2	True / false	与OP_EQUAL一样，之后运行OP_VERIFY 。

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	输出	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
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	输出	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 … pub1 pub2	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 … pub1 pub2 …	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  OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

scriptSig:  

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	OP_DUP OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG	scriptSig和scriptPubKey 联合
	OP_DUP OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG	遇到常数，压入堆栈
	OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG	复制栈顶元素
	OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG	HASH栈顶元素
	OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG	遇到常数，压入堆栈
	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:  OP_CHECKSIG

scriptSig: 

检查过程如下：

堆栈	脚本	描述
空	P_CHECKSIG	scriptSig和scriptPubKey联合
	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.	OP_HASH256 OP_EQUAL
	OP_HASH256 OP_EQUAL	把scriptSig数据压入堆栈
	OP_EQUAL	对数据进行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。