สคริปต์ Bitcoin และการตรวจสอบลายมือชื่อ UTXO

บิตคอยน์ใช้เอาต์พุตธุรกรรมที่ยังไม่ได้ใช้จ่าย (UTXO) แต่ละ UTXO คือเหรียญที่มีสคริปต์ล็อก (scriptPubKey) หากต้องการใช้จ่ายเหรียญนั้น ผู้ใช้จ่ายต้องระบุสคริปต์ปลดล็อก (scriptSig) ที่ตรงตามเงื่อนไขของสคริปต์ล็อก UTXO เป็นหน่วยอะตอม — ใช้จ่ายแล้วหรือยังไม่ได้ใช้จ่ายเท่านั้น ไม่สามารถใช้จ่ายเพียงบางส่วนได้

สคริปต์บิตคอยน์เป็นภาษาที่ทำงานบนสแตกและไม่สมบูรณ์แบบทัวริง สคริปต์ทำงานโดยนำข้อมูลเข้าสู่สแตกแล้วเรียกใช้รหัสปฏิบัติการ ไม่มีลูป ไม่มีการเรียกซ้ำ — สคริปต์จบการทำงานเสมอ ข้อจำกัดนี้มีไว้โดยตั้งใจเพื่อป้องกันการโจมตีแบบปฏิเสธการให้บริการ และทำให้การตรวจสอบสคริปต์มีความซับซ้อน O(n) ตามความยาวของสคริปต์

ประเภทเอาต์พุตที่พบบ่อยที่สุด scriptPubKey: OP_DUP OP_HASH160 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG scriptSig: การทำงาน: นำลายเซ็นและกุญแจสาธารณะเข้าสู่สแตก ทำสำเนากุญแจสาธารณะ คำนวณแฮชแบบ hash160 เปรียบเทียบกับแฮชที่ฝังอยู่ แล้วตรวจสอบลายเซ็น ECDSA หากทุกขั้นตอนผ่าน เหรียญนั้นก็สามารถใช้จ่ายได้

ลำดับการทำงานบนสแตกของ P2PKH: นำ เข้าไป; นำ เข้าไป; OP_DUP → นำสำเนาเข้าไป; OP_HASH160 → คำนวณ hash160 ของค่าด้านบนสุด; นำ เข้าไป; OP_EQUALVERIFY → นำสองค่าออก และล้มเหลวหากค่าไม่เท่ากัน; OP_CHECKSIG → นำลายเซ็นและ pubKey ออก ตรวจสอบ ECDSA แล้วนำ TRUE/FALSE เข้าไป สคริปต์สำเร็จเมื่อได้ TRUE

บิตคอยน์ใช้ ECDSA บนเส้นโค้ง secp256k1 (เส้นโค้ง Koblitz, y^2 = x^3 + 7 mod p) คีย์ส่วนตัว d ∈ [1, n-1] คีย์สาธารณะ Q = d*G Sign(m): k แบบสุ่ม; r = (k*G).x mod n; s = k^{-1}(H(m)+r*d) mod n ลายเซ็น = (r, s) และเข้ารหัสแบบ DER ใน scriptSig

ลายเซ็นของบิตคอยน์จะผูกกับส่วนที่ระบุของธุรกรรม: SIGHASH_ALL (ค่าเริ่มต้น): ลงนามอินพุตและเอาต์พุตทั้งหมด SIGHASH_SINGLE: ลงนามเฉพาะเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน SIGHASH_NONE: ไม่ลงนามเอาต์พุตใดเลย (อันตราย) SIGHASH_ANYONECANPAY: ลงนามเฉพาะอินพุตของตนเอง — ทำให้สร้างธุรกรรมร่วมกันได้

P2SH ทำให้สามารถซ่อนเงื่อนไขการใช้จ่ายที่ซับซ้อนไว้เบื้องหลังแฮชได้ scriptPubKey: OP_HASH160 OP_EQUAL scriptSig: การทำงาน: ตรวจสอบว่า hash(redeemScript) == scriptHash จากนั้นจึงทำงานตาม redeemScript วิธีนี้ทำให้ใช้ลายเซ็นหลายฝ่ายได้โดยไม่ต้องเปิดเผยเงื่อนไขจนกว่าจะถึงเวลาที่ใช้จ่าย

redeemScript: OP_2 OP_3 OP_CHECKMULTISIG scriptSig: OP_0 OP_0 ใช้แก้ปัญหาจากข้อบกพร่องใน OP_CHECKMULTISIG ซึ่งนำรายการออกจากสแตกเกินมาอีกหนึ่งรายการ ลายเซ็นหลายฝ่ายแบบ 2 จาก 3 ต้องใช้ลายเซ็นใดก็ได้ 2 รายการจากทั้งหมด 3 รายการ

พยานแบบแยกส่วน (SegWit, BIP-141) ย้ายลายเซ็นออกจาก scriptSig ไปไว้ในช่องพยานแยกต่างหาก วิธีนี้แก้ปัญหาการดัดแปลงธุรกรรม (ID จะเปลี่ยนหาก scriptSig เปลี่ยน) scriptPubKey ของ P2WPKH: OP_0 <20-byte pubKeyHash> พยาน: [ ]

Taproot (BIP-340/341/342) ใช้ลายเซ็นชนอร์และต้นไม้นิพจน์เชิงนามธรรมที่สร้างเป็นเมอร์เคิล (MAST) การใช้จ่ายแบบเริ่มต้น: ลายเซ็นชนอร์เพียงรายการเดียว (แยกไม่ออกจากการใช้จ่ายผ่านเส้นทางคีย์) เงื่อนไขที่ซับซ้อนจะถูกซ่อนไว้ในต้นไม้เมอร์เคิล และเปิดเผยเมื่อมีการใช้งานเท่านั้น ช่วยเพิ่มทั้งความเป็นส่วนตัวและประสิทธิภาพ

Bitcoin Core ตรวจสอบสคริปต์ด้วยตัวแปลคำสั่งที่ใช้สแตก CheckSig เรียก VerifyScript ซึ่งทำงานกับ scriptSig+scriptPubKey ที่รวมกัน สำหรับรหัสปฏิบัติการ CHECKSIG แต่ละรายการ ระบบจะเรียก CheckECDSASignature เพื่อตรวจสอบ (r,s) ที่เข้ารหัสแบบ DER กับแฮชของธุรกรรมโดยใช้ secp256k1

UTXO ใช้สคริปต์บิตคอยน์ที่ทำงานบนสแตก P2PKH เป็นรูปแบบการใช้จ่ายที่พบบ่อยที่สุด — ตรวจสอบแฮชของกุญแจสาธารณะ แล้วตรวจสอบลายเซ็น ECDSA SegWit แก้ปัญหาการดัดแปลงธุรกรรม ส่วน Taproot เพิ่มชนิดลายเซ็นชนอร์และ MAST บทถัดไป: การวิเคราะห์รหัสลับเชิงผลต่าง