Cum funcționează tranzacția de bază a Bitcoin?

Deconstrucția tranzacției Bitcoin: Fundamentul transferului de valoare digitală

La baza sa, Bitcoin funcționează pe un sistem de transfer de valoare simplu, dar proiectat ingenios. Spre deosebire de sistemul bancar tradițional, unde conturile dețin solduri, Bitcoin funcționează mai degrabă ca un sistem de numerar digital, în care fiecare unitate de valoare este urmărită printr-o serie de tranzacții. Acest mecanism fundamental, adesea numit „tranzacție de bază”, este piatra de temelie pe care este construită întreaga rețea Bitcoin. Înțelegerea modului în care aceste tranzacții sunt structurate, validate și înregistrate este crucială pentru a cuprinde principiile de securitate, integritate și operare ale primei și celei mai mari criptomonede din lume.

Modelul Unspent Transaction Output (UTXO): Numerarul digital în acțiune

Pentru a înțelege cum funcționează tranzacțiile Bitcoin, trebuie mai întâi înțeles conceptul de Unspent Transaction Output sau UTXO (Output de Tranzacție Necheltuit). Acest model reprezintă o schimbare de paradigmă față de sistemele tradiționale bazate pe conturi și este central în designul Bitcoin.

Imaginați-vă banii cash din portofel: nu aveți un „sold al contului” de numerar; în schimb, posedați bancnote specifice de diferite valori (de exemplu, o bancnotă de 10 lei, o bancnotă de 20 lei). Când doriți să plătiți ceva, folosiți aceste bancnote specifice. Dacă un articol costă 15 lei și plătiți cu o bancnotă de 20 lei, primiți 5 lei rest – o bancnotă nouă.

Modelul UTXO al Bitcoin funcționează similar:

• Fără solduri de cont: Portofelele Bitcoin nu dețin, din punct de vedere tehnic, un „sold” în sensul convențional. În schimb, ele gestionează o colecție de UTXO-uri care pot fi „cheltuite” cu ajutorul cheilor private ale portofelului.
• Unități discrete de valoare: Fiecare UTXO reprezintă o sumă specifică, necheltuită, de Bitcoin, care a fost rezultatul (output-ul) unei tranzacții anterioare. Este ca o bancnotă sau o monedă digitală.
• Cheltuirea UTXO-urilor: Când inițiați o tranzacție, portofelul selectează unul sau mai multe UTXO-uri pe care le dețineți pentru a acoperi suma pe care doriți să o trimiteți. Aceste UTXO-uri selectate sunt consumate în întregime (cheltuite) ca intrări (inputs) pentru noua tranzacție.
• Crearea de noi UTXO-uri: Tranzacția generează apoi noi UTXO-uri ca ieșiri (outputs):
  • Un UTXO pentru destinatar, conținând suma trimisă.
  • Opțional, un alt UTXO („output-ul de rest”) trimis înapoi către propriul portofel pentru orice sumă rămasă din UTXO-urile consumate care nu a fost trimisă destinatarului sau plătită ca taxă.

Acest model UTXO oferă mai multe avantaje, inclusiv confidențialitate sporită (deoarece tranzacțiile nu se leagă explicit de conturile utilizatorilor, ci doar de cheile publice), securitate îmbunătățită împotriva cheltuirii duble (double-spending) și o scalabilitate mai mare prin procesarea paralelă a tranzacțiilor. Acesta asigură că fiecare unitate Bitcoin este evidențiată și poate fi urmărită de la originea sa (minare) pe tot parcursul istoricului său de tranzacționare.

Anatomia unei tranzacții Bitcoin

Fiecare tranzacție Bitcoin este o structură de date formată din câteva componente cheie. Această structură asigură că valoarea poate fi transferată și verificată în siguranță în întreaga rețea.

Intrările tranzacției (Transaction Inputs)

Intrările specifică de unde provine Bitcoin-ul cheltuit. Fiecare intrare indică un UTXO specific dintr-o tranzacție anterioară.

1. ID-ul tranzacției (TXID) al output-ului anterior: Un identificator unic (hash) al tranzacției care a creat UTXO-ul ce urmează a fi cheltuit.
2. Indexul output-ului (Vout): Un număr care indică exact care output din acea tranzacție anterioară este cheltuit (o tranzacție poate avea mai multe output-uri).
3. Scriptul de deblocare (ScriptSig): Aceasta este partea crucială care dovedește proprietatea și autorizează cheltuirea. Pentru o tranzacție standard de tip pay-to-public-key-hash (P2PKH), ScriptSig conține de obicei:
   • Semnătura digitală: Generată de cheia privată a expeditorului, semnând un hash al datelor tranzacției curente. Aceasta dovedește că expeditorul a autorizat tranzacția fără a-și dezvălui cheia privată.
   • Cheia publică: Derivată din cheia privată a expeditorului. Rețeaua o folosește pentru a verifica semnătura digitală față de hash-ul cheii publice încorporat în scriptul de blocare al UTXO-ului anterior.

Ieșirile tranzacției (Transaction Outputs)

Ieșirile specifică încotro merge Bitcoin-ul și în ce condiții poate fi cheltuit în viitor.

1. Valoarea: Cantitatea de Bitcoin (în satoshi, cea mai mică unitate Bitcoin) trimisă către acest output.
2. Scriptul de blocare (ScriptPubKey): Cunoscut și sub numele de „condiție de cheltuire” sau „script hash”, acest script definește condițiile care trebuie îndeplinite pentru ca acest output să fie cheltuit într-o tranzacție viitoare. Pentru un output P2PKH standard, acesta conține de obicei hash-ul cheii publice a destinatarului. Pentru a cheltui acest output, destinatarul trebuie să furnizeze o semnătură digitală generată de cheia privată corespunzătoare acestui hash, împreună cu cheia sa publică.

Alte câmpuri ale tranzacției

Pe lângă intrări și ieșiri, o tranzacție Bitcoin include și alte informații vitale:

• Numărul versiunii: Indică versiunea structurii de date a tranzacției, permițând viitoare actualizări ale protocolului.
• Locktime (sau nLocktime): Un câmp opțional care specifică un timp sau o înălțime a blocului înainte de care o tranzacție nu poate fi adăugată într-un bloc. Acesta poate fi utilizat pentru contracte cu blocare temporală. Un locktime de 0 (sau mai mic de 500 de milioane) înseamnă că tranzacția poate fi inclusă imediat.
• Date Witness (tranzacții SegWit): Pentru tranzacțiile care utilizează protocolul Segregated Witness (SegWit), datele de semnătură (datele martor) sunt stocate într-o structură separată, ceea ce ajută la optimizarea spațiului în bloc și la remedierea problemelor de maleabilitate a tranzacțiilor.

Întreaga structură de date a tranzacției (excluzând datele witness pentru SegWit) este apoi transformată criptografic într-un hash pentru a produce ID-ul Tranzacției (TXID), un identificator unic pentru acea tranzacție specifică.

Construirea și transmiterea unei tranzacții

Când decideți să trimiteți Bitcoin, software-ul portofelului dumneavoastră efectuează câțiva pași critici în fundal:

1. Selecția UTXO: Portofelul scanează blockchain-ul pentru a identifica toate UTXO-urile care pot fi cheltuite cu cheile dumneavoastră private. Apoi selectează o combinație de UTXO-uri a căror valoare totală este egală sau mai mare decât suma pe care doriți să o trimiteți, plus taxele de tranzacție.
2. Crearea output-ului:
   • Este creat un output principal pentru adresa destinatarului, conținând suma de Bitcoin specificată.
   • Dacă valoarea totală a UTXO-urilor selectate depășește suma trimisă plus taxa, este generat un „output de rest” (change output). Acest output trimite restul înapoi la o adresă nouă controlată de portofelul dumneavoastră, sporind confidențialitatea prin neutilizarea repetată a adreselor.
3. Calcularea taxei de tranzacție: Diferența dintre valoarea totală a intrărilor și valoarea totală a ieșirilor (destinatar + rest) devine taxa de tranzacție, care este colectată de minerul care include tranzacția într-un bloc. Portofelele estimează adesea taxele în funcție de aglomerația rețelei și de dimensiunea datelor tranzacției.
4. Semnarea digitală: Fiecare intrare din tranzacție trebuie să fie semnată digital de cheia privată corespunzătoare cheii publice care controlează respectivul UTXO. Acest proces de semnare folosește algoritmul ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm), generând o semnătură unică pentru fiecare intrare pe baza datelor tranzacției. Această semnătură dovedește că proprietarul a autorizat cheltuiala fără a-și dezvălui cheia privată.
5. Asamblarea tranzacției: Toate aceste componente – intrările selectate, ieșirile create, semnăturile și celelalte câmpuri – sunt asamblate într-o structură completă de date a tranzacției.
6. Transmiterea (Broadcasting): Tranzacția complet construită și semnată este apoi transmisă către rețeaua Bitcoin.

Validarea tranzacției: Gardienii rețelei

La primirea unei tranzacții transmise, nodurile complete (full nodes) Bitcoin încep imediat un proces riguros de validare înainte de a o retransmite altor noduri. Această verificare în mai mulți pași este crucială pentru menținerea integrității rețelei și prevenirea tranzacțiilor invalide sau malițioase.

Iată cum validează nodurile o tranzacție:

1. Verificări sintactice și structurale:

   • Format: Este tranzacția corect formatată conform regulilor protocolului Bitcoin?
   • Dimensiune: Respectă limitele maxime de dimensiune?
   • Versiune: Este numărul versiunii valid?
   • Intervale de valori: Sunt toate valorile (intrări, ieșiri) în intervale valide (ex: nu sunt negative, nu depășesc oferta totală de Bitcoin)?
   • Numărul de semnături: Este numărul de semnături corect pentru tipul de script utilizat?

2. Existența și starea UTXO-ului referențiat:

   • Necheltuit: Pentru fiecare intrare, UTXO-ul referențiat trebuie să existe și, esențial, trebuie să fie necheltuit. Aceasta este principala apărare împotriva cheltuirii duble. Nodurile verifică copia lor locală a setului UTXO (o bază de date cu toate ieșirile necheltuite în prezent).
   • Maturitate: Dacă UTXO-ul este o recompensă coinbase (din minarea unui bloc), acesta trebuie să fi atins maturitatea (de obicei 100 de blocuri) înainte de a putea fi cheltuit.

3. Verificarea scriptului:

   • Pentru fiecare intrare, nodul execută un proces de verificare a scriptului. Acesta combină ScriptSig (din intrare) cu ScriptPubKey (din UTXO-ul referențiat). Acest script combinat este apoi executat de interpretorul Bitcoin Script.
   • Scriptul trebuie să fie evaluat ca „TRUE” pentru ca intrarea tranzacției să fie validă. Aici este verificată semnătura digitală față de hash-ul cheii publice specificat în scriptul de blocare al UTXO-ului, dovedind autorizarea.

4. Verificări de consistență a valorii:

   • Intrări vs. Ieșiri: Suma tuturor valorilor Bitcoin din intrări trebuie să fie mai mare sau egală cu suma tuturor valorilor din ieșiri.
   • Fără Bitcoin nou: Bitcoin-ul nou nu poate fi creat din nimic. Diferența dintre intrări și ieșiri este taxa de tranzacție, care revine minerului.

5. Verificarea Locktime: Dacă este specificat un nLocktime, tranzacția poate fi inclusă într-un bloc numai după ce înălțimea actuală a blocului sau timpul curent a depășit valoarea nLocktime.

Numai după trecerea tuturor acestor verificări, o tranzacție este considerată validă. Tranzacțiile valide sunt apoi adăugate în „memory pool” (mempool) al nodului și retransmise către alte noduri conectate.

Includerea într-un bloc: Calea către confirmare

Tranzacțiile validate stau în mempool, așteptând includerea într-un bloc. Aici intervine minarea Bitcoin:

1. Selecția de către miner: Minerii Bitcoin monitorizează continuu mempool-ul, selectând tranzacții pentru a le include în noul bloc pe care încearcă să-l mineze. Minerii prioritizează tranzacțiile cu taxe mai mari pe octet (byte), deoarece acest lucru le crește recompensa potențială.
2. Construcția blocului: Minerul asamblează un bloc candidat care conține un antet (header) – cu detalii precum hash-ul blocului anterior, timestamp-ul, ținta de dificultate și rădăcina Merkle a tranzacțiilor – și tranzacțiile alese.
3. Proof-of-Work (Dovada muncii): Minerul efectuează apoi o muncă computațională intensă, încercând să găsească un „nonce” (un număr aleatoriu) care, combinat cu datele din antetul blocului și trecut printr-un hash, produce un rezultat sub ținta actuală de dificultate a rețelei. Acesta este „Proof-of-Work” (PoW).
4. Propagarea blocului: Odată ce un miner găsește un nonce valid, acesta transmite blocul nou minat către rețea.
5. Validarea blocului: Celelalte noduri primesc blocul și îi verifică rapid validitatea:
   • Conține antetul blocului un Proof-of-Work valid?
   • Sunt toate tranzacțiile din bloc valide individual și necheltuite (verificate față de setul lor actual de UTXO)?
   • Respectă blocul toate regulile de consens (ex: limita de dimensiune a blocului, tranzacție coinbase validă)?
6. Confirmarea: Dacă blocul este valid, nodurile îl adaugă la copia lor a blockchain-ului. În acest moment, tranzacțiile din acel bloc primesc prima lor „confirmare”. Pe măsură ce se minează mai multe blocuri peste acesta, tranzacția câștigă confirmări suplimentare, devenind din ce în ce mai ireversibilă și sigură. Comercianții și bursele așteaptă de obicei un anumit număr de confirmări (ex: 6) înainte de a considera o tranzacție finală.

Taxele de tranzacție: Alimentarea rețelei

Taxele de tranzacție sunt o parte integrantă a ecosistemului Bitcoin, servind două scopuri principale:

1. Incentivarea minerilor: Taxele compensează minerii pentru eforturile lor computaționale și securizează rețeaua. Fără taxe, minerii ar avea mai puține motive să proceseze tranzacții odată ce recompensa de bloc se va diminua în cele din urmă.
2. Prevenirea spam-ului în rețea: Taxele descurajează actorii rău intenționați să inunde rețeaua cu un număr vast de tranzacții minuscule, nesemnificative din punct de vedere economic, care altfel ar consuma resursele rețelei.

Taxele de tranzacție nu se bazează pe suma de Bitcoin transferată, ci mai degrabă pe dimensiunea datelor tranzacției (în octeți) și pe aglomerația curentă a rețelei. Portofelele calculează de obicei taxele pe baza unei rate de „satoshi pe octet”. Când rețeaua este ocupată, această rată tinde să crească pe măsură ce utilizatorii concurează pentru spațiul în bloc oferind taxe mai mari.

Un exemplu ilustrativ: Alice îl plătește pe Bob

Să urmărim o tranzacție simplă: Alice vrea să-i trimită 0,5 BTC lui Bob.

1. Scanarea portofelului lui Alice: Portofelul lui Alice identifică faptul că aceasta are două UTXO-uri:

   • UTXO A: 0,3 BTC (dintr-o tranzacție anterioară cu Charlie)
   • UTXO B: 0,4 BTC (dintr-o tranzacție anterioară cu David)
   • Total cheltuibil: 0,7 BTC

2. Selecția UTXO: Pentru a trimite 0,5 BTC, portofelul ei trebuie să acopere acea sumă plus o taxă. Decide să folosească UTXO B (0,4 BTC) și UTXO A (0,3 BTC), totalizând 0,7 BTC.

3. Construcția tranzacției:

   • Intrări:
     • Intrarea 1: Referențiază UTXO A (0,3 BTC), include semnătura lui Alice pentru UTXO A.
     • Intrarea 2: Referențiază UTXO B (0,4 BTC), include semnătura lui Alice pentru UTXO B.
   • Ieșiri:
     • Ieșirea 1: 0,5 BTC către hash-ul cheii publice a lui Bob.
     • Ieșirea 2 (Rest): Alice calculează taxa. Dacă rata rețelei implică o taxă de 0,0001 BTC pentru această dimensiune a tranzacției, atunci 0,7 BTC (intrări) - 0,5 BTC (către Bob) - 0,0001 BTC (taxă) = 0,1999 BTC. Acești 0,1999 BTC sunt trimiși înapoi la o nouă adresă controlată de portofelul lui Alice.

4. Semnarea și transmiterea: Portofelul lui Alice semnează criptografic tranzacția, apoi o transmite către rețeaua Bitcoin.

5. Validarea rețelei: Nodurile complete primesc tranzacția:

   • Verifică dacă UTXO A și UTXO B există și sunt într-adevăr necheltuite.
   • Execută scripturile, verificând semnăturile lui Alice față de hash-urile cheilor publice din scripturile de blocare originale ale UTXO A și UTXO B.
   • Verifică dacă intrările (0,7 BTC) >= ieșiri (0,5 BTC + 0,1999 BTC). Diferența, 0,0001 BTC, este taxa implicită.
   • Dacă toate verificările trec, tranzacția este adăugată în mempool.

6. Minarea și confirmarea: Un miner selectează această tranzacție (împreună cu altele) pentru un nou bloc. După găsirea unui Proof-of-Work valid, blocul este adăugat la blockchain. Tranzacția lui Alice primește prima confirmare, iar Bob deține acum cei 0,5 BTC ca un nou UTXO.

Puterea durabilă a modelului de tranzacționare Bitcoin

Designul mecanismului de tranzacție de bază al Bitcoin, centrat pe UTXO și validare criptografică robustă, oferă avantaje fundamentale care susțin propunerea sa de valoare:

• Securitate: Semnăturile digitale și mecanismul Proof-of-Work asigură că tranzacțiile sunt autorizate în mod autentic și practic ireversibile odată confirmate, prevenind frauda și cheltuirea dublă.
• Decentralizare: Nicio entitate unică nu poate aproba sau respinge unilateral tranzacțiile. Nodurile rețelei validează independent, conform regulilor stabilite de comun acord.
• Transparență și audibilitate: Deși sunt pseudonime, fiecare tranzacție este înregistrată public pe blockchain, permițând oricui să verifice mișcarea valorii.
• Prevenirea cheltuirii duble: Modelul UTXO și validarea la nivelul întregii rețele a output-urilor necheltuite fac extrem de dificilă cheltuirea aceluiași Bitcoin de două ori, o problemă inerentă monedelor digitale înainte de Bitcoin.

Acest dans meticulos al selecției UTXO, execuției scripturilor, semnării criptografice și validării descentralizate asigură că fiecare tranzacție Bitcoin este o înregistrare sigură, verificabilă și imuabilă a transferului de valoare, formând coloana vertebrală rezistentă a întregii rețele Bitcoin.