一文看懂比特币的UTXO模型

1、目前的连锁店使用的是什么模式？

以太坊、EOS、Solana 等知名链均采用账户模型。 甚至可以说，90%以上的项目都采用了账户模型，而只有一些老牌项目采用了UTXO模型，比如BTC、DOGE、LTC，当然一些较新的项目也采用了这种模型，比如作为 FUEL 使用 Layer2 中的 OP 方案。

2. 什么是账户模型

简单理解，银行账户系统，比如银行间转账、支付宝、微信转账等，都属于账户模型。 我举个栗子：

如果A有100，B有100

此时A转50元给B

在系统中的表示是

甲 -50，乙 +50

所以他们的余额

一个 50，乙 150

这是转移。

假设，A还有100，他想转1元给100个新账户。

此时A需要同时转1元给100个人

第一笔交易

A -1，第一人称+1

所以他们的余额

A 99，第1人1

第二笔

A -1，第二人称+1

所以他们的余额

A 98，第2人1

第三笔

A -1，第三人称+1

所以他们的余额

A 97，第3人1

等等

……

第100人

A -1，第100个人+1

所以他们的余额

一个0，第100个人1

理论上需要100笔转账，必须先完成下一笔转账比特币账户模型，否则无法保证账户余额一致，会出现混乱，是否转账多了，余额够不够转出等等。

从理论上讲，随着交易数量的增加，执行所需的时间也会增加。

3.什么是UTXO模型

前面说了，很多老牌主流品牌都是用UTXO的，这个圈子的鼻祖比特币也是用的UTXO模型。 对了，我国发行的法定数字货币DCEP也是基于UTXO模型的，所以这个模型肯定有其独特之处。

UTXO的全称是Unspent Transaction Output，意思是“未花费的交易输出”。 简单来说，它的模式有点像日常生活中的现金系统。 例如：

A有一个钱包（现实中的钱包），面额为1元，面额为10元，面额为100元。

A想给B、C、D各1元钱。

A 三种方式

第一种：取出1元面值钱给B

第二种方式：取出面值10元给C，取回9元

第三种方式：取出面值100元给D，取回99元

这三种方式都可以完成交易。

回到链上，想象这里的每一笔面值的钱其实都是链上的一个UTXO。 具体来说，使用过程中的UTXO并没有转移，而是不断销毁和重建比特币账户模型，例如：

A使用第二种方式给C转账，面值10元的UTXO会被销毁，系统会重新打印一个面值1元的UTXO和一个面值9元的UTXO。 一种。

第三种方法也是如此。 当100元被销毁时，印出1元面值的UTXO和99元面值的UTXO，将1元给D，99元还给A。

这就是UTXO和账户模型转账方式的区别。 更重要的是，UTXO 模型可以并行传输。 因为余额是通过去中心化的 UTXO 存在的，所以每个面额实际上可以同时转移给不同的人。 以上三种方式可以在一笔交易中同时完成，因为不会涉及到账户一致性问题，而且每笔UTXO都是独立计算的。

我们在对比上面的账户模型，每笔交易都要依赖上一笔交易的完成，性能差距可想而知。 这样我们就可以理解为什么央行数字货币采用UTXO模型了。 不然深圳怎么可能给5万个钱包发1000万数字人民币？

让我们回到上面的例子：

A有100，他想转1元给100个新账户。

一个面值为100的UTXO可以拆分成100个面值为1元的UTXO，然后一笔交易直接分发给100个人，瞬间完成。

总之，把UTXO的面值想象成更灵活的现金，在链上不断销毁和重建。

如果你想知道这个钱包地址里有多少钱，你需要统计有多少个UTXO余额，然后加起来。

4. 账户模型与UTXO的优缺点

账户模型优势：

合约以代码的形式存储在Account中，Account有自己的状态。 该模型具有更好的可编程性，更易于开发者理解，适用场景更广。

批量交易成本较低。 想象一下，矿池向矿工支付费用。 在 UTXO 中，由于每个 Input 和 Out 都需要单独的 Witness 脚本或 Locking 脚本，因此交易本身会非常庞大​​，签名验证和交易存储会消耗宝贵的链上资源。 Account 模型可以通过合约大大降低成本。

帐户模型缺点：

Account模型交易之间没有依赖关系，需要解决replay问题。 以太坊是如何解决的？ 我们知道，以太坊采用了独特的 Nonce 取值方式。 每笔交易 Tx 中都有一个 Nonce 字段。 对于每个用户，这个Nonce不能重复，从而避免了重放攻击。

对于Lightning Network/Raiden Network、Plasma等的实现，用户需要更复杂的Proof证明机制进行证明，从子链到主链的状态迁移需要更复杂的协议。

UTXO的优点：

计算是链下的，交易本身既是结果又是证明。 节点只需要做验证，交易不需要额外的计算，也不需要额外的状态存储。 交易本身输出UTXO的计算在钱包中完成，使得交易的计算负担完全由钱包承担，一定程度上减轻了链的负担。

除 Coinbase 交易外，一笔交易的 Input 总是链接在某个 UTXO 后面。 交易不可重放，交易的顺序和依赖关系容易验证，也容易证明交易是否被消费。

UTXO模型是无状态的，更容易并发处理。

对于P2SH类型的交易，具有更好的隐私性。 交易中的 Input 之间互不相关，可以利用 CoinJoin 等技术增加一定的隐私性。

UTXO 的缺点：

一些更复杂的逻辑无法实现，可编程性差。 对于复杂的逻辑或者需要状态保存的合约，实现起来比较困难，状态空间利用率比较低。

Input越多，witness scripts的数量也会越多。 签名本身会消耗更多的 CPU 和存储空间。

5. 账户模型与UTXO的简要区别是什么

账户模型：可以简单明了的看到账户下有多少钱。

UTXO模型：统计该地址下的UTXO数量，汇总后的结果就是余额。

账户模型：会越来越难。

UTXO模型：天然支持高并发。

账户模型符合开发者的逻辑习惯，编写逻辑相对容易

UTXO脚本编程比较复杂