Coinbase交易

假设安娜正在准备一个用于挖矿的候选区块。她收集用户付款，在前面放入一笔指定奖励接收者的特殊交易。本例中，规则允许新发行 3.125 BTC，选入的付款另有 0.075 BTC 手续费。因此，安娜最多可以领取 3.2 BTC。最前面的这笔交易就是 coinbase。但写上奖励还不等于已经赚到它：区块还要满足挖矿要求及其他全部条件，接收区块的节点会自行检查。若安娜多领奖励，节点就会拒绝整个区块，无论她为找到它花了多少电力。没有中央账户给她转账。新币按照共同规则，在被接受的区块中产生。本例的 3.2 BTC 中只有 3.125 BTC 是新币，其余是用户支付的手续费。这里说明的是奖励，不是净利润，挖矿成本还没有扣除。 [6] [4]

允许的新发行量叫作 Block Subsidy，会在 Halving 时定期减半。Satoshi 是比特币的最小单位。手续费则取决于区块中的具体付款，因此两个区块的奖励可能不同。 奖励上限是该高度允许的新币发行量，加上区块内其他有效交易的全部手续费；Bitcoin Core 用 GetBlockSubsidy 计算前者。只有新发行部分增加供应量，手续费来自已有的 satoshi。矿工可以少领，却不能以后补领差额：未领取的新币不会发行，未领取的手续费则永久无法花费。哪怕多领一个 satoshi，整个区块也会无效。 [4] [6]

奖励常常发给协调多个矿工工作的矿池。锁定脚本是一段简短程序，规定以后花费输出时必须满足哪些条件。下文的 PPS、FPPS 和 PPLNS 是矿池在参与者之间分配收入的不同方式。 Coinbase 输出使用普通锁定脚本。奖励可以发送到一个汇总地址，也可以分给多个接收者，或包含矿池运营方的份额。节点验证金额和花费条件，不验证合同或实际所有者。PPS、FPPS、PPLNS、最低支付门槛及之后向参与者转账，属于矿池规则，而不是 Bitcoin 共识规则。 [6] [7]

安娜能在区块里看到奖励，却还不能拿它交电费。不是交易所扣住了钱，而是比特币规则要求等待。区块高度是区块的位置编号；这里的 H 表示产生奖励的区块高度。 COINBASE_MATURITY 要求花费输出的区块高度与输出创建高度相差至少 100。在高度 H 创建的输出，最早可在有效区块 H+100 中花费。钱包显示的确认数可能看起来不同，因为创建区块本身已算第一次确认。关键是高度差，不是估计过了多少小时。满足这一条件也不能保证区块永远不会离开链。 [5]

重组是指节点转向另一条累计挖矿工作量更多的有效分支。UTXO 是尚未花费的输出，也就是一笔笔可用金额。奖励可能随着产生它的区块一起从这个集合中消失。 重组可能将原区块移出累计工作量最大的有效活动链。它的 coinbase 输出随之从当前 UTXO 集合中消失，花费这些奖励的后续交易也可能受影响。等待 100 个区块可以限制短期重组的影响，却不是绝对保障。矿池必须分清奖励是否在活动链上、是否可花费，以及自己对矿工的支付义务。 [4] [5]

先说明格式中的几个名称：输入通常指定要花费的资金，输出规定金额和花费条件。txid 标识交易，版本规定其格式，locktime 可以限制交易何时能够被纳入区块。 每个区块至少有一笔交易，只有第一笔可以是 coinbase。它恰有一个输入，对前序输出的引用为空：哈希由 32 个零字节组成，索引为 0xffffffff。这个引用称为 outpoint，并不花费之前的输出，因此无需验证授权花费该输出的普通签名。不过，这笔交易仍有自己的 txid、版本、locktime，以及一个或多个输出。 [1] [2] [3]

高度是区块的位置编号。BIP34 是一项已被比特币采用其规则的提案；scriptSig 是输入中的数据字段，CScript 用于表示脚本指令和数字。 BIP34 要求 scriptSig 以区块高度开头，使用最小编码的 CScript 数值表示。整个字段长度为 2–100 字节。其后可以放 extra nonce、矿池标识或合并挖矿数据。高度或长度错误都会导致区块被拒绝。这个输入虽然不按普通解锁脚本执行，其中的签名操作码仍可能计入签名操作数量限制 sigops。 [1] [9]

挖矿不断计算区块头的哈希，也就是这份区块简要信息的数字指纹。Nonce 是可以改变的数字，Merkle root 是交易的汇总指纹。因此，修改交易能够带来更多尝试。 区块头中的 nonce 只有 32 位，矿机很快就能遍历其取值。因此，软件还会修改 coinbase 中的 extra nonce。这会改变交易的 txid、Merkle 树根，继而改变区块头，获得新的哈希搜索空间。矿池在设备之间分配工作，以免无谓地重复尝试相同方案。Extra nonce 不会创造额外的币。 [6] [7] [12]

SegWit 把签名等部分验证数据单独放在 witness 部分。Commitment 是可以验证的数据绑定关系，不是另一笔付款。下面给出这种关系的技术格式。 如果区块含有 witness 数据，BIP141 要求 coinbase 有一个携带 witness commitment 的输出，即对这些数据的密码学承诺。脚本以 6a24aa21a9ed 开头：OP_RETURN、压入 36 字节的指令和 aa21a9ed 标记。随后是一个 32 字节的双重 SHA-256 哈希，输入为 witness Merkle root 与预留值的拼接。Coinbase 输入的 witness 必须仅包含这一个 32 字节预留值。如果多个输出符合格式，就采用索引最大的那个。这不是可花费的奖励输出；若区块没有 witness 数据，该承诺是可选的。 [10]

Full Node 是独立验证比特币规则的计算机。区块权重衡量允许的数据容量使用情况；Mempool 在本地保存普通未确认交易。检查奖励是检查整个区块的一部分。 Full Node 要求 coinbase 位于第一位，并拒绝同一区块中的额外 coinbase。它检查 scriptSig、BIP34 高度、金额范围、区块权重、手续费及必要的 witness commitment。输出总额不得超过允许发行量与手续费之和；之后的花费还必须满足成熟条件。因此，矿工不能有效地给自己任意金额。脱离所属区块的 coinbase 不会进入 mempool。 [3] [4] [10]

Genesis Block 是比特币的初始区块。它的特殊地位以及早期重复出现的交易标识符，说明不能把今天的普通规则不加区分地套用到所有历史情况。 在强制写入高度之前，不同 coinbase 交易可能有相同的 txid。BIP30 防止覆盖旧交易中尚未花费的输出，BIP34 则在通常的现代区块中加入可区分的高度。Genesis Block 是特殊情况：其存储的区块包含 coinbase，但初始化没有把该输出设为可花费。因此，最初的 50 BTC 无法花费，而不是正常等待 100 个区块即可。 [8] [9] [11]