O Modelo UTXO

Este capítulo responde a uma pergunta colocada diretamente na introdução deste livro: onde Bitcoins realmente "vive"? A resposta precisa é que eles não vivem em nenhum lugar no sentido de um saldo bancário. O Bitcoin não tem contas. O que existe é um conjunto de Saídas de Transação não Gastadas (UTXOs), e "equilíbrio" de uma carteira é simplesmente a soma de qualquer UTXO suas chaves podem gastar, computado fresco cada vez ao invés de armazenado como um total em execução em qualquer lugar.

O problema que este modelo resolve

Não digas: "A tua Bitcoin está guardada na tua carteira." Diz exatamente o que é verdade: a carteira gerencia as chaves privadas e os dados de transação necessários para gastar UTXOs associados a endereços controlados por essas chaves. Esta distinção importa porque muda o que você está realmente raciocinando quando você pensa sobre como as transações Bitcoin funcionam, como as taxas são calculadas, e porque conceitos como "pó" e "seleção de moedas" existem em tudo. Nenhum deles faz sentido sob um modelo mental de equilíbrio de contas.

O que é realmente um UTXO

Um UTXO é uma saída específica de uma transação anterior específica que ainda não foi usada como entrada para qualquer transação posterior. Cada UTXO é identificado exclusivamente pelo par (txid, output index), que transação o criou, e qual posição de saída dentro dessa transação (já que uma transação pode ter múltiplas saídas). Cada UTXO carrega: uma quantidade (em satoshis, a menor unidade, 1 BTC = 100.000.000 satoshis) e um script de bloqueio (scriptPubKey) que define a condição que deve ser satisfeita para gastá-la (coberto integralmente em Bitcoin Script).

Como funciona a despesa

Uma nova transação consome um ou mais UTXO existentes inteiramente como entradas. Não existe isso de gastar parcialmente um UTXO. Se você quiser enviar menos do que o valor total de um UTXO, a transação cria uma segunda saída enviando o valor restante de volta para um endereço que você controla. Isto é... alteração, e funciona exatamente como pagar com uma nota maior do que o preço de compra e receber troco de volta, não como diminuir um saldo armazenado.

Before:  UTXO A (0.5 BTC) exists, owned by Alice's key

Alice wants to pay Bob 0.3 BTC.

Transaction:
  input:  UTXO A (0.5 BTC) — fully consumed, no longer unspent after this tx
  output 1: 0.3 BTC → Bob's address        (the actual payment)
  output 2: 0.1999 BTC → Alice's own address  (change, minus a 0.0001 BTC fee)

After:  UTXO A no longer exists (spent).
        Two new UTXOs exist: the 0.3 BTC output (now Bob's) and the
        0.1999 BTC change output (still Alice's).

Observe que a taxa não é um item de linha separado em qualquer lugar da transação. Está implícito, igual ao que sobrar depois de subtrair todas as quantidades de saída de todas as quantidades de entrada (ver Taxas de transação para exatamente como isso é calculado e porquê).

Valor de combinação e divisão

A seção 9 do whitepaper descreve isso diretamente: porque um valor de pagamento raramente corresponde a qualquer UTXO existente exatamente, uma transação tipicamente combina múltiplos pequenos UTXOs em entradas para cobrir um pagamento maior, ou divide um único UTXO maior para uma saída de pagamento e uma saída de mudança. Às vezes ambos ao mesmo tempo. Esta é a origem de uma carteira seleção de moedas lógica: dado um montante de pagamento alvo e um conjunto de UTXOs disponíveis, decidindo quais UTXOs específicos para gastar como entradas, equilibrando considerações como minimizar o número de entradas (menos entradas geralmente significa uma transação menor e mais barata) contra evitar deixar muitos UTXOs pequenos e inconvenientes para gastar.

Exemplo: calcular o saldo de uma carteira

O saldo de uma carteira não é lido de um único número armazenado em nenhum lugar. Ele é calculado digitalizando o conjunto completo de UTXOs a blockchain atualmente contém e somando cada um cujo script de bloqueio as chaves desta carteira podem satisfazer:

interface UTXO {
  txid: string;
  outputIndex: number;
  amountSats: number;
  ownerAddress: string;
}

function walletBalance(utxos: UTXO[], myAddresses: Set<string>): number {
  return utxos
    .filter((utxo) => myAddresses.has(utxo.ownerAddress))
    .reduce((sum, utxo) => sum + utxo.amountSats, 0);
}

const utxoSet: UTXO[] = [
  { txid: "tx1", outputIndex: 0, amountSats: 50_000_000, ownerAddress: "alice-addr-1" },
  { txid: "tx2", outputIndex: 1, amountSats: 12_345_678, ownerAddress: "alice-addr-2" },
  { txid: "tx3", outputIndex: 0, amountSats: 30_000_000, ownerAddress: "bob-addr-1" },
];

const aliceAddresses = new Set(["alice-addr-1", "alice-addr-2"]);
console.log("Alice's balance (sats):", walletBalance(utxoSet, aliceAddresses));

Correndo isso com os dados da amostra soma os dois UTXOs correspondentes de Alice (50.000.000 + 12,345,678 = 62,345,678 satoshis, ou 0,62345678 BTC) e exclui corretamente o UTXO de Bob. Numa carteira verdadeira, myAddresses é derivado das chaves da própria carteira (ver Carteiras HD), e o conjunto UTXO vem de um banco de dados próprio de um nó completo ou de uma API de terceiros, mas a computação subjacente é exatamente esta: filtro e soma, recentemente, toda vez.

Sob o capô: o conjunto UTXO

Cada nó completo mantém sua própria base de dados local do Conjunto UTXO atual (cada saída não gasta que existe agora, em toda a blockchain) porque isso é o que é realmente necessário para validar novas transações rapidamente (verificando se uma entrada reivindicada é genuinamente não gasta) sem re-scanear todo o blockchain histórico multi-hundred-gigabyte para cada nova transação. Este conjunto UTXO é em si um pedaço significativo de estado, atualmente numerando em dezenas de milhões de saídas individuais, e é exatamente os dados nó em poda retém mesmo depois de descartar dados antigos do bloco histórico que já não necessita.

Comércio

O modelo UTXO tem consequências reais e práticas em comparação com o modelo de conta Ethereum utiliza Em vez disso: suporta naturalmente validação paralela (transações não relacionadas gastando diferentes UTXOs não têm dependência de encomendas entre si), e oferece propriedades de privacidade um pouco melhores por padrão (não há "conta" persistente cujo histórico completo de transações está trivialmente ligado como o histórico de um endereço de modelo de conta é, embora a análise de cadeia baseada em UTXO ainda possa vincular UTXOs relacionados na prática, veja Privacidade). O custo é adicionado complexidade para software de carteira (seleção de moedas, rastreamento de um número potencialmente grande de UTXOs individuais em vez de um equilíbrio) e um ajuste menos natural para lógica de contrato inteligente complexa, que é parte do porquê Ethereum escolheu o modelo de conta em vez disso (ver Contas Ethereum).

Conceitos errôneos comuns

Não há "balanço do Bitcoin" armazenado em qualquer lugar na blockchain para qualquer endereço. O que é armazenado é o conjunto de saídas individuais não gastas; "equilíbrio" é um conceito derivado, calculado que carteiras e exploradores de bloco calculam para fins de exibição, não um campo que existe em qualquer bloco ou transação.

Gastar "parte de" um UTXO não é possível. Um UTXO é consumido inteiramente; qualquer valor restante deve ser explicitamente enviado de volta como um novo resultado de mudança dentro da mesma transação, ou ele é perdido como uma taxa (unnormalmente grande), um erro genuíno, documentado algum software de carteira mal projetado precoce, feito, resultando em taxa real, sobrepagamento acidental.

Experimenta tu mesmo.

Estender o exemplo de equilíbrio acima com um selectCoins(utxos, targetAmount) função que escolhe um subconjunto mínimo de UTXOs cuja soma cobre um valor de pagamento alvo, e calcula a alteração resultante. Este é o núcleo do que a lógica de seleção de moedas de cada carteira Bitcoin faz.

Outras leituras

• Whitepaper Bitcoin, Seção 9 (Combinando e Dividindo o Valor)
• Bitcoin Referência do desenvolvedor principal: Transações

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