比特币使用UTXO模型做为交易底层数据结构，UTXO 是 Unspent Transaction Output 的缩写,也就是未被使用的交易输出。本质上，就是只记录交易本身，而不记录交易的结果。比特币使用前后链接的区块（可以简单的理解为交易组成的集合）记录所有交易，每笔交易都有若干交易输入，也就是资金来源，也都有若干笔交易输出，也就是资金去向。一般来说，每一笔交易都要花费（spend）一笔输入，产生一笔输出，而其所产生的输出，就是“未花费过的交易输出”，也就是 UTXO。当之前的 UTXO 出现在后续交易的输入时，就表示这个 UTXO 已经花费掉了，不再是 UTXO 了。如果从第一个区块开始逐步计算所有比特币地址中的余额，就可以计算出不同时间的各个比特币账户的余额了。下面将结合比特币钱包源码0.1.0对比特币中的交易做详细说明。
1 数据结构及相关定义
1.1 区块
交易会被打包到区块中，打包成功的区块会被序列化到本地文件中，区块定义如下（只给出了主要类成员）：
区块CBlock
1.2 交易
版本nVersion vin0 ... vinn vout0 ... voutm 锁定时间nLockTime
如表所示，单个交易由版本、若干输入、若干输出和锁定时间构成，其中当前版本值为1，输入和输出后续有更详细介绍，nLockTime定义了一个最早时间，只有过了这个最早时间，这个transaction可以被发送到比特币网络，当前版本用块高度来定义该时间，即只有交易中nLockTime小于当前比特币网络块高度，该交易才会被发送到比特币网络（其实后续版本的比特币引入了LOCKTIME_THRESHOLD=500000000，当nLock小于该值时为区块高度，否则为时间戳），nLockTime通常被设置为0，表示transaction一创建好就马上发送到比特币网络，交易源码定义如下：
交易CTransaction
GetHash：获取交易哈希值
IsFinal：交易是否已确定，可以看到该函数中用到了nLockTime
CheckTransaction：交易的合法性检查
IsMine：交易是否和当前钱包相关
GetDebit：钱包进账
GetCredit：钱包出账
ReadFromDisk：从本地文件读取交易
1.3 交易输入
上个交易输出点prevout 解锁脚本scriptSig 序列号nSequence
如表所示，交易输入由上个交易输出点、交易解锁脚本及序列号组成，其中上个交易输出点包含两个元素，一个是上一个交易的哈希值，另一个是上一个交易输出的索引号，由这两个元素便可确定唯一的UTXO，一个UTXO中包含一个锁定脚本，要想花费该UTXO必须提供有效的解锁脚本，解锁脚本由签名和公钥组成，nSequence字段默认填最大值0xffffffff，该字段在替换交易时有用，这里不做过多的解释。交易输入源码定义如下：
交易输入CTxIn
1.4 交易输出
比特币数量nValue 锁定脚本scriptPubKey
如表所示，交易输出由比特币数量、锁定脚本组成，其中比特币数量表明了该输出包含的比特币数量，锁定脚本对UTXO上了“锁”，谁能提供有效的解锁脚本，谁就能花费该UTXO。交易输出源码定义如下：
交易输出CTxOut
1.5 加密算法及签名验证
交易验证时会用到加密算法中的签名及签名验证，所以先对比特币系统的加解密算法进行说明。比特币系统加解密算法用的是椭圆曲线加密算法，该算法属于非对称加密算法，包含公钥和私钥，公钥对外公开，私钥秘密保存，比特币钱包的私钥保存于wallet.dat文件中，所以该文件一定要秘密保存。对于椭圆曲线加密算法来说，公钥和私钥是成对的，它们可以互相加解密，总得来说可以用“公钥加密，私钥签名”八个字总结两个密钥的作用。在应用到加密场景时，可以自己对本地文件用公钥进行加密，当该加密文件被其他人盗取时，由于其他人不知道私钥，所以他们看不了文件内容；另外，其他人可以用公钥对文件加密，并通过网络传输给你，即便文件被截获，截获者不知道私钥也无法获得文件内容，只有拥有私钥的你可以正确解密文件并获取正确内容。在应用到签名场景时，可以用私钥对文件A进行加密（签名）生成结果B，并把文件A和签名结果B发送给其他人或对外公布，由于公钥是公开的，其他人用公钥对签名结果解密发现和文件A一致，所以就可以确定是文件确实是你发布的（因为只有你拥有私钥），这个加密操作好比你给文件进行了“签名”，由于其他人没有私钥所以不能仿冒，进行签名时如果文件A比较大，一般不会直接对A进行签名，而是对A进行哈希操作获得所谓的摘要，再对摘要进行签名，签名验证时也是对相应的摘要进行验证。
比特币交易中的输入和输出可能有多个，对应有不同的签名类型，目前有三类：SIGHASH_ALL，SIGHASH_NONE，SIGHASH_SINGLE。
SIGHASH_ALL
该签名类型为默认类型，也是目前绝大部分交易采用的，顾名思义即签名整单交易。首先，组织所有输出、输入，就像上文分解Hex过程一样，每个输入都对应一个签名，暂时留空，其他包括sequence等字段均须填写，这样就形成了一个完整的交易Hex（只缺签名字段）。然后，每一个输入均需使用私钥对该段数据进行签名，签名完成后各自填入相应的位置，N个输入N个签名。简单理解就是：对于该笔单子，认可且只认可的这些输入、输出，并同意花费我的那笔输入。
SIGHASH_NONE
该签名类型是最自由松散的，仅对输入签名，不对输出签名，输出可以任意指定。某人对某笔币签名后交给你，你可以在任意时刻填入任意接受地址，广播出去令其生效。简单理解就是：我同意花费我的那笔钱，至于给谁，我不关心。
SIGHASH_SINGLE
该签名类型其次自由松散，仅对自己的输入、输出签名，并留空sequence字段。其输入的次序对应其输出的次序，比如输入是第3个，那么签名的输出也是第三个。简单理解就是：我同意花费我的那笔钱，且只能花费到我认可的输出，至于单子里的其他输入、输出，我不关心。
当我们拿到一笔交易时，如何验证这个交易输入是否有效，也就是如何校验该输入所引用的输出是否有效。首先，将当前输入的解锁脚本，和该输入所引用的上一笔交易输出的锁定脚本如图8一样组合在一起，并进行下的验证过程，最终若返回TRUE，说明交易有效。
2 交易类型及实例
2.1 Coinbase交易
也称作产量交易（Generation TX），每个Block都对应一个产量交易，该类交易是没有输入交易的，产量交易产生的币是所有币的源头。以创世块包含的Coinbase交易为例来进行分析，打开比特区块文件blk00000.dat，内容如下：
F9BEB4D9 - 神奇数
0x0000011D - 区块大小285字节，不包含该长度字段
01000000 - version
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 - prev block
3BA3EDFD7A7B12B27AC72C3E67768F617FC81BC3888A51323A9FB8AA4B1E5E4A - merkle root
29AB5F49 - timestamp
FFFF001D - bits
1DAC2B7C - nonce
01 - number of transactions
01000000 - version
01 - input
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 - prev output
FFFFFFFF - index
4D04FFFF001D0104455468652054696D65732030332F4A616E2F32303039204368616E63656C6C6F72206F6E206272696E6B206F66207365636F6E64206261696C6F757420666F722062616E6B73 - scriptSig
FFFFFFFF - sequence
01 - outputs
00F2052A01000000 - 50 BTC
434104678AFDB0FE5548271967F1A67130B7105CD6A828E03909A67962E0EA1F61DEB649F6BC3F4CEF38C4F35504E51EC112DE5C384DF7BA0B8D578A4C702B6BF11D5FAC - scriptPubKey
00000000 - lock time
2.2 通用地址交易
该类交易是最常见的交易类型，由N个输入、M个输出构成。以交易cca7507897abc89628f450e8b1e0c6fca4ec3f7b34cccf55f3f531c659ff4d79为例进行说明，其Json格式内容如下：
该交易包含1个输入2个输出，位于块0000000013ab9f8ed78b254a429d3d5ad52905362e01bf6c682940337721eb51中，该块包含两个交易，我们要分析的交易是第2个交易，块的二进制内容如下：
图中第1部分是块头信息，该部分的最后一个字节0x02说明该块中包含两个交易；第2部分是块中第一个交易，该交易是coinbase交易，不再详述；第3部分是第二个交易，开始4个字节0x00000001是交易版本号，之后该部分第1个红色字节0x01表示该交易有一个输入，再后面是上一个交易的哈希值0xa1075db55d416d3ca199f55b6084e2115b9345e16c5cf302fc80e9d5fbf5d48d及输出索引号0x00000000，之后粉色0x8B是交易输入解锁脚本的长度，后面蓝色部分是相应的解锁脚本，再之后红色字节0x02表示该交易有两个输出，黄色内容是第一个交易输出value值0x00000086819a7100（577700000000Satoshi=5777BTC），粉色0x19是第一个交易输出锁定脚本的长度，之后蓝色是相应锁定脚本，再后面是第二个交易输出value值0x00000062530A9F00（422300000000Satoshi=4223BTC），0x43是第二个交易输出锁定脚本的长度，之后蓝色是相应的锁定脚本，最后4个字节是交易的nLockTime，分析可知二进制内容和之前的Json格式的交易内容是能对应上的。下面看一下该交易对应的输出引用交易，由于引用交易的内容比较多，我们只列出引用交易的输出部分Json及二进制内容，如下图：
两个交易所在块的二进制文件可自行下载：https://files.cnblogs.com/files/zhaoweiwei/blockfiles.rar
3 相关源码分析
源码都是基于最初始比特币版本0.1.0，文章最后参考部分给出了源码的下载链接，读者可自行下载。
3.1 创建交易并广播
当单击发送按钮后，会获取目标地址及发送金额nValue，并调用如下代码
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1 uint160 hash160;
2 bool fBitcoinAddress = AddressToHash160(strAddress, hash160); // 公钥SHA-256再执行RIPEMD-160后的值
3
4 if (fBitcoinAddress)
5 {
6 // Send to bitcoin address
7 CScript scriptPubKey;
8 scriptPubKey << OP_DUP << OP_HASH160 << hash160 << OP_EQUALVERIFY << OP_CHECKSIG;
9
10 if (!SendMoney(scriptPubKey, nValue, wtx))
11 return;
12
13 wxMessageBox("Payment sent ", "Sending...");
14 }
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以上代码中第8行产生了锁定脚本scriptPubKey，并在第10行发送函数SendMoney中创建交易并进行了一些后续操作
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1 bool SendMoney(CScript scriptPubKey, int64 nValue, CWalletTx& wtxNew)
2 {
3 CRITICAL_BLOCK(cs_main)
4 {
5 int64 nFeeRequired;
6 if (!CreateTransaction(scriptPubKey, nValue, wtxNew, nFeeRequired))
7 {
8 string strError;
9 if (nValue + nFeeRequired > GetBalance())
10 strError = strprintf("Error: This is an oversized transaction that requires a transaction fee of %s ", FormatMoney(nFeeRequired).c_str());
11 else
12 strError = "Error: Transaction creation failed ";
13 wxMessageBox(strError, "Sending...");
14 return error("SendMoney() : %s\n", strError.c_str());
15 }
16 if (!CommitTransactionSpent(wtxNew))
17 {
18 wxMessageBox("Error finalizing transaction", "Sending...");
19 return error("SendMoney() : Error finalizing transaction");
20 }
21
22 printf("SendMoney: %s\n", wtxNew.GetHash().ToString().substr(0,6).c_str());
23
24 // Broadcast
25 if (!wtxNew.AcceptTransaction())
26 {
27 // This must not fail. The transaction has already been signed and recorded.
28 throw runtime_error("SendMoney() : wtxNew.AcceptTransaction() failed\n");
29 wxMessageBox("Error: Transaction not valid", "Sending...");
30 return error("SendMoney() : Error: Transaction not valid");
31 }
32 wtxNew.RelayWalletTransaction();
33 }
34 MainFrameRepaint();
35 return true;
36 }
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3.1.1 新建交易
第6行代码处调用CreateTransaction函数创建新的交易，在该函数中又有以下主要关键点
（1）选取未花费的目标交易集（目标UTXO集）
从账户中选取目标UTXO集，选取主要遵循这样的原则：
1）如果存在某UTXO值正好等于发送金额nValue（已包含手续费nFee），则将该UTXO加入目标交易集并返回成功
2）找出账户中UTXO值小于发送金额nValue的UTXO集vValue，并将vValue中所有UTXO值求和为nTotalLower，并找出所有UTXO值大于nValue的最小值nLowestLarger，再分两种情况
2.1）nTotalLower小于nValue，如果nLowestLarger存在，则将该值对应的pcoinLowestLarger交易加入目标交易集并返回成功，如果nLowestLarger不存在，则说明“余额”不足，返回失败
2.2）nTotalLower大于nValue，则使用随进逼近法（最多1000次）找出UTXO值的和nBest最接近nValue的集合vfBest，看nBest和nLowestLarger（如果存在）谁更接近nValue，则选择谁为相应的目标UTXO集，并返回成功
以上总结为一句话就是，选择账户中最接近发送金额nValue的UTXO优先花费，该部分内容可参考：http://www.360bchain.com/article/123.html
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1 // Choose coins to use
2 set setCoins;
3 if (!SelectCoins(nValue, setCoins))
4 return false;
5 int64 nValueIn = 0;
6 foreach(CWalletTx* pcoin, setCoins)
7 nValueIn += pcoin->GetCredit();
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（2）填充输出和输入
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1 // Fill vout[0] to the payee
2 wtxNew.vout.push_back(CTxOut(nValueOut, scriptPubKey));
3
4 // Fill vout[1] back to self with any change
5 if (nValueIn > nValue)
6 {
7 // Use the same key as one of the coins
8 vector vchPubKey;
9 CTransaction& txFirst = *(*setCoins.begin());
10 foreach(const CTxOut& txout, txFirst.vout)
11 if (txout.IsMine())
12 if (ExtractPubKey(txout.scriptPubKey, true, vchPubKey))
13 break;
14 if (vchPubKey.empty())
15 return false;
16
17 // Fill vout[1] to ourself
18 CScript scriptPubKey;
19 scriptPubKey << vchPubKey << OP_CHECKSIG;
20 wtxNew.vout.push_back(CTxOut(nValueIn - nValue, scriptPubKey));
21 }
22
23 // Fill vin
24 foreach(CWalletTx* pcoin, setCoins)
25 for (int nOut = 0; nOut < pcoin->vout.size(); nOut++)
26 if (pcoin->vout[nOut].IsMine())
27 wtxNew.vin.push_back(CTxIn(pcoin->GetHash(), nOut));
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注意5~21行，如果目标UTXO集值的和大于发送目标则将剩余的再还给本账户。
（3）签名
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1 // Sign
2 int nIn = 0;
3 foreach(CWalletTx* pcoin, setCoins)
4 for (int nOut = 0; nOut < pcoin->vout.size(); nOut++)
5 if (pcoin->vout[nOut].IsMine())
6 SignSignature(*pcoin, wtxNew, nIn++);
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在SignSignature函数中，调用SignatureHash来获取交易哈希值，调用Solver对交易哈希值进行签名。
（4）重新计算交易费
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1 // Check that enough fee is included
2 if (nFee < wtxNew.GetMinFee(true))
3 {
4 nFee = nFeeRequiredRet = wtxNew.GetMinFee(true);
5 continue;
6 }
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如果默认的交易费小于当前计算的交易费用，则需要根据当前计算的交易费重新填充交易。
（5）后续处理
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1 // Fill vtxPrev by copying from previous transactions vtxPrev
2 wtxNew.AddSupportingTransactions(txdb);
3 wtxNew.fTimeReceivedIsTxTime = true;
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该函数作用还不太明白。
3.1.2 提交请求
本节开始部分源码中的CommitTransactionSpent函数用于“提交请求”，函数中会修改本地的一些存储信息(CommitTransactionSpent)，在修改本地的存储信息中有一点很关键，就是标记该交易是已被花费过的。注意这里的标记是和CWalletTx相绑定的，并且标记的是当前的这个新产生的交易的TxIn所关联的交易。因为我们一般都认为在一个交易中一个参与者只应该提供一个地址，所以对于这个交易者来说，CWalletTx的fSpend标记可以代表这个交易对于该交易者的Out有没有有被花费(也就是说fSpend是针对该交易者的)，之后在检索的时候可以节省很多。
CommitTransactionSpent
3.1.3 接受交易
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1 // Broadcast
2 if (!wtxNew.AcceptTransaction())
3 {
4 // This must not fail. The transaction has already been signed and recorded.
5 throw runtime_error("SendMoney() : wtxNew.AcceptTransaction() failed\n");
6 wxMessageBox("Error: Transaction not valid", "Sending...");
7 return error("SendMoney() : Error: Transaction not valid");
8 }
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该函数最终会调用到CTransaction类的AcceptTransaction函数，在其中会进行一系列有效性检查，通过检查后会把交易放入到交易内存池。
（1）检查交易是否有效
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1 // Coinbase is only valid in a block, not as a loose transaction
2 if (IsCoinBase())
3 return error("AcceptTransaction() : coinbase as individual tx");
4
5 if (!CheckTransaction())
6 return error("AcceptTransaction() : CheckTransaction failed");
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（2）检查交易是否已经存在
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1 // Do we already have it?
2 uint256 hash = GetHash();
3 CRITICAL_BLOCK(cs_mapTransactions)
4 if (mapTransactions.count(hash))
5 return false;
6 if (fCheckInputs)
7 if (txdb.ContainsTx(hash))
8 return false;
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（3）检查交易是否冲突
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1 // Check for conflicts with in-memory transactions
2 CTransaction* ptxOld = NULL;
3 for (int i = 0; i < vin.size(); i++)
4 {
5 COutPoint outpoint = vin[i].prevout;
6 if (mapNextTx.count(outpoint))
7 {
8 // Allow replacing with a newer version of the same transaction
9 if (i != 0)
10 return false;
11 ptxOld = mapNextTx[outpoint].ptx;
12 if (!IsNewerThan(*ptxOld))
13 return false;
14 for (int i = 0; i < vin.size(); i++)
15 {
16 COutPoint outpoint = vin[i].prevout;
17 if (!mapNextTx.count(outpoint) || mapNextTx[outpoint].ptx != ptxOld)
18 return false;
19 }
20 break;
21 }
22 }
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（4）检查交易中的前置交易
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1 // Check against previous transactions
2 map mapUnused;
3 int64 nFees = 0;
4 if (fCheckInputs && !ConnectInputs(txdb, mapUnused, CDiskTxPos(1,1,1), 0, nFees, false, false))
5 {
6 if (pfMissingInputs)
7 *pfMissingInputs = true;
8 return error("AcceptTransaction() : ConnectInputs failed %s", hash.ToString().substr(0,6).c_str());
9 }
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（5）将交易提交到内存池
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1 // Store transaction in memory
2 CRITICAL_BLOCK(cs_mapTransactions)
3 {
4 if (ptxOld)
5 {
6 printf("mapTransaction.erase(%s) replacing with new version\n", ptxOld->GetHash().ToString().c_str());
7 mapTransactions.erase(ptxOld->GetHash());
8 }
9 AddToMemoryPool();
10 }
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（6）移除旧版本交易
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1 ///// are we sure this is ok when loading transactions or restoring block txes
2 // If updated, erase old tx from wallet
3 if (ptxOld)
4 EraseFromWallet(ptxOld->GetHash());
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3.1.4 广播交易
1 wtxNew.RelayWalletTransaction();
最终会调用如下函数把交易广播到所连接的每个节点
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1 void CWalletTx::RelayWalletTransaction(CTxDB& txdb)
2 {
3 foreach(const CMerkleTx& tx, vtxPrev)
4 {
5 if (!tx.IsCoinBase())
6 {
7 uint256 hash = tx.GetHash();
8 if (!txdb.ContainsTx(hash))
9 RelayMessage(CInv(MSG_TX, hash), (CTransaction)tx);
10 }
11 }
12 if (!IsCoinBase())
13 {
14 uint256 hash = GetHash();
15 if (!txdb.ContainsTx(hash))
16 {
17 printf("Relaying wtx %s\n", hash.ToString().substr(0,6).c_str());
18 RelayMessage(CInv(MSG_TX, hash), (CTransaction)*this);
19 }
20 }
21 }
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3.2 接收交易并处理
钱包作为节点会在函数循环ThreadMessageHandler2中会调用函数ProcessMessages不断接收来自其他节点的各种消息，在该函数中又会调用ProcessMessage来处理接收的各种消息，以下是对交易消息处理的代码段：
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1 else if (strCommand == "tx")
2 {
3 vector vWorkQueue;
4 CDataStream vMsg(vRecv);
5 CTransaction tx;
6 vRecv >> tx;
7
8 CInv inv(MSG_TX, tx.GetHash());
9 pfrom->AddInventoryKnown(inv);
10
11 bool fMissingInputs = false;
12 if (tx.AcceptTransaction(true, &fMissingInputs))
13
