UTXO和Account模型一個都不能少

UTXO對於非區塊鏈從業人員來講可能比較陌生，UTXO的全稱是Unspent Transaction Output，這中本聰在比特幣中的一個天才設計。而Account模型就很常見，也很容易理解，你銀行帳戶裏面有多少錢，就是帳戶模型。

關於UTXO的詳細探討，我比較推薦孟巖的一篇文章《其實並無什麼比特幣，只有 UTXO》，這裏比較詳細的講解了UTXO的原理，以及與Account模型的對比。總的來講UTXO和Account模型比起來有如下優點：

1.UTXO數據庫只保留有用數據。

UTXO中的Unspent很重要，也就意味着若是一個UTXO被一筆交易花費掉後，那麼這條記錄就不是Unspent的，也就不必存在於UTXO數據庫中。而Account數據庫則不一樣，對於每一個使用過的帳戶，都得一直保留，無論這個帳戶還有沒有錢，會不會被再次使用。

在比特幣中，爲了提升匿名性和抗量子攻擊，咱們能夠大量生成地址，每一個地址只使用一次，一旦該地址付出過比特幣，那麼公鑰就暴露了，也就不抗量子攻擊了，因此找零不會回到付款地址，而是一個新地址。若是採用Account模型，那麼必然會在數據庫中存放大量餘額爲0的帳戶地址。

2.UTXO支持並行的記帳操做。

在帳戶數據庫中，張三要轉20元給李四，須要進行一個數據庫事務，在張三帳戶裏減20，在李四帳戶里加20。若是與此同時，王五要轉30元給張三，那這個交易就得排隊，沒法並行。之因此這樣，歸根結底是由於這兩筆交易都須要跟「張三的帳戶餘額」這個共享狀態打交道。而在 UTXO 中，數據庫跟蹤的是比特幣的全部權轉移，而不是帳戶的狀態。無論張三本人正在發生多少收支交易，這些收支交易都是發生在不一樣的比特幣上的，更重要的是這些交易之間並不共享任何狀態，所以不會相互干擾，全部這些交易能夠併發執行。這帶來好處不光是快，更重要的是可擴展，可分佈。

3.UTXO模型自然就可以抵禦重放攻擊。

好比A用戶有100，如今給B用戶轉10，若是是Account模型，那麼操做就是：

Tx: A.Balance-=10; B.Balance+=10;

若是咱們將這個交易在打包到區塊鏈後又再廣播到網絡中，A用戶又會再次向B轉10，這就是重放攻擊。Account模型要解決重放攻擊，以太坊採用的是惟一的Nonce值的方法，每一個交易Tx中有一個Nonce字段，對於每一個用戶來講，這個Nonce都不能重複，從而避免了重放攻擊。

若是是UTXO模型，一樣是A轉帳10給B，那麼A的操做就是：

Tx：Input A.UTXO 100  ->  Output[0] B.UTXO 10; Output[1] A.UTXO 90

這筆交易會花費掉100這個UTXO，因此在該交易打包後，若是咱們再次廣播該交易到網絡，會找不到Input裏面對應的UTXO，從而避免重放攻擊。

前面說的都是優勢，咱們也應該意識到UTXO的不足之處：

4.UTXO比Account難於理解和操做

UTXO畢竟概念較新，對於普通用戶和剛入行的程序員來講畢竟難於理解，因此也更難於接受。相反Account模型卻很簡單，很容易理解。在代碼實現上也是，對於比特幣錢包來講，若是有多個UTXO，在支付時，還須要經過必定的算法選擇合適的多個UTXO進行組合，構建交易。而Account模型時，支付就簡單不少，因此大部分智能合約在操做時都是向開發人員提供Account模型，這也是量子鏈的一個功能亮點，在底層用UTXO模型，在合約上提供Account模型，而這中間的複雜轉換，就由量子鏈AAL抽象帳戶層來完成。

5.UTXO碎片化問題

關於碎片化問題，在Account模型中根本不存在，由於只須要一個Balance字段便可，沒有碎片一說。而UTXO不一樣，好比有個慈善組織，有一個小額募捐地址，你們捐款數額不大，基本都是0.1個，0.05個比特幣，慈善組織看到錢包裏有10個比特幣，可是這背後實際上是有幾百個UTXO組成的。當這個慈善組織要發起一筆10比特幣的轉帳交易時，Input方放入幾百條UTXO，並逐一進行簽名，最終使得這個交易體積舉到，交易手續費及高。

另一種UTXO碎片化的場景就是挖礦獎勵。在比特幣的設計中，區塊的第一筆交易叫Coinbase交易，是礦工的挖礦獎勵，在每10分鐘出一個塊的狀況下，UTXO碎片化問題還不容易暴露。咱們若是發行本身的公鏈，出塊速度調整爲1秒，那麼一天就會產生24*60*60=86400個塊，對應的UTXO也會有86400個，若是挖礦的帳戶有20個，那麼一個礦工一天就會收到4320個UTXO，每一個UTXO的金額很小，可是數量特別多，使用起來很麻煩，並且也讓UTXO數據庫膨脹很快。

如何結合UTXO和Account模型的優勢？

既然兩種帳戶模型各有優缺點，那麼咱們在公鏈中能不能揚長避短，結合二者的優點呢？PalletOne就是結合了二者的有點，在不一樣的狀況使用不一樣的模型。

普通Token的流轉採用UTXO模型，這樣能夠充分利用UTXO的並行能力提升性能，抵禦重放攻擊的特性提高安全性。因爲PalletOne採用的是DPOS共識機制，出塊時間短，每一塊的獎勵額度小，因此若是在Coinbase採用UTXO模型必然會致使碎片化。因此PalletOne在Coinbase交易上採用了UTXO和Account相結合的模式。在通常狀況下，咱們採用Account模型，在狀態數據庫中記錄下每個礦工應該獲得的獎勵，在知足某一結算條件時（好比到了某一時間點、到了某區塊高度，或者到了換屆時刻）就將Account模型中每一個礦工應該獲得的獎勵變成UTXO，同時將Account的帳戶餘額清零。這樣作的優點就是避免了UTXO碎片化。因爲UTXO難於操做，因此在對智能合約提供操做接口時，PalletOne也採用了相似量子鏈AAL的設計，對合約來講，只提供Account模型的操做，在執行時，會由中間層實現UTXO和Account的互換，從而下降了合約開發人員的開發難度。

其實除了Coinbase和智能合約支持外，PalletOne還在Token發行和投票選舉中結合了二者的優點。

在Token發行（也就是以太坊上的ERC20）時，PalletOne上全部發行的Token都是和平臺幣PTN同等地位的使用UTXO模型，只是發行的Token和PTN的AssetID不同罷了。而如今大部分其餘鏈發行Token都是基於合約，基於帳戶模型來實現。使用UTXO模型發行Token的優勢除了前面提到的幾點外，還有就是更高的安全性，使用合約和帳戶模型發行的Token，若是一時疏忽就很容易形成大數溢出之類的漏洞，而採用UTXO模型後檢查變得更簡單，要求SUM(Input)>=SUM(Output)便可。

在投票選舉上，由於PalletOne採用的是DPOS共識，因此須要社區對節點進行投票。而若是基於UTXO來進行唱票會致使效率低下，因此針對每一個帳戶持有的PTN數量，PalletOne在狀態數據庫中緩存了其他額，當用戶進行收付款時，同步更新Account模型中的餘額，這樣能夠保證超級節點換屆時，投票結果可以快速統計出來。