一文了解閃電網絡的力量：快速完成物聯網小額支付_IOT

作者:OmerShlomovits原地址:https://zengo.com/make-micro-payments-in-a-flash-the-power-of-lngate/引言

設想你開車到外地去參加一場重要的會議，一路上會途徑三個收費站。那你要給過路費，不是又要把車慢下來，又要浪費一些時間嗎。這就產生了“自動支付系統”的需要。靠設備間通信完成、無需人力介入的原子化支付，是解決這個問題的理想方案。雖然有可能將這些設備與傳統的支付系統關聯起來，但這就引入了一個第三方，他們可能會把管理成本轉嫁給你，甚至收集你的隱私。這樣來看，密碼貨幣可以創建一個更方便的支付系統。因此，把IoT和密碼貨幣結合起來可以解決這些問題。憑借去中心化賬本的概念，比特幣已經成為了一種顛覆性的支付系統，但對支付場景來說，它有一些重大缺陷，比如手續費太高，交易的確認時間很長。閃電網絡已經用一種大膽的做法解決了這些問題——鏈下支付。有了這一進步，用比特幣來做小額支付也頗有前景，而且也能被許多IoT應用接受。然而，在IoT設備上托管閃電網絡和比特幣節點是不可行的，因為它們的存儲、內存和處理開銷。自閃電網絡問世以來，它已經有了超過20000個節點。物聯網設備只有非常有限的計算、通信和存儲能力；因此，在大部分配置較低的物聯網設備上安裝閃電節點都是不可能的。具體來說，使用閃電網絡需要你運行一個閃電節點以及一個比特幣全節點，兩者加起來需要超過340GB的存儲空間。要參與比特幣區塊的驗證，可靠的互聯網連接和相對較高的計算能力也是必不可少的。考慮到所有這些因素，我們需要一種輕量化的解決方案。我們提議一種基于門限密碼學的協議，由可信的閃電網絡網關負責托管完整的閃電網絡節點和比特幣節點，讓物聯網設備能夠通過這個網關發起閃電網絡操作。還可以通過支付手續費來激勵LN網關提供這項服務。我們提議的協議具有以下特點：能夠實現即時付款可以運行在低帶寬的網絡上所需物聯網設備閃電網絡

數據：Arbitrum交易筆數首次超越以太坊主網，創歷史新高:金色財經報道，據Dune數據顯示，昨日以太坊Layer 2擴容解決方案Arbitrum交易筆數達110萬次，首次超越以太坊主網，創歷史新高。

昨日，以太坊主網交易筆數為108萬次，Optimism的交易筆數約為19萬次。[2023/2/22 12:21:33]

我們的協議會用到閃電網絡。閃電網絡是2015年提出的概念，很快就被LightningLabs和其他團體在比特幣上實現了。它是一個比特幣區塊鏈網絡之上的點對點二層網絡。閃電網絡致力于解決比特幣的可擴展性問題。利用比特幣的智能合約功能，閃電網絡讓用戶可以開設安全的支付通道、享受即時和便宜的比特幣轉賬，還能在網絡中實現多跳間接支付。自問世以來，使用閃電網絡的用戶已有了可觀的增長。閃電網絡現在有總計59192個通道，留存1986.06btc。我們用一個例子把閃電網絡講得更清楚些：Alice想給Bob支付，所以跟Bob開啟了一個閃電網絡支付通道。在這個支付通道中，資金可以在Alice和Bob之間雙向流動，無需把交易提交到比特幣區塊鏈上。也就是說交易是在鏈下發生的。

Web3開發平臺Moralis將集成至Aptos:1月18日消息，Web3 開發平臺 Moralis 宣布將集成至 Aptos，參與 Aptos 的開發人員將能夠使用 Moralis 符合國際標準的 Web3 應用程序接口（API），他們的操作將會變得更加便捷。據官方數據顯示，Aptos 鏈上交易量已突破 7000 萬筆，截止目前達到 71,391,253 筆，活躍質押量為 839,021,485 枚 APT。[2023/1/18 11:19:25]

-圖1.一個閃電網絡通道的生命周期-從圖1中可以看出，閃電網絡的一個重要基石是承諾交易。承諾事務有三個輸出。Alice發出的承諾事務的三個輸出一般是：給Alice分配當前她在通道中的余額，但是帶有時間鎖，要過一段時間才能使用給Bob分配當前他在通道中的余額，是馬上就可用的支付合約閃電網絡技術基礎

為了我們的協議，我們修改了閃電網絡的閃電網絡技術基礎#2。閃電網絡技術基礎是閃電網絡用來管理通道的對等節點協議，用來實現安全的比特幣鏈下支付。BOLT#2有三個階段：通道建立通道的正常操作通道關閉門限密碼學

數據：三季度以太坊鏈上NFT交易額占全網91%:金色財經報道，據區塊鏈分析公司DappRader最新數據顯示，以太坊仍然是產生最多NFT交易額的區塊鏈網絡，為依稀最有價值的NFT資產和創新市場和聚合器（如OpenSea、X2Y2、Gem等）提供了巨大支持，三季度以太坊鏈上NFT交易額占全網NFT交易總額的91%（6.45億美元）。不過從第三季度的銷售數量來看，情況有所不同，以太坊仍然是主導鏈，但僅占總銷售量的26.22%。從交易額和交易量之間的明顯差異可以看出，以太坊可能更多地吸引了部分“高端巨鯨級買家”，而其他區塊鏈則受到中小交易者的青睞。此外，Flow區塊鏈的NFT交易額占比為2.54%，Ronin區塊鏈的NFT交易額占比為2.53%。值得注意的是，ImmutableX鏈上NFT總交易額比上一季度增長了87%，是今年唯一一個出現NFT交易額正增長的區塊鏈。[2022/10/4 18:39:14]

我們的主要創新是在閃電網絡中加入門限密碼學。現實生活中的密鑰分割是非常普遍的，但我們要借用到數字世界來。“門限密碼學”是安全多方計算的一個子集，處理的是超過一方參與的密碼學操作。在密碼貨幣的世界里，私鑰被盜會導致資金損失。所以，人們提出了在多方間分割密鑰的想法。在一個門限方案中，密鑰是在多方間分割的，而且預先定義了一個閾值，參與者的數量如果少于這個閾值，無論如何也不能知道關于這個密鑰的信息。為了在物聯網設備上使用閃電網絡，同時無需承擔所有的內存負擔，我們要利用門限密碼學。這也是可以實現的，因為我們把閃電網絡節點獨立了出去，物聯網設備只需參與關鍵的密碼學部分。這樣做可以加速我們的開發進程，讓整個系統更容易跑起來，還節約成本。系統模式

巴西央行行長：比特幣是金融創新:金色財經消息，巴西央行行長表示比特幣是金融創新。[2022/8/7 12:07:23]

-圖2.系統模式示意圖-我們的系統有四個主要部分：物聯網設備；閃電網絡網關；橋接閃電網絡節點；目標閃電網絡節點。其它中介包括：門限客戶端；物聯網設備網關；閃電網絡網關的比特幣核閃電網絡節點；門限服務器。一些假設：物聯網設備可通過網關連接到互聯網。物聯網設備和閃電網絡網關在發送支付的過程中不會掉線。物聯網設備在其余時間可以離線。協議假設一個物聯網設備現在想給目標閃電網絡節點支付從IoT網關開始，設備聯系閃電網絡網關，網關管理著閃電網絡節點、比特幣節點和門限服務器無論什么時候IoT設備發起請求，閃電網絡網關便打開與橋接閃電節點的通道，以連接到目標網絡節點橋接網絡節點可以向發起支付的閃電網絡網關收取路由費IoT設備的支付通過橋接節點路由到指定的目標節點現在，門限密碼學的操作在IoT設備和閃電網絡網關間運行，所以只有閃電網絡網關需要運行這個改進后的協議。系統的其余部分可以運行原始的BOLT協議。安全分析

調查：70%的金融領導者認為CBDC是法定貨幣的未來:金色財經報道，Ripple發布的一份報告指出，金融領域的主要參與者正在考慮將央行數字貨幣（CBDC）作為法定貨幣的未來。 來自全球五個地區的超過70%的受訪者認為，CBDC在未來五年內具有更大的潛力來推動重要的社會變革。

據悉，該調查收集了1,600名受訪者的反饋，亞太地區在CBDC受歡迎程度方面處于領先地位。在該地區，中國央行在最近計劃將其CBDC試點項目擴展到更多城市。（Finbold）[2022/7/15 2:16:22]

這里，我們假設我們的系統會面臨三種威脅：串謀攻擊、IoT設備與閃電網關串謀和勒索攻擊。串謀攻擊：1.閃電網關和橋接節點串謀在我們的系統中，支付總是從IoT設備發送到目標閃電節點的，反過來說，這總是會增加橋接節點在通道中的余額。因此，橋接節點的舊通道狀態余額總是會低于最新的狀態，所以這種勾結不會發生。我們這套協議當前局限于單向的支付，為物聯網設備實現雙向的支付是未來的工作。現在，假設閃電網關要把舊狀態廣播到區塊鏈網絡中。只有閃電網關的某個舊狀態比當前狀態具有更多資金，這樣做才有好處的。但是，這也不可能，因為閃電網關會對IoT設備的每一次支付收費，其余額也是一直上漲的。此外，橋接節點的舊狀態余額也必定較低。所以他們兩個的舊狀態余額都比較低，串謀是得不到好處的。，但是每次承諾事務都有輸出向IoT設備和網關各自控制的地址分配資金，而不是把資金分配給門限私鑰；所以，通道可以做到網關和橋接節點的余額總是遞增的。具體細節見文末所附的完整論文。）2.IoT設備和閃電網關勾結：因為IoT設備的通道內資金總是隨著支付的發生而下降，所以它很容易與閃電網關勾結，向網絡廣播一個過時的狀態。如果橋接節點不想丟失資金，那他在其它時間也不能下線。因此，這種勾結不是我們的協議特有的，而是閃電網絡普遍的問題。盜竊IoT設備的資金：閃電網關可以通過以下方法盜取IoT設備所承諾的資金：把它們發送給其他閃電網絡節點把舊狀態廣播到網絡中與其他閃電網絡節點勾結如果我們使用閃電網絡的原始簽名機制，閃電網關就可以拿走IoT設備在通道中的資金，無需來自IoT設備的簽名。我們所提議的修改——在閃電網關的承諾交易中使用的門限方案——正是為了保護IoT設備不會損失資金。勒索攻擊：這種攻擊是閃電網關偏離協議描述的情形。舉個例子，網關可以告訴IoT設備，“給我多少多少比特幣，不然我就不幫你關閉通道”，或是“現在開始，你要接受10%的服務費率，不如我就不給你服務了”。此時，IoT設備最好的辦法就是拒絕勒索，干耗著。然后，閃電網關會扣著IoT設備的資金，盡可能地拖延。這是個死循環，雙方都是干耗著。LN網關最好的做法是繼續為IoT設備服務并收取服務費。應用和實驗

我們這個協議的應用場景包括電動車充電樁、傳感器數據銷售和停車場收費系統。還是拿一開始的收費站做例子好了，因為我們也實地做了測試。實時響應對收費站來說是最關鍵的，因為理想狀態是汽車通過收費站時不必停車，利用無線網絡就完成支付。每當一輛車進入一個收費站的無線覆蓋領域，它就通過IoT的網關向收費站的閃電網關發起支付請求。這個閃電網關立即發送所請求的支付數額給收費公司的閃電節點。支付完成之后，一條表示“支付成功”的消息通過IoT網關返回給車輛。要讓這個系統在現實中能用，整個支付流程必須在汽車駛離收費站的無線網絡覆蓋范圍之前完成。因為支付只需花費4.12秒，所以車子是能及時完成支付的。至于成本，我們假設一輛車一天要交兩次過路費。假設這輛車已經提前開好通道了，那么使用這套服務唯一的成本就是閃電網關對每次支付收取的服務費。雖然這個費率是由網關決定的，我們假設服務費數額是過路費實際數額的5%。如果每次通行需支付0.75美元的過路費，那么每次支付的手續費就是0.0375美元，每個月的服務費不過是2.5美元。考慮到瞬時支付過路費的便利，每個月多花2.5美元應該不算什么。實際上，信用卡公司的收費差不多，甚至更多。結論

我們的評估結果顯示，閃電網絡節點可以支持快速而及時的物聯網小額支付，而且運營成本很低。本研究的目的是讓資源有限的物聯網設備能夠與閃電網絡交互，并與其他用戶開展小額支付。就我們所知，這是第一個在閃電網絡中實現了門限密碼學的工作。所以，你可以享受旅行、及時抵達，不用擔心過路費支付啦！我們的協議還可以用在許多其它的物聯網小額支付應用中。我們的成果也是門限密碼學閃電網絡通用框架開發的一個里程碑。想要了解整個方案的所有細節，請看我們的論文。希望你有所收獲！

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