閃電網絡：詳解比特幣Layer2擴容方案_ALI

什么是閃電網絡?(Lightning Network)

閃電網絡是比特幣最具討論度的Layer2擴容方案之一，其背后的主要思想是設計一種支付協議，可用于比特幣所面臨可擴展性問題的鏈下解決方案。

究竟比特幣面對的問題是什么？閃電網絡又要解決什么問題?

以比特幣的交易速度來說，每秒只能處理2~7筆交易，想像一下用比特幣進行支付，就像需要去銀行排隊轉帳一樣，一但交易量暴增，銀行很難處理？這種支付方式明顯難以接受。

而閃電網絡就像行動支付，你可以把一部分的錢存到行動支付，與任何支援的商家或個人快速地進行轉帳。

某一天夜深人靜，阿平跟阿菜兩人無聊，決定比賽，用行動支付互相轉帳，每筆只轉一塊錢，看誰轉的比較多。

如果是傳統的銀行模式，兩人可能排隊排一夜只能玩個幾次，還需要花手續費，根本沒辦法玩。

透過行動支付一個晚上下來可以轉上千次，最終結果是阿菜比阿平手速快，一塊險勝。

而結算時行動支付會替他們去銀行排隊，然后跟柜臺說 : “阿平帳戶馀余額-1，阿菜帳戶余額+1”。讀到這就能大致了解閃電網絡解決方案的基本邏輯了。

重點來了，“閃電網絡”要如何運作才能保證資產能夠在無信任的前提之下進行交易，并保障交易能夠安全的回到比特幣主鏈上確認呢？

以下就來介紹幾項閃電網絡的關鍵技術的概念。

單向支付渠道

Kraken官方宣布支持比特幣閃電網絡:金色財經報道，Kraken官方宣布支持比特幣閃電網絡，該網絡現已面向所有客戶開放。Kraken公告稱，普通的BTC交易受到區塊時間的限制，并可能面臨高額的交易費用，而當你把BTC轉入或轉出你的Kraken賬戶時，閃電網絡可以實現即時結算，并降低費用。[2022/4/2 13:59:50]

單向支付渠道(One-Directional Payment Channel)

在閃電網絡出現之前，單向支付渠道的概念已經存在了一段時間了，但應用有限。

Alice向Bob開啟了一個單向支付渠道，在這渠道中Alice有10BTC，Alice可以向Bob支付鏈下交易，但這個渠道是單向的，也就是說Bob不能通過相同的渠道支付給Alice。

假如Bob在接收到1個比特幣后:

可以選擇關閉渠道，將交易廣播至主鏈，讓礦工做確認，即可從Alice那獲得1個比特幣。

或者，Bob知道日后Alice會繼續支付比特幣給他，選擇讓通道繼續開著。

問題來了，Bob擁有最后的簽名與廣播權，如果Bob是個無賴，讓通道一直開著，Alice就永遠沒辦法結算，10BTC就會被被綁架在這個支付渠道中。

所以一般而言，支付渠道都會搭配一個配套措施“時間鎖”。

時間鎖 CheckSequenceVerify（CSV）

閃電網絡大額通道wumbo存在漏洞，或導致通道癱瘓兩周:比特幣閃電網絡獨立開發者Joost Jager表示閃電網絡大額通道wumbo存在漏洞，其可以致使攻擊者在幾乎不費力氣且零成本的情況下攻擊支付通道。不過，他說他正在努力尋找一個可能的解決方案。Jager表示，這類攻擊可以在wumbo通道上進行。在交易方相互同意的前提下，wumbo通道可以在閃電網絡上實現更大額的交易。wumbo通道取消了常規閃電通道所能持有的比特幣數量的限制——按當前的價格計算，該通道的比特幣價值約為1760美元。其還取消了個人支付450美元的上限。Jager說wumbo通道可能被利用，因為該通道在任何時候都不能持有超過483哈希和時間鎖合約（HTLCs），不管容量有多大。因此，一個作惡者向自己發送483筆小額支付，并控制HTLCs，足以使一個通道癱瘓長達兩周。這位開發者舉例證明了可以通過使用最大線路長度來增加loop和更多的合約來實現這一攻擊，只需少量的投入，在這個例子中就是580萬聰。“如果幸運的話，他們只需要支付54筆支付就可以完成攻擊。一個小小的通道就能讓兩位數的比特幣癱瘓。”他補充說，他已經為閃電節點項目啟動了一個名為Circuit Breaker（熔斷）的新防火墻來解決這個問題。當被問及這種“惡意攻擊”是否是閃電網絡目前最嚴重且未解決的攻擊向量時，他補充說：“這取決于你如何定義嚴重。還有其他的攻擊類型會讓你損失資金，這看起來更糟。但這個問題是最大的問題之一，因為我們不知道如何解決。”使用wumbo通道，用戶可以發出信號，表示他們想要發送超出常規限制的比特幣，并找到一個愿意接收這筆支付的節點。常規的閃電網絡用戶發送微支付將不會受到影響，但對于商戶和企業支付來說，這是一個更好的選擇。越來越多的人開始接受wumbo通道，Bitfinex也在最近宣布支持這個通道。[2020/9/23]

所謂的時間鎖就是，在創建通道時會先約定好一個時間，時間一到，通道就必須強制關閉，有兩人簽名的交易將會上鏈做交易確認，沒有簽名的余額，會被返回給原持有人。

數據：比特幣閃電網節點數量為13624個:據1ML數據，當前比特幣閃電網絡節點數為13624個，過去30天內增加2.92%；通道數量為37286個，過去30天內減少0.2%；網絡容量達到1048.51個BTC，過去30天內增加5%。[2020/8/30]

Alice和Bob在創建時，約定好在1000個區塊后，通道必須關閉。

所以Bob必須要在時間到之前，簽名并廣播交易，才能拿到Alice給他的1個比特幣。

如果Bob遲遲不簽名廣播，一但約定時間到，Bob將一毛錢也拿不到。

雙向支付渠道

雙向支付渠道?(Bi-Directional Payment Channel)

單向支付渠道之所以簡單，是因為交易是單向的，只允許兩個人中的其中一個人發送交易，另一個人廣播交易，不會有信任問題，但應用場景相對有限。

由于單向渠道在應用上的不足，閃電網絡想要打造的是無信任的雙向支付渠道，讓渠道的雙方能夠自由進行交易。

那么閃電網絡要如何避免交易雙方產生信任問題，實現雙向支付渠道呢？

所謂的信任問題包括:

雙向支付渠道代表雙方都必須有部分資金在渠道，那資產會不會消失?

如何保證最終結算不會有誤?

支付渠道是P2P網絡，沒有驗證機制，誰來保護帳本?

單向支付渠道透過時間鎖解決無法順利結算的問題，為了擴大應用場景的雙向支付渠道。

動態 | 比特幣閃電網絡節點已超6000個:比特幣閃電網絡繼續以高速增長，1ML最新統計數據顯示：閃電網絡（LN）的節點數量為6088，上漲14.61%；網絡容量已達657.10個BTC，較上個月增加了15%，價值約240萬美元；主網的頻道數量近2.5萬個（24660），比上月增加27.3%。[2019/2/11]

我們要介紹的是若要做到雙向支付渠道所需的技術同時也是閃電網絡的核心技術，RSMC以及HTLCs。

RSMC可撤銷順序成熟度合約

RSMC可撤銷順序成熟度合約(Revocable Sequence Maturity Contract)

RSMC 其實就是資金池，打開支付渠道時，雙方將資產放入這個資金池中，封起來各自用一把鑰匙鎖上，交易時不會真的動用到該筆資金，而是用合約的方式紀錄兩人在資金池裡的剩馀資產，等到關閉通道時，才會打開這個資金池做結算。

雙向支付通道如何運作？

從頭到尾，涉及的雙方只需要與比特幣區塊鏈進行兩次互動。

一次打開支付渠道而另一次是關閉渠道，在這之間發生的所有其他交易都不直接與主鏈接觸，這意味著，只有在雙方都同意并簽名的狀態下，交易才會被確認。

假設Alice和Bob打算頻繁進行交易，雙方同意開開雙向支付通道，并約定好在1000個區塊后強制結算。

動態 | 閃電網絡容量兩日內增加10BTC:據btcmanager報道，統計數據顯示，閃電網絡的容量在7月8日僅為40 BTC，而7月10日則為51.72 BTC（超過3.3萬美元）。閃電網絡容量從30 BTC增至40 BTC花費了一周時間，卻僅用兩天便從40 BTC增加到超過50 BTC。閃電網絡中的節點數量為2719，其間創建了8951個通道用于傳輸比特幣。大約2000個節點擁有活動的通道，過去24小時內打開了182個新的通道。[2018/7/11]

Alice和Bob必須先在鏈上開啟一個多重簽名錢包，才能開開雙向支付通道。

此時雙方會各自生成一組Secret Key (鑰匙) 以及Hash (鎖頭)，Hash會交給對方，Secret Key自行保管。

在開放雙向支付渠道后，Alice和Bob每次支付都像簽一次合約，在簽新合約之前會廢棄掉舊合約，要注意的是當舊合約作廢的同時彼此將取得對方舊合約的Secret Key，而合約的內容就是關于如何重新分配資金池的資產。

共同簽名錢包裡的錢只能在三個條件下解鎖：

1.?鎖定時間到了

2.?任何一方通過對方的Secret Key從他們設置的多重簽名錢包中解鎖資金

3.?合約有雙方簽名，且其中一方廣播

要注意的是，如果一方決定關閉支付渠道并廣播交易，廣播的那一方將不得不等待到交易簽名時設置的預定時間到，才能收到他那部分的資金。

會不會有人作惡？

例如：閃電網絡中的其中一位參與者廣播對于自己有利的舊合約來進一步圖利，而非依照正常程序廣播最新的合約。

此時，上述的兩個值得注意的點就派上用場

當舊合約作廢的同時彼此將取得對方舊合約的Secret Key

如果一方決定關閉支付渠道并廣播交易，廣播的那一方將不得不等待到交易簽名時設置的預定時間才能收到他那部分的資金。

假如Alice企圖廣播舊合約惡意結算關閉通道，依照上述閃電網絡的機制，Bob與Alice都擁有對方舊合約的secret key，且Alice必須等到預定的時間到，才能拿到舊合約中Alice的那份BTC。

所以Alice只要廣播舊合約，Bob即可在Alice等待的時間中使用舊合約的secret key將Alice的那份BTC取走，這樣一來Alice不但沒有成功廣播對他有利的舊合約，還為他的惡意行為付出代價。

我們把雙向支付通道的運作方式全都說完了，接下來要介紹的是，雙向支付通道如何編織成為支付網絡。

支付網絡

現在，除了Alice和Bob之間有支付通道之外，Bob也和Carol開了支付通道。

Alice如果要向arol支付1個比特幣，該怎么做呢?

Alice可以選擇直接跟Carol，建立一個支付渠道，但是這樣做對Alice跟Carol來說，必須在主鏈上建立多重簽名錢包還要打幣，不僅麻煩而且又需要額外成本。

相信大家都想到解決方法了，Alice只要透過現有的支付通道，先把1BTC打給Bob，Bob在將1BTC打給Carol，這樣就可以在不用負擔額外成本的情況下完成交易了。

但是，這同時也存在幾個信任問題。

Bob不老實，拿了Alice的BTC之后私吞，不交給Carol。

Carol拿了錢，卻跟Alice說他沒拿到錢。

如何解決這部分的信任問題，就要仰賴閃電網絡的另一項核心技術“HTLCs”。

HTLCs哈希時間鎖合約 (Hash Time-Locked Contracts)

要解決上述的信任問題就必須做到兩點:

1.?Alice要確定Carol本人確實有收到比特幣

2.?必須確定Bob不會拿走這筆比特幣

這里又一個公鑰與私鑰的概念，HTLCs就是用同樣的概念下去延伸，我們把鑰匙想成私鑰，鎖頭就是公鑰。

假設Alice需要付給Carol1個BTC，收款方Carol會創建一個Value (鑰匙) 和對應的哈希值 (鎖頭)，然后把鎖頭交給Alice。

” 只要拿得出鑰匙就代表他是Carol “

” 只有Carol擁有鑰匙，換言之，只有Carol能夠打開鎖頭 “

在這個前提下，Alice和Bob提出一份合約，如果Bob在3天內（Lock time=3day），提供哈希值對應的Value，Alice就給Bob1.0001BTC，超過3天，BTC原路返回給Alice。

Carol也同樣跟Bob簽訂一個合約，只要Carol提供哈希值對應的Value，就必須給Carel 1BTC。

于是，Carol向Bob提供Value，從Bob那獲得了1BTC。

Bob將這個Value交給Alice，從Alice那獲得了1.0001BTC，這當中的價差0.0001BTC就給Bob作為手續費。

閃電網絡的優勢

閃電網絡致力于比特幣可擴展性問題的鏈下解決方案。

如果成功，可能會大幅減少比特幣區塊鏈的負載，增加比特幣的實際應用可能。

通過使用雙向支付渠道，閃電網絡可以實現近乎即時且極低成本的交易。

閃電網絡的局限性

與鏈上交易不同，如果接收方處于離線狀態，沒辦法做交易確認，無法進行支付。

網絡的參與者可能需要定期監控支付渠道，以保證他們的資金安全。

閃電網絡較難支援大額付款。

閃電網絡交易時有時需要仰賴中間人，舉個例子，閃電網絡中存在Alice、Bob和Carol三人，Alice要發送1BTC的交易給Carol ，這中間需要經過Bob。

如果Bob的余額不足1BTC ，這筆交易便無法順利完成，因此交易金額會受限于中間人的資產余額。

閃電網絡的實用性取決于網絡大小，若使用人數不足，閃電網絡便難以發揮其價值。

越多的人加入，閃電網絡才會更加健全且完善，流動性也才能隨之提升。

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