区块链中的脚本系统

前一段时间看一下最近特别火的区块链，对于它的脚本系统最感兴趣，这两天特意研究了一下，下面的代码分析是基于bitcoin 0.1的版本

BitCoin中的脚本

Script是BitCoin中的一个特色，感觉它也借鉴了汇编中的操作符与栈的概念。但是Script中用于存放操作符也对象的不是一个”栈”，看它的定义

class CScript : public vector<unsigned char>
{
   protected:
   CScript& push_int64(int64 n)
   {
      if (n == -1 || (n >= 1 && n <= 16))
     {
         push_back(n + (OP_1 - 1));
     }
     else
     {
         CBigNum bn(n);
         *this << bn.getvch();
     }
     return (*this);
    }

｝

CScript& operator<<(char b) { return (push_int64(b)); }

其中操作符<<是我们在后面的代码中常见的一个符号。引用这段代码的目的是想说明， 在执行 << 的时候，其实是执行vector的push_back， 查看一下push_back的说明:

push_back是算法语言里面的一个函数名。如c++中的vector头文件里面就有这个push_back函数，在vector类中作用为在vector尾部加入一个数据。
即它是将数据放在vector的队尾。

2. Script脚本中的数据的输入

2.1 说明

对于Bitcoin而言，它是通过创建一个对象CTransaction，将输入，输出（找零，与花费）放在其中，其CTransaction的定义:

class CTransaction
{
public:
    int nVersion;
    vector vin;
    vector vout;
    int nLockTime;
｝

其中的vin与vout是比较重要的两个地方，其中的Scrip信息都是存放在vout与vin中。

2.2 过程

整个过程可以分为上面几个步骤。下面分别进行说明。

1. UI界面的触发
   
   当点击Send按钮之后，会调用ui.cpp中的函数
   CSendDialog::OnButtonSend(wxCommandEvent& event)
   整个过程的发起是在 CSendDialog::OnButtonSend(wxCommandEvent& event)(基于0.1.5版本), 其中有一段函数：

// Parse bitcoin address
uint160 hash160;
bool fBitcoinAddress = AddressToHash160(strAddress, hash160);

if (fBitcoinAddress)
{
   // Send to bitcoin address
   CScript scriptPubKey;
   scriptPubKey << OP_DUP << OP_HASH160 << hash160 << OP_EQUALVERIFY << OP_CHECKSIG;

   if (!SendMoney(scriptPubKey, nValue, wtx))
      return;
}

以知道此时scriptPubKey中的信息如下

接着开始会调用main.cpp中的SendMoney（）函数

1. 开始调用main.cpp中的SendMoney()函数，所有的动作都可以看成是在SendMoney()中完成。
2. 创建Transaction()， 这个函数的主要作用是找到可以用于支持coin, 在这个函数中，有两个变量（vin与vout）和一个税率fee需要注意。
   先说一下税率fee， BitCoin的交易是有税率的，但是这个税率的支付与用于支付的coin相关，因此，这里它做了一个处理，首先把fee设置为0，将需要支付的coin信息获取出来，然后再调用GetMinFee(true)计算一次。其流程图:
   
   另外两个值就是vin与vout，支持信息都会保存在这里。它是CTransaction的成员变量，其定义如下：

class CTransaction
{
    public:
    int nVersion;
    vector vin;
    vector vout;
    int nLockTime;
}

对于vout的script信息比较容易找，它是在createTransaction()的时候，直接设置进去，其代码如下：

 // Fill vout[0] to the payee              wtxNew.vout.push_back(CTxOut(nValueOut, scriptPubKey));

而vin的script就比较麻烦。在另外的文档中进去解析。只需要了解到的是vin中的script信息是：
scriptSigRet << vchSig << vchPubKey;
对应的信息：

3. 脚本的验证过程

在Bitcoin 0.1.5中的验证过程，代码逻辑不是太清晰，相对于0.15的代码，这一块就很清楚。可以直接查看对应的api就可以知道：https://bitcore.io/api/lib/script#Interpreter，这里还是以0.1.5为分析模板进行分析。

3.1 解析过程

系统在校验的时候，是将vin与vout的脚本合起来进行校验的。其：
VS = IS + OS
其中VS(validation script)，就是组合后的脚本， 其组合后的信息如下，其校验过程如下，其校验代码在script.cpp中的EvalScript()
1. 在校验之前， 会有一个空的stack，这个stack是实际的运行结果保存位置

1. 指针首先指向sign值,它是一个立即数，这个数会压入执行队列stack的队尾，执行后结果如下：
   

2. 此时vs指针指向了PK值，而PK也是一个立即数，与sign值一样，也会取出来，然后放到执行队列stack中，如下：
   

3. 执行队列执行OP_DUP了，此时执OP_DUP，是一个操作符，此时它的执行过程是将获取出stack最后一个值（不是出队列），然后将这个值赋给一个新的变量，再将这个变量push_back进去。
   

4. 经过OP_DUP之后，指针指向了OP_HASH160了，它会取出stack最后一个值（出队列），利用这个值计算hash160的值，计算结果然后写回到stack最后一个
   

5. 现在指针指向了hash160，这也是一个立即数，直接取出来，然后压栈
   

6. 此时指针指向了OP_EQUALVERIFY了，它是比较stack最后两个项的值。
   

7. 此时就到最后一个项OP_CHECKSIG了，此时获取sign的值，与PK值，并通过PK值vin, vout的值，计算签名，如果计算出来的值与stack中的值相同，则会压入true，否则就会压栈false

8. 系统就检查stack最后一个值，如果为true，表明正确，如果为false就不正确

总结

在以前的项目中，也会碰到类似的需要进行校验的，一般的想法就是在各个节点放一个脚本或者一个jar包，但是BitCoin给了另外一种思路，让校验过程镶嵌到消息中，很是比较牛B

参考：

https://www.liaoxuefeng.com/article/001482718603696a6b6eb2bebc74211ab967146a952ae0c000
http://davidederosa.com/basic-blockchain-programming/bitcoin-script-language-part-one/