优化未使用输出选择的挑战

当我们谈论比特币存储在区块链上时，大多数人会称之为“比特币地址余额”，这从会计的角度来看是有道理的，但比特币存储在区块链上并不是事实。 数据结构的表示。 “硬币”实际上存储为“未翻译的输出”（UTXO），而不是包含硬币的地址。 一个 UTXO 可以与一个比特币地址相关联，尽管你也可以有许多不同的 UTXO 与同一个比特币地址相关联。 “地址余额”是与地址关联的所有 UTXO 值的总和。 要从非技术角度理解 UTXO，我建议您阅读 Richard Gendel Brown 的“欢迎来到比特币岛”。 有关技术内容的概述，请查看开发人员指南。

（交易包括输入和输出；未花费的输出是实际的比特币）

当比特币钱包软件创建一个新的交易时，它有同样的灵活性来安排交易中的数据。 这是因为用户指示钱包：“发送X个比特币到地址Y”，钱包需要梳理用户的UTXO，才能找到足够多的输出，使总价值达到X个比特币。 不幸的是为防止同一比特币被用户，没有简单易懂的方法来选择 UTXO，因为需要考虑几个因素。

天真的方法是简单地寻找大于你想要花费和使用的数量的最小输出，如果没有，添加下一个最大的输出，直到你有足够的输出来满足目标花费。 但是，这会导致输出被拆分，直到钱包中装满无法再使用的小额余额。 这可能是一个性能问题，如果用户试图清空余额较小的钱包，它也可能会导致用户终止交易。 这个钱包已经被用于许多交易，并且可能产生了大量的 UTXO，这些 UTXO 在一次交易中是不可行的。

虽然比特币交易可以包含数百或数千个输入和输出数字，但这是有代价的。 交易的输入和输出越多，交易规模就越大。 在撰写本文时，比特币的节点将拒绝大于 100KB 的交易。 同时，由于区块大小有限（目前为 1 MB），您与其他人竞争以获得矿工确认您的交易，矿工会将您的交易添加到区块中。 如果你广播一笔没有手续费或手续费可忽略不计的交易，你将承担以下两种风险， 1. 节点拒绝广播交易 2. 矿工选择不确认，转而确认每字节更高数据的交易手续费。 作为参考，我跟踪了一些交易和费用指标——在这里你可以看到写入的平均费用是每字节 30 聪。

（交易数据大小和费用支付）

如果我们要优化算法，而钱包是用这个算法来选择UTXO来建立交易的，那我们就要确定我们的目标是什么，我们要优化的交易属性是什么？ 我可以想象的优化 UTXO 选择的三个最大目标如下：

1. 防止区块链通胀：

A) 如果可能，尽量避免产生小的变化输出。 因为它们会给钱包和摄取区块链的每个人带来性能成本。 由于微观监管和市场竞争，它们还可能产生费用，因此最终用户的费用变得更高。

B) 小 UTXO 的排序：自然地，随着时间的推移，钱包会产生许多小 UTXO。 为了减小钱包的 UTXO 集的大小，以及整个区块链的 UTXO 集的大小，最好在一次交易中花费许多非常小的 UTXO，以便将它们从 UTXO 集中移除。

2.隐私：

A) UTXO 的选择应该是非确定性的，并且有几个不同的公钥。 当钱包选择一个 UTXO 时，应首先选择分配给同一公钥的其他 UTXO。

B) 小输入——小于零钱输出，且不与大输入共享公钥，则不要使用，因为这些小输入会增加交易费用，降低隐私。

C) 如果要创建找零输出，最好创建一个值与支付值相同的找零输出。 这有助于混淆哪些输出到接收方，哪些输出返回到发送方。

D) 找零输出应该插入到一个随机位置，因为交易有很多输出，并不总是在第一个或最后一个位置。

3.降低交易费用：

a) 当发送成本较小时，应优先使用交易输入集。 这意味着交易的数据量尽可能简单，尽可能小，几乎没有输入和输出。 优先使用单个 UTXO 作为交易的输入。

B) 按币龄对 UTXO 进行优先排序。 通过发送足够旧的硬币，足够大的交易将有资格被矿工识别为“高优先级”，无需额外费用。

C) 如果花费 UTXO 的成本（通过所需的附加费）高于交易输出，则不要添加此 UTXO。

现实世界的钱包是如何运作的？ Bitcoin Core 钱包使用了一些相当复杂的逻辑：

1. 如果有任何 UTXO 与目标（支出值）匹配，则使用此 UTXO。

2、如果所有UTXO的总和小于target，但恰好匹配target，则使用这些UTXO。 （这可以防止扫描钱包时出错。）

3. 如果所有UTXO的总和小于target且不超过target，则使用大于target的最小UTXO。

4. Bitcoin Core 随机组合 UTXO 1000 次，直到它们的和大于或等于目标。 如果它碰巧找到一个精确匹配，它会提前停止并使用它。 对于这一步的推理，代码中也指出：“这是随机的，不能起到真正的安全作用，只是用来防止降级行为。”

5. 否则，最终结算要么是大于目标的最小UTXO为防止同一比特币被用户，要么是第4步中最小的UTXO组合。

6. 在构建最终交易时，如果任何变化输出小到足以被视为“尘埃”而不是创造输出，那么 Bitcoin Core 将剔除它们，将价值作为交易费用的一部分捐赠给矿工。

优化 Bitcoin Core 的逻辑以减少零钱输出的大小，即上面列出的目标 1A。 这是选择 UTXO 的“最佳”或“正确”方式吗？ 这取决于你的观点——如果你重视隐私、交易费用降低或 UTXO 合并，那么它不是最佳选择。

（UTXO 集的大小与未花费输出的数量成比例增长）

显然，这个问题没有万能的解决方案。 实际上，以上三个优化目标的方向是相反的。 鉴于这三个不兼容的目标，钱包作者认为最终用户将对选择钱包的 UTXO 的算法有更多的控制权。 对于高级用户来说，这是一个高级功能，但是当用户在“成本/性能/隐私”之间选择优化时，我可以想象用户会为了追求平衡而妥协。

这些选择取决于钱包工程师（我称他们为区块链的好管家）。 我们正在写入数据的是共享资源，因此我们最好小心。 在撰写本文时，有 17.6 个 UTXO 需要 596 MB 的数据来存储。 如果比特币的受欢迎程度继续上升，这些数字也必然会上升。 但在细心的区块链工程师的注视下，至少有一个可以防止 UTXO 集增长得比必要的更快。

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