Script: стековый язык

Любопытство

1. Почему язык без циклов защищает каждую ноду от бесконечных вычислений?
2. Какая конкретная ошибка в 2010 году позволяла кому угодно тратить чужие монеты до её исправления?
3. Как выход может быть помечен как доказуемо нерасходуемый и при этом содержать данные?

Исследование

1. Bitcoin Script — небольшой стековый язык в стиле Forth. В нём нет циклов и рекурсии, поэтому он намеренно не является полным по Тьюрингу. Такая архитектура гарантирует, что стоимость выполнения любого скрипта ограничена и предсказуема. Ни один скрипт не может выполняться бесконечно или потреблять неограниченные ресурсы, что защищает сеть от атак типа «отказ в обслуживании», присущих универсальному коду. Благодаря простоте любая нода может детерминированно проверять транзакции, не рискуя исчерпать ресурсы.
2. Каждый выход содержит запирающий скрипт (scriptPubKey), который задаёт условия траты. Тратящий предоставляет данные для разблокировки через scriptSig или, начиная с SegWit, через данные witness. В ходе выполнения данные помещаются в стек, а опкоды применяются слева направо. Трата действительна, если выполнение завершается без ошибок и на вершине стека остаётся значение true. Этот бинарный результат защищает биткоины, никогда не раскрывая приватных ключей и опираясь на криптографическую проверку, а не на проверку личности.
3. В 2010 году Сатоши Накамото в качестве меры предосторожности после обнаружения ошибок отключил несколько опкодов, включая OP_CAT и OP_MUL; одна из этих ошибок (в OP_LSHIFT) могла приводить к падению нод. Ещё более серьёзный изъян заключался в том, как scriptSig и scriptPubKey объединялись и выполнялись как единый скрипт: scriptSig, заканчивающийся на OP_RETURN, мог завершить выполнение с результатом 'true' ещё до того, как запирающий скрипт вообще начинал выполняться, что позволяло кому угодно тратить чужие монеты. Первое исправление сделало так, что OP_RETURN стал сразу приводить к ошибке; в более позднем релизе пошли дальше и стали выполнять scriptSig и scriptPubKey как отдельные скрипты. Это изменение укрепило модель безопасности и устранило опасные операции, которые могли быть использованы злоумышленниками или приводить к непредсказуемому поведению.
4. OP_RETURN помечает выход как доказуемо нерасходуемый. Он используется для записи небольших объёмов данных в блокчейн без создания действительного способа траты. Поскольку никакая подпись не может удовлетворить OP_RETURN, монеты блокируются навсегда, но связанные с ними данные остаются частью истории блокчейна. Поскольку такие выходы никогда не могут быть потрачены, ноды не включают их в множество монет, доступных для траты.
5. Чтобы понять механику, пошагово выполните на бумаге «2 3 OP_ADD 5 OP_EQUAL». Начните с пустого стека. Поместите в стек 2, затем 3. Примените OP_ADD: он извлекает оба значения и помещает в стек их сумму (5). Снова поместите в стек 5. Примените OP_EQUAL, чтобы сравнить два верхних элемента; поскольку они совпадают, в стек помещается true (1). В итоге в стеке остаётся единственное значение true, что удовлетворяет требованию действительности. Эта простая арифметика показывает, как опкоды работают со стеком, вычисляя условия.
6. Откройте обозреватель блоков и найдите любую стандартную транзакцию. Найдите scriptPubKey в разделе выходов: он начинается с OP_DUP для устаревшего (legacy) выхода P2PKH, с OP_0 для нативного SegWit или с OP_1 для Taproot. Затем откройте транзакцию, которая тратит такой выход, и найдите подпись и ключ — в scriptSig для устаревших выходов или в witness для SegWit и Taproot, — которые удовлетворяют этому скрипту, оставляя значение true в стеке выполнения для всех проверяющих нод.

Ключевые факты

Упражнение девять, шесть, три, один

Проверка фактов

Даты, цифры и утверждения были проверены по приведенным ниже опубликованным источникам.

• A. M. Antonopoulos & D. A. Harding, Mastering Bitcoin, 3rd ed. (2023), ch. 7
• Bitcoin Wiki, 'Script'
• Bitcoin Developer Reference