浅谈比特币UTXO模型和以太坊账户模型的优劣

随着Defi的火热，大家都开始关注在区块链上实现智能合约。BSV在今年年初的Genesis升级中解锁了中本聪时代的脚本，让“非标”脚本成为了可能性。可惜的是，近一年的发展下，利用非标脚本来实现一层合约还没有出现一个完美的方案，各路开发者都在各自为战，还没有形成事实上的token标准。

是什么原因导致在ETH等区块链上非常容易实现的智能合约，在比特币的场景下就那么复杂呢，在比特币上实现合约与以太坊上有什么区别呢。这里先抛出结论，以太坊实现合约非常容易，但是很难进行扩容和并行交易，很难突破天生的性能瓶颈，而比特币上实现的合约，技术实现非常困难，但是一旦实现，从交易速度和性能以及并行交易的角度，远超以太坊的方案，可以支持全人类使用。

交易结构的根本区别

为了更好的帮助我们理解在比特币上实现智能合约的困难点，我们需要拆解一下比特币与以太坊在账本的基础结构上的根本区别。

以太坊

首先是以太坊，以太坊用来记账的方式被称为账户制。这个很容易理解，非常像我们的银行卡或者支付宝，每个人有一个账户，账户上记载着余额。而A->B转账的过程就是从账户A的余额中减去X，然后再从账户B的余额中增加X（不考虑手续费）。如果给这个转账过程增加一些逻辑条件，设定满足特定的条件，这个转账才能发生，那么就形成了智能合约。以太坊内部有一个虚拟机，被称为EVM，这个虚拟机就是用来监听特定的条件，满足条件之后，自动执行转账。因为这个虚拟机可以执行编程代码，因此只需要用计算机高层编程语言编写逻辑，并且部署到链上就可以轻松实现任意的逻辑。

然而，如果懂计算机的同学很快就会发现一个问题，就是虚拟机在分布式节点的条件下如何保证一致性。由于以太坊上所有的合约都是由发送以太坊交易来驱动的，因此收到交易的顺序会影响交易的结果，为了保证所有节点都执行相同的逻辑，就必须保证所有节点收到交易的顺序是一致的，如果不一致则会造成混乱。显然，在分布式的环境下，所有节点很难保持接收交易的一致性，尤其是高频交易的场景下，如果A给B连续快速发送10笔金额，必须要等到所有节点按顺序接受到所有交易后，才能结算完成。如果某个节点先收到了第十笔交易，那么就需要等待其他9笔交易都就位之后，才能处理第十笔。另外，每笔以太坊交易只能进行1对1转账，在高频场景，尤其是多对多的复杂情形下，非常吃力。

为了突出以下以太坊的性能问题，我们假设以下场景，A账户要给100个人派发红包。如果使用ETH来发红包的话，必须按照顺序发送给1号，2号，3号…需要构造100个交易，一个接着一个进行发送，节点也必须一个接着一个按次序处理。因为每次发送都要等待上一次余额确定，因此1号，2号他们收到红包的顺序是确定的，100号只有等前面的人都收到红包之后，才能收到红包。

比特币

比特币则完全不一样，它使用的是一种称为UTXO（未花费交易输出）的模型来表示余额。这种模型非常类似我们日常使用的现金（纸币与硬币），可以看做一种改良版的现金（这里顺道提一句，央行发行的数字货币就是UTXO模型）。

区块链并不记载和维护某个地址有多少余额，记载的是一张张钞票是属于哪个地址。比特币的场景下，某个地址A的余额不能直接查询到，需要统计有多少张钞票是属于A的。比方说，我们有一个钱包（真的钱包），里面放了一张10元，一张100元，还放了一个1块的硬币，那么我们可以说，我们的钱包余额是111元（而且知道余额是由一张100，一张10块和一个1块所组成的），换言之，如果不去计算每一张纸币与面值，仅凭钱包本身是不知道有多少余额的，这与以太坊支付宝之类的账户模型有很大不同。

比特币转账的时候怎么转呢，同样很接近（但是不完全一样）我们平时使用现金支付的样子。还是刚才的真钱包，如A要给B付1块钱，那么A有3种方法可以付给B，给他1块，给他10块找回9块，给他100块找回99块。找钱这一点与现金不太一样，或者可以说是改良的地方。A给B10块找回9块，并不是让B找出来9块钱还给A，而是A把10块钱烧掉（销毁UTXO），然后由系统重新印出一张1块给B，印出一张9块给A（重建UTXO）。经过交易后，A的钱包有一张面值100的钞票，一张面值9块的钞票，还有一张1块，余额是110块。

根据上面的描述，我们可以知道，比特币的转账和收款就是钱包里的纸钞不断消灭和生成的过程。需要知道比特币地址的余额，就需要把这个钱包地址的所有钞票拿出来，计算所有面值并求和。同时，比特币支持多对多交易，比如说可以一笔交易让A同时给DEF转账1块，

1. 拿出100面值烧掉，印出99块还给A，1块给F。
2. 拿出10块面值烧掉，印出9块还给A，1块给E。
3. 拿出1块面值烧掉，不找零给A，1块给F。

UTXO模型神奇之处就在于，上面3个步骤可以分三个不相关（并行交易与顺序无关）的交易来发送，也可以直接使用1个交易来进行发送。

对比以太坊，比特币要同时发送给100个人，只需要一笔交易就够了，性能差距可想而知。这样就理解为什么央行数字货币使用的是UTXO模型了，不然深圳怎么给5万个钱包发送1000万数字人民币？

总结来说，以太坊的智能合约是在用程序控制，针对一笔交易能不能满足条件发送出去，因为控制的粒度是交易级别，因此交易必须要按照顺序串行处理，这也就是ETH很难扩容的根本原因，碰到Defi这种一个账号对多个账号进行交易的场景，很容易出现性能瓶颈。

比特币的智能合约是在用程序可控制，一个UTXO（含有一定面值的钞票）可不可以被销毁，控制的粒度是UTXO（单个钞票）的级别，对交易没有顺序要求，因此可以进行多对多交易以及并行交易校验，在现金转账的场景下有极高的性能。但是因为比特币脚本是用来控制UTXO能否花费的，输出的结果只有是或者否两种，没有中间状态，因此使用比特币脚本进行合约的编程非常复杂，比特币的脚本使用的是类forth的双栈语言，编写起来如同直接拿汇编写代码，因此需要编译器来进行翻译，比特币的合约结构也同以太坊有很大的不同，这部分内容以后再讨论。

这里再总结一下结论，以太坊易编程，难扩容。比特币（BSV）易扩容，难编程。我个人认为，以太坊扩容的难度，远远大于比特币编程的难度。