比特币性能反超？ ｜改变加密货币游戏规则的闪电是什么

企划｜Tina编辑｜Julian

确认时间长，手续费高……随着比特币转账越来越多，区块链容量越来越大，转账时间越来越大，手续费越来越贵。

如今，似乎只有房子、汽车等大宗交易才会选择使用比特币进行支付，这样我们就可以等得起转账确认时间，负担得起交易手续费。 现在用比特币买披萨，时间和手续费已经远远超过了披萨本身的成本。

经过近 9 年的发展，可扩展性已经成为比特币的一大软肋。 也就是说，如果比特币网络不能通过提高吞吐量来应对日益频繁的交易流，比特币将很难长期留住用户。

比特币的可扩展性问题不仅要解决，而且要迅速、安全地解决。 否则，比特币最终可能成为昂贵的艺术品收藏品，逐渐失去支付和交易的实际意义。 闪电网络（Lightning）的出现或将重塑比特币。

随着闪电网络的不断更新完善，比特币最终或将成为全球支付中不可或缺的生态系统，并像支付宝一样应用于人们日常生活中的支付场景。

改变游戏规则的游戏

2015年2月，智能合约交易平台Mirror的首席技术官约瑟夫·潘（Joseph Poon）和撒迪厄斯·德里亚（Thaddeus Dryja）撰写了一篇题为《比特币闪电网络：可扩展外链即时支付》的白皮书. 它后来被证明是加密游戏规则的改变者。

当时白皮书只是一个没有代码的不完整提案，但在比特币技术界引起了不小的轰动。 因为这个想法允许任何一方之间近乎即时、低费用的比特币支付！ 此后，闪电网络技术在短短几年内取得了飞速发展。

闪电网络白皮书提出了实现支付渠道完全无信任网络的解决方案：扩容比特币以提供即时且廉价的交易需要重大技术突破，后来理论上升级的代码称为闪电网络。

如果用一句话来解释，闪电网络就是在两个用户之间建立一个专属通道； 通道建立后，两个用户就可以通过这个通道进行转账，从而“跳过”传统的比特币转账确认流程（这里的“跳过”是引号）。 闪电网络有两个主要优势，一是传输速度快； 另一个是转让费低。

闪电网络允许用户在全球范围内打开彼此之间的直接支付通道。 但这种技术实现需要足够多的网络节点参与。 如果没有足够的支持，闪电网络将不会产生任何有意义的影响。 截至今年 1 月 19 日，整个闪电网络只有 89 个参与节点。

因此，在今年之前，闪电网络并没有受到大多数人的青睐。 对于一些人来说，这表明这种扩展比特币的解决方案是不可行的。 有人认为这是因为技术还没有完成，短期内不会被看好，所以缺乏落地。

这种情况在最近几个月发生了巨大变化。 目前，比特币闪电网络节点和通道的数量增长显着。 截至 5 月 24 日，已有 6,600 多个直连频道。 可以预见，比特币闪电网络未来仍将是一个持续的过程，并且会呈几何级数增长。

未来无论是用比特币支付房屋、汽车等大额交易，还是比萨饼、苏打水等普通交易，都将是实时且便宜且安全的。 让我们仔细看看闪电网络的技术原理。

重塑比特币

目前，第一批Lightning实现已经迎来内测阶段。 这意味着每天都有更多的节点出现在网络上，越来越多的用户互相开通通道，一些商家甚至开始接受闪电支付。

但当然，目前的闪电网络仍处于早期发展阶段。 虽然已经基本可用并提供了一些钱包等应用比特币有什么作用和功能，但比特币覆盖的支付网络在未来几年显然需要在网络架构、安全性、易用性等方面进行完善。

下面，我们将看看目前正在开发的一些更重要的闪电网络项目。

双筹资渠道

闪电网络由一系列支付渠道组成。 每个支付通道都存在于两个用户之间，允许资金在双方之间来回发送。

但是，在发展初期，支付渠道只允许双方其中之一进行支付。 发送方必须首先与接收方发起交易； 只有在那之后，接收方才能在同一支付渠道上退还资金。

但是，闪电网络白皮书中提出了双重资金渠道的概念，其背后的公司ACINQ也以此为基础提出了规范的方案。 顾名思义，双重资金渠道允许两个用户存入比特币以随时向对方发起付款。 这将为 Lightning 用户带来更灵活的体验，这意味着他们将能够在打开通道后立即发送和接收资金。

深潜互换

为了使用 Lightning 进行支付，用户必须将资金存入 Lightning 通道。 一旦进入通道，这些资金就不能发送到正常的（链上）比特币地址（除非通道关闭）。 这意味着闪电通道中的比特币将与普通钱包中的比特币分开——这种方式完全符合支票账户中的钱不能与储蓄账户中的钱共享的想法。

但是，还有其他解决方案可以在闪电网络支付和链上支付之间无缝切换。 一种这样的解决方案是 Submarine Swaps。 由 Alex Bosworth（最初由 Lightning Labs 首席技术官 Olaoluwa Osuntokun 构想）开发的一项新技术，深度互换本质上允许用户向闪电网络内的中介发送闪电支付； 发送到常规（链上）比特币地址的比特币数量。

当然，也可以反过来：用户定期向中介发送链上支付； 然后中介将相应数量的比特币发送到闪电网络上的接收闪电节点。 重要的是，在深度互换中，这种转换将“自动完成”。 使用已经嵌入闪电网络的技术，闪电支付和在线支付将被有效地联系起来。 这意味着中间人无法在不转发付款的情况下窃取资金。 （通过与用户的协议，中介可以对其服务收取少量费用。

拼接

使 Lightning 用户体验无缝的另一个解决方案是“拼接”。 从本质上讲，拼接允许用户在现有的闪电通道中“充值”资金，或者从通道中“提取”资金，从而保持通道畅通。

基本思想非常简单。 任何 Lightning 通道都从开启交易并确保两个用户同意在通道中转移资金开始。 闪电通道的其余部分由两个用户之间的一系列后续交易组成，这些交易通常不会广播到比特币网络。 在通道关闭之前，公开交易中的资金实际上不会移动。

当“切入”时，用户使用公开交易将资金发送到包含更多比特币（来自一个或两个用户）的替代公开交易中。 一旦这个新的公开交易在区块链上得到确认，通道就会被填充。 在确认新开启的交易之前，双方用户可以同时更新旧通道和新通道，从而避免“通道停机”问题。

在“拼出”的同时，用户向一个常规（链上）地址发送一个公开交易，并使用相同的方法将部分资金保留在通道中。 这样，用户将能够直接从闪电通道内进行链上交易。

埃尔图

每当进行新的支付操作时，用户之间的闪电通道就会更新以反映账面余额。 目前实现这一点的主要方法是惩罚试图广播旧余额状态进行欺诈的用户（因为旧余额状态可能代表更高的支付金额）。 涉嫌欺诈的用户可能会损失其渠道中的所有资金。

问题在于广播旧的余额状态并不总是表示欺诈。 在相当多的情况下，用户可能会不小心广播旧余额； 例如，软件错误或备份错误可能会导致此类情况。 在这样的场景下，以清空渠道资金来惩罚他们，显然是不公平的。

eltoo 最初发表于 2018 年 4 月 30 日，是本文提出的最新建议。 由 Blockstream 的 c-lightning 开发团队（由 Christian Decker 博士和 Rusty Russell 博士领导）和来自 lIghtning Labs 的 Lsuntokun 开发。 Eltoo 通过建立一个时间锁定的交易链来更新渠道，其中每笔交易都花费前一笔交易的资金，准确反映渠道中的最新余额数字。

如果一个用户广播一个旧交易（代表旧通道余额），对方将有一段时间广播最新交易（代表最新通道余额）。

虽然此类解决方案目前有效，但它们无法在出现故障时提供必要的支持。 在这种情况下，我们仍然需要在比特币区块链中广播和记录整个交易链，这必然会在一定程度上破坏闪电网络的设计初衷。 因此，Decker 提议对比特币协议进行软分叉更改，引入此类交易的新层次结构：任何更新的交易都可以覆盖任何旧的交易，而不需要对整个链进行任何更改。 所有交易都被完全广播。

如果这种软分叉机制在比特币网络上被采用和激活，Lightning 用户将能够利用现有的方法和 eltoo 创建的通道——这取决于他们的实际需要。

紧凑的客户端块过滤机制

虽然闪电网络是第 2 层协议，但比特币区块链本身仍然为闪电网络用户提供了必要的安全保障。 具体来说，闪电网络用户必须密切关注区块链，看看它是否包含某些交易。 但这种方式往往对资源要求较高，不适合移动用户的实际情况。

这个问题的理想解决方案称为简化支付验证（简称SPV），在比特币白皮书中已有描述。 当前的 SPV 钱包使用称为“布隆过滤器”的技术解决方案来确定相关交易是否实际发生。

不幸的是，布隆过滤器的隐私保护非常有限，因为钱包基本上会向比特币网络上的各个节点透露所有地址。 此外，还存在一些可扩展性和可用性问题，因为每个单独的 SPV 钱包将占用至少一个完整比特币节点的资源。

为了解决上述问题，Lightning Labs 的 Osuntokun 和 Alex Akselrod 与 Coinbase 开发者 Jim Posen 合作设计了一种新的解决方案——“紧凑型客户端块过滤”机制，并开始在 Neutrino 钱包中试用。

紧凑的客户端块过滤，基本涵盖了目前SPV钱包的所有固有优势。 通过创建布隆过滤器并将其发送到所有节点，每个节点可以为所有 Neutrino 钱包创建一个相应的过滤器。 之后，Neutrino 钱包使用这个过滤器来验证相关交易是否确实发生了——这样，用户将能够确保他们不会暴露在欺诈活动中。 （如果过滤器产生匹配项，Neutrino 将拉取相关块以查看匹配项是否与实际交易相关联；这将避免误报。）

有趣的是，虽然这种方式在设计时考虑了闪电网络的体验，但它也适用于普通的轻量级钱包解决方案。

瞭望塔

为了避免欺诈影响，闪电网络用户必须持续跟踪所有可能与其相关的潜在链上交易活动。

虽然紧凑型客户端块过滤的出现使这变得相对容易，但用户仍然需要偶尔“检查”以确保他们没有被骗。 而一旦忘记定期检查，就会产生安全隐患。

“瞭望塔”是这个问题的潜在解决方案，在闪电网络白皮书中已经提到，闪电网络白皮书的合著者、闪电网络开发者 Tadge Dryja 等人一直致力于改进它。 顾名思义，Watchtowers 允许用户将区块链监控任务外包给其他第三方。

目前的瞭望塔设计尚未最终确定，但基本可以使用。 每当用户对频道进行更新时，它都会向 Watchtower 发送一个小数据包。 此数据包的开头是用户应注意的交易“提示”，这是拼图的一部分。 该提示本身不会向守望者透露任何需要注意的交易内容，这意味着用户不会遭受任何隐私风险。

但是，如果相关交易存在于比特币区块链中，Watchtower 可以使用该提示来识别交易。 之后，利用来自区块链本身的交易数据，Watchtower 将能够使用它收到的数据包的下一部分重建惩罚交易。 这笔惩罚交易会将通道中的所有资金发送给受骗方。 （在 eltoo 的情况下，它只会广播正确的频道余额。）这种惩罚交易也可以通过设计进行调整，以允许 Watchtower 索取其中一些资金作为赏金作为这项任务的处理奖励。

用户可以将频道监控外包给多个 Watchtower 方。 这样一来，即使一方或多方失败，闪电网络用户的实际风险仍然可以忽略不计。

原子多路径支付

使闪电网络成为网络的核心是用户之间的支付渠道保持连接。 通过其他用户在网络上充当“中间人”，用户可以向其他没有直接开通频道的用户支付频道费用。

但目前的单笔支付仍需通过独立路由完成。 如果一个用户打算支持500万个比特币给另一个用户比特币有什么作用和功能，他不仅需要在单个通道中有500万个比特币，还需要在负责转账的路由中有500万个比特币。 支付金额越高，通过中介支付的可能性就越小。

原子多路径支付（Atomic Multipath Payment，简称AMP）一直在探索解决上述问题的道路。 这个想法最初是由 Lightning Labs 的 Osuntokun 和 Conner Fromknecht 提出的。 基本理论很简单：一笔大额支付可以“拆分”成多笔小额支付，每个拆分部分都有自己从付款人到收款人的传递路径，通过不同的中介机构实现。

但实施这一解决方案的核心挑战是闪电支付失败的可能性，这对拆分支付活动产生巨大影响——显然，部分支付的失败率会高于整体支付。 在这种情况下，商家将不愿意接受小额支付方式，用户也不愿意通过这种方式进行任何购买。

为了解决这个问题，原子多路径支付利用一组哈希时间锁定合约的扩展来确保合约在闪电路径上有效，同时也在网络上传递关键数据。 再加上类似于确定性钱包使用的技术（利用相同的种子生成多个比特币地址），大额支付中的小额支付只能由收款人赎回。 更具体地说，如果某些秘密数据未能完成完整的路由过程，则整个支付活动将失败。

原子互换

闪电网络被设计成比特币中的一个扩展层。 但由于许多其他加密货币实际上是比特币代码库的软件分支，我们通常可以相对容易地为这些货币创建相应的扩展层。 莱特币已经有一个小型闪电网络，相信未来会有更多与其他加密货币相关的闪电网络。

有趣的是，这些网络有望在未来得到充分整合。

使用所谓的“原子交换”（闪电网络中的一个基本构建块，最初由 Tier Nolan 提出并由闪电实验室的 Fromknecht 在闪电网络上实施），支持的通道将能够连接不同的区块链。 换句话说，一个用户可以发送比特币，只要目标网络上的节点愿意接受交换请求，另一个用户就可以收到莱特币付款。

当然，这也意味着用户可以通过这样的方式完成自助转账：比如发送比特币，接收莱特币，相当于加密货币兑换。 实际上，闪电网络可以建立一个无需信任的加密货币交换网络。

渠道工厂

闪电网络的核心优势在于有望在不增加比特币网络负担的情况下大幅提高比特币的交易限额。 两个用户只要在自己的通道中存有资金，他们就可以通过几乎无限多种方式互相支付资金，而这只会聚合成链上的两笔交易：一个是开放的支付通道，另一个是开放的支付渠道。 关闭支付通道。

尽管如此，如果比特币和闪电网络随着时间的推移获得越来越多的用户，那么每个支付渠道的两笔交易可能会产生巨大的处理需求。

苏黎世联邦理工学院研究员 Christian Decker（也是 Blockstream 的成员）、Roger Wattenhofer 和 Conrad Burchert 共同提出了“通道工厂”的概念，有望进一步减少每个支付通道带来的平均链上交易数量。

根据 Decker 和 Wattenhofer 从 2015 年开始提交给 Lightning 的方案，通道工厂也是一个支付通道，可以存在于多个用户之间。 同时，与其他支付渠道一样，渠道工厂也只需要生成两笔链上交易。 （如果在比特币区块链上实现 Schnorr 签名，即使交易本身很复杂，涉及的用户很多，其最终的处理任务也会非常简单。）

反过来，我们也可以使用通道工厂作为闪电网络中的“子通道”。 通道工厂的参与者可以相互打开和关闭几乎无限数量的闪电通道，而不会产生任何额外的链上交易。 这样，闪电网络上的链上交易数量理论上可以减少一个数量级。

参考链接：

核子可乐翻译

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