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Coinbase Transaction
深入了解比特幣 Coinbase 交易的結構、規則和特殊屬性。
10 分鐘
Coinbase 交易概覽
Coinbase 交易是每個區塊的第一筆交易，由礦工創建用於領取區塊獎勵和交易手續費。 它是比特幣發行的唯一方式，也是新幣進入流通的途徑。
特殊性質
與普通交易的區別
- • 沒有真正的輸入
- • 輸入的 txid 為全零
- • 可以包含任意數據
- • 輸出需要 100 個確認
包含內容
- • 區塊獎勵
- • 所有交易手續費
- • 區塊高度（BIP-34）
- • 礦工自定義數據
交易結構
Coinbase 交易結構：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 輸入（只有一個） │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ txid │ 0000...0000（32 bytes 全零） │
│ vout │ 0xFFFFFFFF（-1，特殊標記） │
│ scriptSig │ coinbase 數據（2-100 bytes） │
│ sequence │ 0xFFFFFFFF 或其他值 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 輸出（一個或多個） │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ value │ 獎勵 + 手續費 ≤ 允許的最大值 │
│ scriptPubKey│ 礦工的收款地址腳本 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
輸入的特殊性：
├── txid 全零：沒有引用任何前一個交易
├── vout = -1：標記這是 coinbase
└── scriptSig：可以是任意數據（coinbase data）Coinbase 數據
ScriptSig（Coinbase Data）結構：
必須包含（BIP-34，高度 227,931+）：
├── 區塊高度（壓縮格式）
└── 1-8 bytes 的高度編碼
可選包含：
├── Extra Nonce（額外隨機數）
├── 礦池標識
├── 礦工自定義消息
└── Witness commitment（SegWit）
長度限制：
├── 最小：2 bytes
└── 最大：100 bytes
示例解析：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 03 | 80380c | 04... | 2f... | 00000000... │
│ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ └── Extra Nonce │
│ │ │ │ └────────── 礦池標識（如 /Foundry/） │
│ │ │ └────────────────── 其他數據 │
│ │ └─────────────────────────── 區塊高度（803968） │
│ └──────────────────────────────── 長度（3 bytes） │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘# 查看最新區塊的 Coinbase
HASH=$(bitcoin-cli getbestblockhash)
BLOCK=$(bitcoin-cli getblock $HASH 2)
echo $BLOCK | jq '.tx[0]'
# 解碼 Coinbase 數據
COINBASE_HEX=$(echo $BLOCK | jq -r '.tx[0].vin[0].coinbase')
echo $COINBASE_HEX | xxd -r -p
# 提取區塊高度
# 假設 coinbase 開頭是 03 XX XX XX（3 bytes 高度）
HEIGHT_HEX=$(echo $COINBASE_HEX | cut -c3-8)
echo $((16#$(echo $HEIGHT_HEX | fold -w2 | tac | tr -d '\n')))區塊獎勵
區塊獎勵減半歷史：
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 高度範圍 │ 獎勵 │ 時間 │
├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 0 - 209,999 │ 50 BTC │ 2009-01 至 2012-11 │
│ 210,000 - 419,999 │ 25 BTC │ 2012-11 至 2016-07 │
│ 420,000 - 629,999 │ 12.5 BTC │ 2016-07 至 2020-05 │
│ 630,000 - 839,999 │ 6.25 BTC │ 2020-05 至 2024-04 │
│ 840,000 - 1,049,999│ 3.125 BTC │ 2024-04 至 ~2028 │
│ ... │ ... │ 持續減半 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
計算公式：
reward = 50 * 10^8 / (2 ^ (height / 210000)) satoshis
最終發行量：
├── 總計約 2100 萬 BTC
├── 預計 2140 年左右挖完
└── 實際略少（舍入損失 + 銷毀）def get_block_subsidy(height: int) -> int:
"""計算區塊獎勵（satoshis）"""
INITIAL_REWARD = 50 * 100_000_000 # 50 BTC
HALVING_INTERVAL = 210_000
halvings = height // HALVING_INTERVAL
if halvings >= 64:
return 0
return INITIAL_REWARD >> halvings
# 示例
print(f"高度 0: {get_block_subsidy(0) / 1e8} BTC") # 50.0
print(f"高度 210000: {get_block_subsidy(210000) / 1e8} BTC") # 25.0
print(f"高度 840000: {get_block_subsidy(840000) / 1e8} BTC") # 3.125成熟度要求
Coinbase 成熟度規則：
100 個區塊確認要求：
├── Coinbase 輸出需要 100 個確認才能花費
├── 防止重組造成的雙花問題
└── COINBASE_MATURITY = 100
為什麼需要 100 確認？
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 區塊 N（包含 Coinbase） │
│ ↓ │
│ 區塊 N+1 │
│ ↓ │
│ ... │
│ ↓ │
│ 區塊 N+100 ← 此時 Coinbase 可以花費 │
│ │
│ 如果發生重組： │
│ ├── 區塊 N 可能被孤立 │
│ ├── Coinbase 交易消失 │
│ └── 花費該 Coinbase 的交易變成無效 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘# 檢查 Coinbase 是否成熟
bitcoin-cli listunspent 0 9999999 '[]' true '{"include_immature_coinbase": true}'
# 查看錢包的不成熟餘額
bitcoin-cli getbalances
# {
# "mine": {
# "trusted": 1.0,
# "untrusted_pending": 0,
# "immature": 6.25 ← 未成熟的 Coinbase
# }
# }
# 嘗試花費未成熟 Coinbase 會失敗
# Error: bad-txns-premature-spend-of-coinbaseWitness Commitment
SegWit Witness Commitment：
位置：Coinbase 交易的一個輸出
格式：OP_RETURN + 0x24 + 0xaa21a9ed + commitment
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 6a24aa21a9ed + 32-byte-commitment │
│ │ │ │ │
│ │ │ └── Witness commitment 標記 │
│ │ └───── 長度（36 bytes） │
│ └─────── OP_RETURN │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
Commitment 計算：
├── wtxid_commitment = SHA256(SHA256(witness_root || witness_nonce))
├── witness_root = 區塊中所有 wtxid 的 Merkle 根
└── witness_nonce = Coinbase witness 中的 32 bytes
為什麼需要？
├── SegWit 的 witness 數據不在 Merkle 根中
├── 需要額外承諾來驗證 witness 數據
└── 確保 witness 數據完整性礦池標識
常見礦池標識：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 礦池 │ Coinbase 標識 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ F2Pool │ /F2Pool/ │
│ AntPool │ /AntPool/ │
│ ViaBTC │ /ViaBTC/ │
│ Foundry USA │ /Foundry USA Pool/ │
│ Binance Pool │ /Binance/ │
│ Poolin │ /poolin.com/ │
│ SlushPool │ /slush/ │
│ BTC.com │ /BTC.COM/ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
標識用途：
├── 識別區塊礦工
├── 礦池市場份額分析
└── 網路去中心化監測# 提取最近區塊的礦池標識
for i in {0..9}; do
HASH=$(bitcoin-cli getblockhash $(($(bitcoin-cli getblockcount) - i)))
COINBASE=$(bitcoin-cli getblock $HASH 2 | jq -r '.tx[0].vin[0].coinbase')
echo "Block $i: $(echo $COINBASE | xxd -r -p | strings)"
doneExtra Nonce
Extra Nonce 的作用：
區塊頭中的 Nonce 只有 32 位：
├── 最多 4,294,967,296 種組合
├── 現代礦機每秒數百 TH/s
└── 幾秒內就會耗盡
解決方案：Extra Nonce
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 區塊頭 Nonce（4 bytes）+ Coinbase Extra Nonce（8+ bytes） │
│ │
│ 修改 Extra Nonce： │
│ 1. Coinbase 交易改變 │
│ 2. Merkle Root 改變 │
│ 3. 區塊頭改變 │
│ 4. 區塊哈希改變 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
典型 Extra Nonce：
├── Extra Nonce 1：4 bytes（礦池分配）
└── Extra Nonce 2：4+ bytes（礦工本地）驗證規則
Coinbase 交易驗證規則：
1. 結構檢查
├── 必須是區塊的第一筆交易
├── 只能有一個輸入
├── 輸入 txid 必須為全零
└── 輸入 vout 必須為 0xFFFFFFFF
2. ScriptSig 檢查
├── 長度 2-100 bytes
└── 必須以區塊高度開頭（BIP-34）
3. 金額檢查
├── 總輸出 ≤ 區塊獎勵 + 交易手續費
└── 不能超過允許的最大值
4. SegWit 檢查（如適用）
├── 必須有 witness commitment 輸出
└── Coinbase witness 格式正確
5. 其他
├── 版本號有效
└── 輸出腳本標準（策略規則）總結
- ✓ 新幣發行：唯一的比特幣發行方式
- ✓ 獎勵減半：每 210,000 區塊減半
- ✓ 成熟度：需要 100 個確認才能花費
- ⚠ 數據：可包含礦池標識和任意消息
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