2.1 UTXO模型

UTXO模型的原理

UTXO模型（比特币使用）

想象一下现金交易：

• 你的钱包里不是"有500元"，而是有一张200元和三张100元的钞票

• 当你要花350元时，你给出200元和两张100元（共400元）

• 然后收到50元找零

• 交易后，你钱包里只剩下一张100元和一张50元的新钞票

这就是UTXO模型的工作方式：

• 你不拥有"账户余额"（即你拥有现金而非银行的存款），而是拥有特定金额的"未花费交易输出"（UTXO）

• 每次交易都会完全消耗输入的UTXO，并创建新的UTXO

• 你的"余额"实际上是所有属于你的UTXO的总和

• 找零必须作为新的UTXO返回给自己

账户余额模型（以太坊使用）

想象一下银行账户：

• 你的账户显示余额为500元

• 当你花350元时，系统只需从你的账户中扣除这个金额

• 交易后，你的账户余额自动更新为150元，对方的金额增加350元

• 不需要处理"找零"的概念

这就是账户余额模型的工作方式：

• 每个地址都有一个账户，存储当前余额

• 交易只需简单地从一个账户扣除金额并添加到另一个账户

• 不需要跟踪单独的"支付单位"

• 账户状态直接存储在区块链上

两者之间的关系

实际上，这两种模型可以相互模拟：

• 在UTXO系统上，索引器（如ElectrumX）通过汇总属于同一地址的所有UTXO，创建一个"账户视图"

• 理论上，账户系统也可以模拟UTXO行为，但这样做会增加不必要的复杂性

每种模型都有其优势：

• UTXO模型提供更好的隐私性和并行处理能力

• 账户模型更直观且更容易开发智能合约

简单来说，UTXO就像是拥有不同面额的纸币，必须完整一张张使用；而账户模型就像银行账户，可以精确扣除任意金额。

如果要更用金融专业的术语解释，比特币的UTXO模型是M0，以太坊的账户余额模型是M1或M2。M0是现金，M1是现金+活期存款，M2是现金+活期存款+定期存款。使用现金时，用户与银行之间没有资产和负债关系。使用银行系统记账的时候，本质是形成用户和银行之间的资产和负债关系。

UTXO模型的举例

理解了UTXO模型后。我们用一个更简单的例子来解释Alice和Bob的UTXO交易：

简单UTXO模型例子：Alice付款给Bob

起始状态:

• Alice有一个UTXO价值10比特币

• Bob没有比特币

Alice想给Bob 7比特币:

1. 创建交易:

   • 输入: Alice的10比特币UTXO

   • 输出:

     • 7比特币给Bob

     • 3比特币找零给Alice

2. 交易ID: 每个交易会生成一个唯一的ID (假设是TX123)

3. 结果:

   • Alice的原始10比特币UTXO已被消费(消失了)

   • 创建了两个新的UTXO:

     • Bob现在拥有一个UTXO: (TX123, 输出#0, 7比特币)

     • Alice现在拥有一个UTXO: (TX123, 输出#1, 3比特币)

重要概念:

• UTXO标识: 每个UTXO由"交易ID+输出索引"唯一标识

• 全部消费: 交易必须消费整个输入UTXO

• 新UTXO创建: 每笔交易都创建新的UTXO

这就像Alice给Bob一张10元钞票，Bob给她找回3元 — 原来的10元不再存在，而是产生了新的7元和3元。

注意这跟现实中的现金交易有一些区别，虽然找零机制类似。我们来看看区别：

实际现金交易 vs. UTXO模型

实际现金交易：

• Alice给Bob一张10元钞票

• Bob从自己钱包拿出3元给Alice

• 结果：Bob持有原来的那张10元钞票，Alice持有新的3元

• 钞票本身保持不变，只是改变了所有者

比特币UTXO模型：

• Alice有一个10比特币的UTXO

• 交易后，这个10比特币UTXO被完全销毁

• 同时创建两个全新的UTXO：一个7比特币给Bob，一个3比特币返回给Alice

• 原始的"钞票"不再存在，而是被新的"钞票"替代

记住，比特币不记录"谁拥有什么"，而是记录"每笔交易如何变更所有权"。每个UTXO是一次性的，必须完全消费，这样更容易验证没有双重支付。验证者只需检查：输入UTXO是否未被花费 + 签名是否有效，不需要跟踪复杂的账户历史或余额变更。

可以这样想：UTXO不是"钞票"，而更像是"收据"（比如支票或地契）。每次交易都会撕毁旧收据，创建新收据。

如果要用计算机专业的术语更深刻理解比特币所记录的UTXO的流转过程，可以想象这是一个“过程数据库”，一个“分布式的、不可修改、只能追加”的数据库，类似MySQL的操作日志数据库。而MySQL本身，是一种强调“状态本身”的数据库。

把MySQL的操作日志完整地记录下来，再进行重放，即可完整地重建整个数据库。在比特币领域，索引器（如ElectrumX），检索了比特币全部的UTXO和记录，也重建了一个地址-余额的数据库。这是很多比特币钱包（如Sparrow、Ledger)给我们显示账目余额的技术基础。