一文看懂比特币的UTXO模型

1.目前的链用的都是哪些模型

以太坊，EOS，Solana 这些大家所熟知的链都使用的是账户模型，甚至可以说 90% 以上的项目都使用的是账户模型，而只有一些老牌项目用的是 UTXO 模型，如，BTC，DOGE，LTC，当然也有一些比较新的项目也用的这个模型，如 Layer 2 中使用 OP 方案的 FUEL。

2.什么是账户模型

简单理解，就是银行账户那套系统，比如银行之间的转账，支付宝、微信的转账等等都属于账户模型。下面我举个栗子：

假如 A 有 100 ，B 有 100 

这时 A 给 B 转账 50 块钱

在系统中的表现形式就是 

A -50 ，B + 50 

所以他们的余额

A 50 ， B 150 

这是一笔转账。

再假如，A 还是有 100 ，他要给 100 个新开户的新人转账 1 元。

这时需要 A 同时给 100 人转账 1 块钱

第 1 笔

A -1 ，第 1 个人 + 1 

所以他们的余额

A 99 ，第 1 个人 1 

第 2 笔

A -1 ，第 2 个人 + 1 

所以他们的余额

A 98 ，第 2 个人 1 

第 3 笔

A -1 ，第 3 个人 + 1 

所以他们的余额

A 97 ，第 3 个人 1 

以此类推

......

第 100 人

A -1 ，第 100 个人 + 1 

所以他们的余额

A 0 ，第 100 个人 1 

理论上要转账 100 次，而且下一次的转账都必须要先完成前一笔，不然账户余额就无法保证一致性，会混乱，有没有多转，余额够不够转出等。

理论上，随着交易笔数的增长，执行所需要的时间就越多。

3.什么是 UTXO 模型

前面也有提到，很多老牌主流用的是 UTXO，而这个圈子的老祖宗比特币也是用的 UTXO 模型，顺便提一下，我们国家的发行的法定数字货币 DCEP 也是基于 UTXO 模型做的，所以这个模型必然有它的独特之处。

UTXO 全称 Unspent Transaction Output，意思是“未花费交易输出”，他的模型简单说有点像日常生活中的现金体系，举个栗子：

A 有一个钱包（现实中的钱包），里面有 1 元面值， 10 元面值以及 100 元面值。

A 要给 B、C、D 分别 1 块钱。

A 有三种方式

第一种：拿出 1 元面值的钱给 B

第二种：拿出 10 元面值的钱给 C，找回 9 元

第三种：拿出 100 元面值的钱给 D，找回 99 元

这三种方式都可以把这次交易完成。

再回到链上，想象一下这里每一个面值的钱其实就是一个链上 UTXO，具体在使用过程中的 UTXO 并不是在转移的，而是在不断的销毁和重建，例如：

A 用第二种方式给 C 转钱， 10 元面值的 UTXO 会被销毁，系统会重新印出一张 1 元面值和一张 9 元面值的 UTXO， 1 元的给 C， 9 元的还给 A。

第三种方式也同理， 100 元的销毁，印出 1 张 1 元面值的和一张 99 元面值的 UTXO， 1 元的给 D， 99 元的还给 A。

这是 UTXO 和账户模型转账方式的不同，更牛逼的是，UTXO 模型可以并行转账，因为余额是通过分散的 UTXO 存在的，所以每个面值其实可以同时转账给不同的人，上面三种方式是可以在一笔交易中同时完成的，因为不会涉及到账户一致性问题，每个 UTXO 都是单独独立计算的。

我们在对比上面的账户模型，每一笔交易都必须依托于上一笔交易的完成，这其中的性能差距可想而知。这样就理解为什么央行数字货币使用的是 UTXO 模型了，不然深圳怎么给 5 万个钱包发送 1000 万数字人民币？

再说回上面那个例子：

A 有 100 ，他要给 100 个新开户的新人转账 1 元。

面值 100 的 UTXO 可以拆分成 100 个面值 1 块钱的 UTXO，然后在一笔交易中直接分给 100 个人，瞬间完成。

总之，把 UTXO 的面值想象成更加灵活的现金，在链上不断的销毁和重建。

想知道这个钱包地址到底有多少钱就需要统计底下有多少个余额的 UTXO 并求和。

4.账户模型和 UTXO 的优缺点

账户模型优点：

合约以代码形式保存在 Account 中，并且 Account 拥有自身状态。这种模型具有更好的可编程性，容易开发人员理解，场景更广泛。

批量交易的成本较低。设想矿池向矿工支付手续费，UTXO 中因为每个 Input 和 Out 都需要单独 Witness script 或者 Locking script，交易本身会非常大，签名验证和交易存储都需要消耗链上宝贵的资源。而 Account 模型可以通过合约的方式极大的降低成本。

账户模型缺点：

Account 模型交易之间没有依赖性，需要解决重放问题。Ethereum 是怎么解决的，我们清楚 Ethereum 是采用的是唯一的 Nonce 值的方法，每个交易 Tx 中有一个 Nonce 字段，对于每个用户来说，这个 Nonce 都不能重复，从而避免了重放攻击。

对于实现闪电网络/雷电网络，Plasma 等，用户举证需要更复杂的 Proof 证明机制，子链向主链进行状态迁移需要更复杂的协议。

UTXO 优点：

计算是在链外的，交易本身既是结果也是证明。节点只做验证即可，不需要对交易进行额外的计算，也没有额外的状态存储。交易本身的输出 UTXO 的计算是在钱包完成的，这样交易的计算负担完全由钱包来承担，一定程度上减少了链的负担。

除 Coinbase 交易外，交易的 Input 始终是链接在某个 UTXO 后面。交易无法被重放，并且交易的先后顺序和依赖关系容易被验证，交易是否被消费也容易被举证。

UTXO 模型是无状态的，更容易并发处理。

对于 P 2 SH 类型的交易，具有更好的隐私性。交易中的 Input 是互不相关联的，可以使用 CoinJoin 这样的技术，来增加一定的隐私性。

UTXO 缺点：

无法实现一些比较复杂的逻辑，可编程性差。对于复杂逻辑，或者需要状态保存的合约，实现难度大，且状态空间利用率比较低。

当 Input 较多时，见证脚本也会增多。而签名本身是比较消耗 CPU 和存储空间的。

5.账户模型和 UTXO 简要区别有哪些

• 账户余额

账户模型：可以简单明了的看到账户底下有多少钱。

UTXO 模型：统计该地址底下有多少个 UTXO ，把他们汇总起来的结果才是余额。

• 当交易笔数指数级上升时

账户模型：会越来越吃力。

UTXO 模型：天然支持高并发。

• 从智能合约/开发者角度出发

账户模型符合开发者的逻辑习惯，相对容易写逻辑

UTXO 脚本编程较为复杂