优化未使用输出选择的挑战

当我们谈论被存储在块链中的比特币时，大多数人会称之为“比特币地址余额”，从会计的角度上这样说是有意义的，然而事实上这不是硬币在区块链数据结构上的呈现方式。不是一个地址包含了硬币，“硬币”实际上是存储为“未交易输出”（ UTXOs）。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UTXOs与同一个比特币地址相关联。“地址余额”是所有与地址相关的UTXOs值的总和。从非技术的角度了解UTXOs，我推荐你阅读Richard Gendel Brown的“欢迎到比特币岛”。如果想大致了解技术方面的东西，就看看开发者指南。

当比特币钱包软件创建新的交易时，它有安排交易内部数据的同等灵活性。这是因为用户指示钱包：“将 X个比特币发送到地址Y中”，钱包需要梳理用户的UTXOs以便发现足够的输出，即总价值能够达到X个比特币。不幸的是，在选择UTXOs的方式上，没有一个简单而又易懂的方式，因为需要做几种考虑。

天真的方法就是直接寻找最小的输出，数量大于你想花费和使用的量，不然的话，就添加下一个最大的输出，直到你有足够的输出以满足目标的花费。然而，这会导致输出被分裂，并直到钱包里充满了不能再使用的小余额。这可以是一个性能问题，如果用户曾经试图清除只有一笔小小的余额的钱包 -，那么这也可以起到终止用户的作用。这个钱包已被用于许多交易，并且可能已经导致了大量的UTXOs，而把这些UTXOs都花在一个单一的交易中是不可行的。

虽然一笔比特币交易可以包含成百上千个输入和输出数，但这是有代价的。一笔交易拥有的输入和输出越多，这个交易的规模就越大。在写入时，比特币的节点将拒绝超过100KB的交易。同时，由于块的大小是有限的（目前为1 MB）你与其他人共同竞争，去使你的交易得到矿工的确认，矿工会将你的交易加入到一个区块中。如果你广播了一笔无费用或费用微不足道的交易，你将会承担下面两点风险，1.即节点拒绝广播这笔交易 2.矿工选择取消确认它，转而去确认每个字节交易费用更高的数据。供参考，我跟踪了一些交易和费用的指标 -在这里你可以看到，在写入时的平均费用是每个字节 30聪。

如果我们要优化算法，钱包要通过这个算法来选择UTXOs建立交易，那么我们必须要确定我们的目标是什么，我们想要优化的交易属性是哪些？我可以想象出的优化UTXO选择的三大目标如下：

1.防止区块链膨胀：

A)如果可能的话，尽量避免创造小的找零输出。因为它们会为钱包以及每个摄取区块链的人产生绩效成本。他们也可以因为灰尘规则和市场竞争而产生费用，这样对于终端用户来说，费用变得更高。

B)小UTXOs的整理：自然地，经过一段时间，钱包就会产生对许多小UTXOs的控制。为了降低钱包的UTXO集合的大小，以及整个区块链的UTXO集的大小，最好是在一笔交易中就花掉许多非常小的UTXOs，以便将它们从UTXO集合中删除。

2.隐私：

A)    UTXOs应该进行非确定性选择，并且多用几个不同的公钥。当钱包选择一个UTXO，分配到同一个公钥的其他UTXOs应优先被选择。

B)    小的输入——比找零输出还要更小，并且没有与一个更大的输入共用一个公钥，那么就不要使用它们，因为这些小的输入会增加交易费用，减少隐私。

C)   如果要创建一个找零输出，那么最好是创建一个其价值与支付价值相同的找零输出。这有助于模糊哪一个输出进入了接受者那里，哪一个是返回给了发送者。

D) 应该把找零输出插在一个随机的位置，因为交易有许多的输出，而且并不总是处于第一个位置或最后一个位置上。

3.减少交易费用：

A）当发送所花的费用少时，应首选交易输入集合。这意味着交易的数据大小要尽可能简单，尽可能小，并且几乎没有输入和输出。优先考虑只使用一个单一的UTXO作为交易的输入。

B）以币龄来优先选择UTXOs ，通过发送足够老的金币，足够大的交易将有资格被矿工确定为“高优先级的”，且没有附加费用。

C）如果花费UTXO的成本（通过要求的附加费）比交易输出更高，就不要添加这个UTXO。

真实世界的钱包怎么运行的？比特币核心钱包使用一些相当复杂的逻辑：

1.如果任何一个UTXO与目标（花费价值）匹配时，这个UTXO将被使用。

2.如果所有UTXOs的总和小于目标，但是恰好匹配目标时，这些UTXOs将被使用。（这可以在扫描钱包的时候防止出现错误。）

3.如果所有UTXO的总和小于目标，也不超过目标，那么比目标要大的最小的UTXO将被使用。

4.比特币核心把UTXO进行1000次的随机结合，直到他们的总和大于或等于目标。如果碰巧找到一个精确的匹配，它就较早的停止并使用它。关于这一步的推理，代码中也指出了:“这是随机的，不能起到真正的安全作用,仅仅是用来防止退化行为。”

5. 否则最后落定的要么是大于目标的最小UTXO，要么是步骤4中最小的UTXO组合。

6.当构建最终的交易时,如果任何找零输出足够小,被认为是“灰尘”,而不是创建输出，那么比特币核心会将它们剔除出去，把价值捐给矿工作为交易的一部分费用。

优化比特币核心的逻辑来减少找零输出的大小，即 上面列出的目标1A。这是选择UTXOs 的“最好”或“正确”的方法吗?这取决于你的视角——如果你重视隐私,减少交易费用,或者UTXO整合，那么它就是次优的。

很明显,在解决这一问题上没有一个万能的办法，事实上,上述三大优化目标所走的方向是相反的。鉴于这三大不相容的目标，钱包作者认为终端用户在选择钱包的UTXO的算法上会有更多的控制权。对高级用户来说，它是一种先进的功能，但是当用户在“费用/性能/隐私”之间选择一个来优化时，我可以想象用户会妥协以追求平衡。

这些选择取决于钱包工程师（我称它们为区块链的好管家）。我们将数据写入的是一个共享资源,因此我们最好要谨慎。在写入时，有17.6 UTXOs需要596 MB的数据来存储。如果比特币的人气继续上升,这些数据也一定会上升。但在细心的区块链工程师的监督下，至少可以防止UTXO集的增长速度超过所需。

原文：https://medium.com/@lopp/the-challenges-of-optimizing-unspent-output-selection-a3e5d05d13ef

作者：Jameson Lopp

译者：printemps