P2SH-为比特币赋能的脚本

P2SH即Pay to Script Key Hash，最常见的应用是多重签名，N把公钥，M人签名时才能花费这笔交易(M<=N, N<=16)，地址通常是以3开头的格式。当然，p2sh除了用来做多重签名之外，能做的事情简直无数。

P2PK

比特币早期中本聪时期是P2PK(pay to public key)这种输出形式的，最早是直接放入一把公钥进去了，还是未压缩的，感受一下：

1

04678afdb0fe5548271967f1a67130b7105cd6a828e03909a67962e0ea1f61deb649f6bc3f4cef38c4f35504e51ec112de5c384df7ba0b8d578a4c702b6bf11d5f OP_CHECKSIG

• 0x04开头，表示是未压缩的
• 0x04后面紧接这的是64字节是公钥内容
• OP_CHECKSIG：操作码，用于花费的时执行验证签名

那么验证时（即花费这笔输出）堆栈内容为：

1
2
3
4
5

花费脚本为：
<signature>

连接前向的输出，完整的堆栈：
<signature> <pubkey> OP_CHECKSIG

OP_CHECKSIG执行签名检查，并返回检查结果，true则通过签名检查，可以花费。

P2PKH

后来发现公钥其实用哈希就可以了，没必要放出公钥内容，被称为P2PKH(pay to public key hash)。于是输出脚本演化为：

1

OP_DUP OP_HASH160 <public_key_hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

• OP_DUP: 操作码，复制栈顶元素
• OP_HASH160：操作码，计算栈顶元素Hash，即计算公钥的哈希
• public_key_hash：公钥的哈希值，20字节
• OP_EQUALVERIFY：操作码，判断是否相等
• OP_CHECKSIG：操作码，用于花费的时执行验证签名

此类型输出，就是最常见的1开头的地址输出。那么验证时的堆栈内容为：

1
2
3
4
5

花费脚本为：
<signature> <pubkey> 

连接前向的输出，完整的堆栈：
<signature> <pubkey> OP_DUP OP_HASH160 <pubkey_hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

验证运算过程：

1. 从前往后找OP操作码，首先遇到OP_DUP
   • 执行后堆栈为：<signature> <pubkey> <pubkey> OP_HASH160 <pubkey_hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
2. 执行OP_HASH160
   • 执行后堆栈为：<signature> <pubkey> <pubkey_hash> <pubkey_hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
3. 执行OP_EQUALVERIFY，即验证该哈希是否与公钥匹配
   • 执行后堆栈为：<signature> <pubkey> OP_CHECKSIG
   • 到这里就与P2PKH一致了
4. 执行OP_CHECKSIG，验证签名。

这个过程汪海波写过文章详细的阐述过：理解比特币脚本。p2pk改进为p2pkh后，输出长度缩小了一半多，同时隐私方面迈出了一小步：别人转给你的币在你未花费之前，别人是不知道你的公钥具体内容的。是不是很赞？

原始多重签名

随着社区快速发展，人们发现需要多重签名，很快就出现了多重签名的输出格式，Gavin在BIP11里描述了这种输出：

1

m {pubkey}...{pubkey} n OP_CHECKMULTISIG

2/2的一个原始多重签名示例：

1
2
3
4

2
04cc71eb30d653c0c3163990c47b976f3fb3f37cccdcbedb169a1dfef58bbfbfaff7d8a473e7e2e6d317b87bafe8bde97e3cf8f065dec022b51d11fcdd0d348ac4
0461cbdcc5409fb4b4d42b51d33381354d80e550078cb532a34bfa2fcfdeb7d76519aecc62770f5b0e4ef8551946d8a540911abe3e7854a26f39f58b25c15342af
2 OP_CHECKMULTISIG

验证时的堆栈内容为：

1
2
3
4
5

花费脚本为：
0 <sig_1> <...> <sig_M>

连接前向的输出，完整的堆栈：
0 <sig_1> <...> <sig_M> M <pubkey_1> <...> <pubkey_N> N OP_CHECKMULTISIG

OP_CHECKMULTISIG的运行过程稍微复杂一些：

1. 弹出最后一个数，就是N，公钥总数。
   • 执行后堆栈为：0 <sig_1> <...> <sig_M> M <pubkey_1> <...> <pubkey_N>
2. 弹出N个堆栈元素，就是这N把公钥。
   • 执行后堆栈为：0 <sig_1> <...> <sig_M> M
3. 弹出签名数量M，即需要M个签名数量。
   • 执行后堆栈为：0 <sig_1> <...> <sig_M>
4. 弹出M个堆栈元素，即需要M个签名。同时对M个签名进行验证。
   • 执行后堆栈为：0
5. 弹出最后一个元素0。
   • 0即OP_0，为啥多这么一个奇怪的元素呢，因为早期实现OP_CHECKMULTISIG时，存在一个BUG，导致必须多放入一个元素到堆栈里。为了保持兼容性，则不得不放入OP_0，否则就是造成硬分叉。

这种类型的输出存在时间很短，大部分人几乎不知道它的的存在，如果你哪天看见某个交易的一个输出里冒出好几个地址，那就是这种古老原始的多重签名。早期主要应用于2/3的担保交易中。

P2SH

因为实在是又丑又笨，Gavin很快捣鼓出一个改进版本BIP16：

1

OP_HASH160 <redeem_script_hash> OP_EQUAL

其实不用把公钥放在输出里了，放入其HASH值即可，与早期P2PK进化为P2PKH一样，将这些公钥连接在一起并计算出其HASH160的值：

1
2
3

RedeemScript = OP_nRequired | PUBKEY_1 | ... | PUBKEY_N | N | OP_CHECKMULTISIG

20-byte-hash-value = RIPEMD-160(RedeemScript)

RedeemScript就是把参与的公钥以及m/n的设置值等连接在一起的内容，RedeemScript其实就是前面提到的“原始多重签名”的输出，哈希后产生的这20个字节刚好可以转为普通地址显示，就是现在最常见的3开头的p2sh多重签名地址。N最大为16把公钥。

验证时的堆栈内容为：

1
2
3
4
5

花费脚本为：
OP_0 <sig_1> <...> <sig_M> <redeemScript>

连接前向的输出，完整的堆栈：
OP_0 <sig_1> <...> <sig_M> <redeemScript> OP_HASH160 <redeemScriptHash> OP_EQUAL

验证过程分为两大步骤，第一步骤：

1. 执行OP_HASH160，计算HASH值：<redeemScript> OP_HASH160
   • 执行后堆栈为：OP_0 <sig_1> <...> <sig_M> <redeemScriptHash><redeemScriptHash> OP_EQUAL
2. 执行OP_EQUAL，验证两个哈希值是否相等
   • 执行后堆栈为：OP_0 <sig_1> <...> <sig_M>

第二步骤，将展开花费脚本中的RedeemScript展开得到子脚本，就得到与“原始多重签名”一致的堆栈数据格式，并执行类似的验证过程：

1

OP_0 <sig_1> <...> <sig_M> M <pubkey_1> <...> <pubkey_N> N OP_CHECKMULTISIG

当然，RedeemScript除了放多重签名脚本外，还可以放其他任何脚本，多重签名仅仅是一种应用而已，p2sh提供了无限可能性。

软分叉的关键点

在第一步骤中，redeemScript是作为一个整体数据进栈的，而在第二步里，redeemScript会按照脚本进行解析得到N个栈元素，然后再依次进栈进行验证。这个过程是非常巧妙的，在第一步里，仅验证了脚本的哈希值是否一致，并没有验证签名。真正的签名信息是在第二步骤里进行验证的。因为这点，所以可以软分叉实施P2SH，老节点仅执行第一步骤，新节点执行两个步骤。

当花费过一次后，redeemScript其实就公开了，那么对于老节点来说，任何人都可以用这个公开的redeemScript花掉相同地址的币（验证哈希值）。这就是被称为任何人可以花费（Anyone can spend）的原因。不过，特性激活后，新版全节点（出块节点必然是新版）会强制执行第二步验证，永远都不会被其他人偷花。

激活

P2SH的激活，其实算是UASF或者是GASF（Gavin Actived Soft Fork），那时也没有规范的软分叉升级方案，如BIP9。升级代码就直接发布了，并设立了激活信号日2012年04月01日(测试网是2月15日)。支持的用户直接升级代码，不支持的用户不升级代码。

为了防止潜在网络分叉，矿工在coinbase交易里打标识/P2SH/来标明支持P2SH。但这个仅供人为观察，并不是代码层面的。

影响深远

P2SH是一个高度灵活的脚本方案，意义重大，影响深远，简直像打开了宝藏一样。其为后面的SegWit，MAST都铺平了道路。

发展状况

数据来源：https://p2sh.info

截止2019年2月，全网大约32%的币存储在P2SH的输出里。

p2sh-values

P2SH的输出类型统计：

p2sh-types