Bitcoin Script und UTXO-Signaturprüfung

Bitcoin verwendet nicht ausgegebene Transaktionsausgaben (UTXOs). Jeder UTXO ist eine Münze mit einem Sperrskript (scriptPubKey). Um ihn auszugeben, stellt der Ausgebende ein Entsperrskript (scriptSig) bereit, das die Bedingungen des Sperrskripts erfüllt. UTXOs sind atomar — sie sind entweder ausgegeben oder nicht ausgegeben, niemals teilweise.

Bitcoin Script ist eine stapelbasierte, nicht Turing-vollständige Sprache. Skripte führen Operationen aus, indem sie Daten auf den Stack legen und Opcodes ausführen. Es gibt keine Schleifen und keine Rekursion — Skripte terminieren immer. Diese bewusste Einschränkung verhindert Denial-of-Service-Angriffe und macht die Skriptüberprüfung zu einer O(n)-Operation bezogen auf die Skriptlänge.

Der häufigste Ausgabetyp. scriptPubKey: OP_DUP OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG. scriptSig: . Ausführung: Signatur und öffentlichen Schlüssel auf den Stack legen, den öffentlichen Schlüssel duplizieren, hash160 berechnen, mit dem eingebetteten Hash vergleichen und die ECDSA-Signatur überprüfen. Wenn alle Prüfungen erfolgreich sind, kann die Münze ausgegeben werden.

Stack-Ablauf für P2PKH: auf den Stack legen; auf den Stack legen; OP_DUP → Kopie auf den Stack legen; OP_HASH160 → hash160(top); auf den Stack legen; OP_EQUALVERIFY → zwei Werte entfernen, falls sie nicht gleich sind, fehlschlagen; OP_CHECKSIG → Signatur und öffentlichen Schlüssel entfernen, ECDSA überprüfen, TRUE/FALSE auf den Stack legen. Das Skript ist erfolgreich, wenn TRUE vorliegt.

Bitcoin verwendet ECDSA über secp256k1 (Koblitz-Kurve, y^2 = x^3 + 7 mod p). Der private Schlüssel d ∈ [1, n-1]. Der öffentliche Schlüssel Q = d*G. Sign(m): k zufällig wählen; r = (k*G).x mod n; s = k^{-1}(H(m)+r*d) mod n. Die Signatur = (r, s). Sie wird in scriptSig DER-kodiert.

Bitcoin-Signaturen beziehen sich auf bestimmte Teile der Transaktion: SIGHASH_ALL (Standard): alle Inputs und Outputs signieren. SIGHASH_SINGLE: nur den entsprechenden Output signieren. SIGHASH_NONE: keine Outputs signieren (gefährlich). SIGHASH_ANYONECANPAY: nur den eigenen Input signieren — ermöglicht gemeinschaftlich erstellte Transaktionen.

P2SH ermöglicht komplexe Ausgabebedingungen, die hinter einem Hash verborgen sind. scriptPubKey: OP_HASH160 OP_EQUAL. scriptSig: . Ausführung: überprüfen, dass hash(redeemScript) == scriptHash gilt, und anschließend redeemScript ausführen. Dadurch wird Multisig ermöglicht, ohne die Bedingungen bis zum Ausgeben offenzulegen.

redeemScript: OP_2 OP_3 OP_CHECKMULTISIG. scriptSig: OP_0 . OP_0 umgeht einen Fehler in OP_CHECKMULTISIG, durch den ein zusätzliches Stack-Element entfernt wird. Multisig mit 2-von-3 erfordert beliebige 2 von 3 Signaturen.

Segregated Witness (SegWit, BIP-141) verschiebt Signaturen aus scriptSig in ein separates Witness-Feld. Dadurch wird die Transaktions-Malleabilität behoben (die ID ändert sich, wenn sich scriptSig ändert). P2WPKH scriptPubKey: OP_0 <20-byte pubKeyHash>. Witness: [ ].

Taproot (BIP-340/341/342) verwendet Schnorr-Signaturen und Merkleized Abstract Syntax Trees (MAST). Standardmäßig wird durch eine einzelne Schnorr-Signatur ausgegeben (nicht von einer Keypath-Ausgabe zu unterscheiden). Komplexe Bedingungen werden in einem Merkle-Baum verborgen und nur bei ihrer Verwendung offengelegt. Das verbessert Datenschutz und Effizienz.

Bitcoin Core überprüft Skripte in einem Stack-Interpreter. CheckSig ruft VerifyScript auf, das das kombinierte scriptSig+scriptPubKey ausführt. Für jeden CHECKSIG-Opcode ruft es CheckECDSASignature auf, das die DER-kodierte Signatur (r,s) anhand des Transaktions-Hashes mit secp256k1 überprüft.

UTXOs verwenden das stapelbasierte Bitcoin Script. P2PKH: das häufigste Ausgabemuster — den öffentlichen Schlüssel hashen und überprüfen, anschließend die ECDSA-Signatur prüfen. SegWit behebt die Malleabilität; Taproot ergänzt Schnorr und MAST. Als Nächstes: differentielle Kryptanalyse.