Review of Mastering Bitocin Chapter 6(Transaction)

1. Mastering Bitcoin 2nd Edition
Chap 6. Transactions
Song Je-Ho
qwerwon@gmail.com

2. 트랜잭션이란?
 비트코인의 다른 모든 기능은 트랜잭션을 위해서 설계되었다고 표현해도 과언이 아닐 정도로 중
요한 요소로, 비트코인 화폐의 흐름을 나타내는 항목(entry)이다.
 위의 그림과 같이, explorer에는 트랜잭션의 해시, 보낸 이의 주소, 받는 이의 주소, 그리고 송금된
금액이 나타난다.
 그러나 실제 비트코인 네트워크에서 주고받는 트랜잭션의 실제 데이터는 위와 조금 다른 형태다.
그림1] Block explorer application에서 확인한 트랜잭션

3. 트랜잭션이란?
 이전 페이지의 트랜잭션과 달리, 보낸 이의 주소, 받는 이의 주소, 그리고 보내는 화폐의 양이 따
로 존재하지 않는다.
 위에 빠진 내용은 모두 트랜잭션 입력/출력에 포함되어 있다.
그림2] 비트코인 클라이언트에서 명령어로 출력시킨 트랜잭션

4. 트랜잭션 입력/출력
 비트코인은 지갑에 남아있는 ‘잔액’을 사용하는 개념이 아닌, 지금까지 다른 주소에게 받은 아직
사용하지 않은 출력인 ‘UTXO’를 소모하여 트랜잭션을 발생시킨다. UTXO는 비트코인에서 불가분
한 한 덩어리의 화폐이며, 모든 노드가 출력 가능한 입력인지 추적하기 위해 UTXO set을 유지한
다.
 지갑의 잔액이라는 개념은 지갑 어플리케이션에서 만든 개념으로, 모든 UTXO에서 해당 지갑이
사용할 수 있는 UTXO의 합을 데이터베이스로 저장한것이다.
 UTXO가 원하는 트랜잭션의 값보다 작을 경우에는 여러 UTXO를 소모하여 출력을 만들고, 반대로
UTXO가 원하는 트랜잭션의 값보다 클 경우에는 원하는 값만큼 소모하는 출력과 남은 금액(거스
름돈)을 다시 본인의 지갑으로 보내는 출력 2개를 만든다.

5. 트랜잭션 출력
 트랜잭션의 출력은 두 개의 데이터로 이루어져 있다:
• value : Bitcoin의 양(Satoshi라는 Bitcoin에서 사용하는 가장 작은 화폐 단위로 표기)
• scriptPubKey : 스크립트(뒤 페이지에서 설명)
그림3] 그림 2의 출력 부분
그림4] 트랜잭션 출력 raw data의 구성
60e3160000000000197
6a914ab68025513c3db
d2f7b92a94e0581f5d50
f654e788acd0ef800000
0000001976a9147f9b1
a7fb68d60c536c2fd8ae
aa53a8f3cc025a888ac
Amount Size
Locking-script

6. 트랜잭션 입력
 트랜잭션의 입력은 네 개의 데이터로 이루어져 있다:
• txid : 트랜잭션의 ID
• vout : output의 index
• scriptSig : 해당 UTXO를 사용하기 위한(scriptPubKey를 해제할) 서명
• sequence : 추후 설명
그림5] 그림2의 입력 부분
그림6] 트랜잭션 입력 raw data의 구성
186f9f998a5aa6f048e51dd8419a14d8
a0f1a8a2836dd734d2804fe65fa35779
000000008b483045022100884d142d
86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a5
70b1deccbb6498c75c4ae24cb02204b
9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad
530a863ea8f53982c09db8f6e381301
410484ecc0d46f1918b30928fa0e4ed9
9f16a0fb4fde0735e7ade8416ab9fe42
3cc5412336376789d172787ec3457ee
e41c04f4938de5cc17b4a10fa336a8d7
52adfffffffff
txid
vout
size
sequence

7. 거래 수수료
거래 수수료
 거래 수수료는 비트 코인 네트워크를 안전하게 유지해주는 역할을 함.
• 거래 수수료는 모든 거래에 소액의 비용을 부과함으로써 채굴의 동기부여를 함.
• ‘스팸’ 거래나 어떠한 종류의 시스템 오용에 대해서 동기상실의 역할을 함.

8. 트랜잭션 스크립트 언어
 트랜잭션의 입력과 출력에 사용되는 잠금/해제 스크립트는 모두 스크립트 언어로 작성됐고, 일
반적인 프로그래밍 언어와 다른 다음과 같은 특징을 갖는다.
 튜링 불완정성
• 반복문이나 복잡한 흐름의 조건문을 불가능하게 제한하여 DoS 공격을 방지한다.
 비상태(stateless) 검증
• 모든 노드에서 같은 결과를 만들기 위해서 스크립트의 실행 전후에 저장되는 상태가 없이, 오직 스크립트 안의 정보로만 수
행한다.
 스택 구조
• 비트코인 스크립트 언어는 스택이라는 데이터 구조를 사용하는 언어로 스택 기반 언어라고 불린다.

9. 트랜잭션 스크립트 언어
 잠금 스크립트
• 스크립트는 잠금 스크립트와 해제 스크립트가 존재하는데, 잠금 스크립트는 수신자의 공개키로 암호화하기 때문에
scriptPubKey 라고 불리고, 그에 대응하는 개인키로 잠금을 해제해야 사용할 수 있다.
 해제 스크립트
• 해제 스크립트는 UTXO를 소비할 사람의 개인키를 이용한 서명(signature)이 포함되기 때문에 scriptSig 라고 불린다.
그림7] 해제 스크립트와 잠금 스크립트

10. 트랜잭션 스크립트 예시
P2PKH (Pay-to-Public-Key-Hash)

11. 디지털 서명(ECDSA)
 Elliptic Curve Digital Signature Algorithm(ECDSA)는 타원 곡선 개인/공개 키 쌍을 기반의 디지털 서
명 알고리즘이다. 비트코인에서 사용되는 ECDSA 기반 스크립트 함수들의 예로는:
• OP_CHECKSIG / OP_CHECKSIGVERIFY : 스택에 존재하는 공개 키와 서명이 서로 대응하는 개인/공개 키 쌍인지 확인하는 함수
• OP_CHECKMULTISIG / OP_CHECKMULTISIGVERIFY : N개의 공개키가 스크립트에 주어졌을 때, M개 이상의 서명이 제공됐는지
확인하는 함수
 이런 디지털 서명은 세 가지 용도로 사용된다.
• 개인 키 소유자가 지출을 승인했음을 증명한다.
• 본인이 서명했음을 부정하지 못하게 한다(부인 방지).
• 서명 된 후 누구도 수정할 수 없다.

12. 디지털 서명(ECDSA)
서명의 생성
 트랜잭션 데이터의 일부와 개인 키를 사용하여 서명을 만든다.
그림8] 전자서명 생성 공식

13. 디지털 서명(ECDSA)
서명의 생성
 트랜잭션 데이터의 일부와 개인 키를 사용하여 서명을 만든다.
그림8] 전자서명 생성 공식
임의의 숫자 k를 생성하고 k에 대응하는
공개 키P(P = k*G), 그리고 P의 x좌표에
해당하는 값 R을 이용해서 다음과 같은
S의 값을 생성한다.
𝑆 = 𝑘−1
ℎ𝑎𝑠ℎ 𝑚 + 𝑑𝐴 × 𝑅 𝑚𝑜𝑑 𝑝

14. 디지털 서명(ECDSA)
서명의 생성
 트랜잭션 데이터의 일부와 개인 키를 사용하여 서명을 만든다.
그림8] 전자서명 생성 공식
임의의 숫자 k를 생성하고 k에 대응하는
공개 키P(P = k*G), 그리고 P의 x좌표에
해당하는 값 R을 이용해서 다음과 같은
S의 값을 생성한다.
𝑆 = 𝑘−1
ℎ𝑎𝑠ℎ 𝑚 + 𝑑𝐴 × 𝑅 𝑚𝑜𝑑 𝑝
서명은 위 식의 역 함수인 밑의 식을
통해서 구해진 P와 R이 동일함을
보임으로써 증명할 수 있다(Qa는 개인 키).
𝑃 = 𝑆−1
× ℎ𝑎𝑠ℎ(𝑚) × 𝑆−1
× 𝑅 × 𝑄𝑎

15. 디지털 서명(ECDSA)
서명의 생성
 트랜잭션 데이터의 일부와 개인 키를 사용하여 서명을 만든다.
그림8] 전자서명 생성 공식
임의의 숫자 k를 생성하고 k에 대응하는
공개 키P(P = k*G), 그리고 P의 x좌표에
해당하는 값 R을 이용해서 다음과 같은
S의 값을 생성한다.
𝑆 = 𝑘−1
ℎ𝑎𝑠ℎ 𝑚 + 𝑑𝐴 × 𝑅 𝑚𝑜𝑑 𝑝
서명은 위 식의 역 함수인 밑의 식을
통해서 구해진 P와 R이 동일함을
보임으로써 증명할 수 있다(Qa는 개인 키).
𝑃 = 𝑆−1
× ℎ𝑎𝑠ℎ(𝑚) × 𝑆−1
× 𝑅 × 𝑄𝑎

16. 디지털 서명(ECDSA)
해제 스크립트
 만들어진 S, R 쌍으로 다음과 같은 해제 스크립트를 전송한다.
• 0x30 – 서명의 시작을 알림
• 0x45 – 서명의 총 길이를 나타냄(69 bytes)
• 0x02 – 다음 데이터 필드의 길이(0x21)
• 0x21 – R의 길이(33 bytes)
• R - 00884d142d86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a570b1deccbb6498c75c4ae24cb
• 0x02 – 다음 데이터 필드의 길이(0x20)
• 0x20 – S의 길이(32 bytes)
• S - 4b9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad530a863ea8f53982c09db8f6e3813
• 0x01 – 사용된 해시 함수의 종류(SIGHASH_ALL)
3045022100884d142d86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a570b1deccbb6498c75c4ae24cb02204b9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad530a863ea8f53982c09db8f6e381301