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Bitcoin UTXO、Coin Selection、PSBT 与手续费替换

30 秒版（开场）

Bitcoin 交易消费一个或多个完整 UTXO，并创建新的 outputs；多余价值通常进入 change，手续费等于 inputs 总额减 outputs 总额，工程上按交易 vbytes × feerate 估算。Coin selection 同时权衡手续费、找零、dust、隐私和 UTXO 碎片。PSBT 是多参与方交换未完成交易及签名元数据的容器，不是链上交易格式。未确认交易加速要区分 replacement relay policy（RBF）和后代付费（CPFP），规则受节点版本与策略影响。

3 分钟版（精讲深度）

  1. UTXO identity：txid + vout；同一 outpoint 只能被 canonical 链中的一笔交易消费。
  2. Coin selection：先 reserve，再构造/签名；并发 worker 不能选择同一 UTXO。
  3. PSBT：creator/updater/signer/finalizer/extractor 可分角色，便于硬件钱包、离线签名和多方协作；不同 PSBT version 的全局字段结构不同。
  4. Fee bump：RBF 替换原交易；CPFP 用高费率 child 提升 package 激励。二者都不能保证一定被矿工选择。

10 分钟版（原理 + 图示）

flowchart LR
  U1["UTXO 0.4 BTC"] --> TX["transaction"]
  U2["UTXO 0.7 BTC"] --> TX
  TX --> Pay["recipient 0.9 BTC"]
  TX --> Change["change"]
  TX --> Fee["implicit fee"]
  PSBT["PSBT metadata"] --> Signers["offline/HW/MPC signers"]
  Signers --> Final["final tx"]

Coin selection 目标冲突

  • 少 inputs 通常更省手续费，但持续选大币可能暴露资金关联。
  • exact match 可省 change output，但搜索成本和隐私策略更复杂。
  • consolidate 小 UTXO 可减少未来碎片，却可能在高费率时很贵。
  • 不要把 dust relay threshold 与钱包的 economic spend threshold 混成一个数：前者是节点是否转发某类低价值 output 的 policy，受 script 类型和 dust relay fee 等影响；后者是钱包按未来 input 成本/费率判断 UTXO 是否值得创建或消费的本地策略。低于任一策略边界时可能不创建 change 而并入 fee，但理由不同。

示例代码用“largest-first + vbytes”演示边界，不是生产钱包算法。生产还要考虑 script 类型、input weight、ancestor/descendant policy、冻结/标签、隐私和锁定状态。

PSBT 边界

PSBT 可携带每个 input 所需的 UTXO、脚本、派生路径、部分签名等信息。BIP 174 定义的 PSBTv0 与 BIP 370 的 PSBTv2 字段组织和可修改能力不同，参与方必须先协商并校验支持的 version，不能把 v0/v2 当成可无条件互换。签名前必须重新验证 outputs、fee、network、sighash 和策略；“PSBT 来自内部系统”不代表可信。最终广播的是 extracted raw transaction。

RBF 与 CPFP

  • RBF：构造一笔冲突交易，通常消费相同 input 并支付更高费用。是否接受/转发由节点 mempool policy 决定，不能把历史 BIP125 opt-in 规则当作所有节点永恒共识规则。
  • CPFP：花费原交易的未确认 output，以较高 child fee 提高 parent+child package 的整体费率。
  • 已确认后不能靠 RBF/CPFP“取消”；链重组是另一类风险。

生产场景

  • 提现批处理：按隐私、费率、最大 weight 和业务 SLA 选择 UTXO。
  • 归集：低费率窗口 consolidate，避免未来高费时无法经济消费。
  • 离线冷签：在线构造 PSBT，隔离域验证并签名，在线 final/extract/broadcast。

排查与工具

  • 保存 UTXO reservation、PSBT hash、final raw tx、txid/wtxid、fee/vbytes 与广播响应。
  • 对“广播超时”先按 raw tx/inputs 查询，不要立即释放 UTXO 再签第二笔。
  • 监控 UTXO 数量与分布、effective value、unconfirmed chain、mempool rejection reason。

架构取舍

策略 优点 代价
largest-first 简单、input 少 隐私与 change 可能较差
smallest-first 可整理碎片 fee 高、input 多
exact/branch search 可能无 change 计算与 fallback 复杂
batch payment 摊薄固定开销 延迟和隐私关联

深挖问答

  1. 手续费字段在哪？ → 没有单独 fee output；inputs 总额减 outputs 总额。
  2. UTXO 锁住多久？ → reservation 有 lease/fencing，但签名或广播不确定后不能仅凭超时释放，要查链/mempool。
  3. PSBT 是未签名交易吗？ → 它是表达待完成交易并携带元数据/部分签名的容器；具体字段取决于 PSBT version，最终需 finalize/extract。
  4. RBF 一定可用吗？ → 否；看原交易、替换交易和节点/矿工 policy。
  5. CPFP 谁能做？ → 能花费原交易某个未确认 output 的主体。

反模式与事故

  • 按“转账金额百分比”估手续费，忽略 input/output 大小。
  • 多实例不做 outpoint reservation，构造双花交易。
  • 签名器不验证 PSBT outputs，被替换收款地址。
  • 广播超时就释放 UTXO并另签，造成冲突与状态混乱。

代码示例

见 coinselect.go：

go test ./examples/senior/coinselect/...

延伸阅读

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