科普：闪电网络如何帮助比特币扩展

老雅痞

22-04-06 09:13

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原文标题：《【学习专栏】什么是闪电网络 Lightning Network，它如何帮助比特币扩展？》

原文来源：老雅痞微信公众号

原文作者：老雅痞

想象一下，如果每台计算机都必须存储每封电子邮件才能接收任何电子邮件。这就是区块链的工作方式。闪电网络允许计算机进行区块链交易，只存储他们关心的数据——他们自己的钱。

闪电网络是一种用于扩展和加速区块链的协议。它旨在解决比特币区块链的一些技术限制，但闪电网络不是为比特币区块链定制的，它可以在任何区块链上实施。

可扩展性是开发闪电网络的第一个主要动机，因为比特币的分布式特性极大地限制了网络的交易率。Visa 每秒可以处理数万笔交易，但比特币的网络被限制在每秒不到 10 笔。开发闪电网络的另一个动机是比特币区块链的「区块确认时间」大约为 10 分钟。这意味着比特币交易需要 10 分钟才能确认。此外，比特币区块链上的交易费用在每笔 5 到 10 美分之间，这使得小额支付变得不可行。相比之下，闪电网络可以以每秒数千到数百万的速度实现近乎即时的交易，而费用仅为几分之一美分（甚至免费）。

闪电网络基于一种称为支付渠道（payment channels）的技术。当双方在区块链上创建 2-of-2 多重签名交易时，就会创建一个双方支付通道，其中至少有一方将资金投入到 2-of-2 分类帐条目中。每个人都有一个私钥，只有在两个密钥都签名的情况下，才能从账本条目中进行交易。打开通道的初始交易需要 10 分钟（或任何正常的出块时间），但之后参与者可以使用通道中分配的资金立即进行交易。这些即时交易从 2-of-2 分类帐条目中支出，是通过来回传递签名交易来进行的。

如果将每笔交易广播到网络并由网络的矿工将其包含在区块链中，则每笔交易都是有效的，但在支付通道中，这些已签名的交易在参与者希望通道停止运行之前不会广播。已签名但未广播的交易使用直接的点对点通信进行交换，并由参与者像可兑换收据一样持有。

为了使用闪电网络，两个参与者 Alice 和 Bob 在区块链上创建了一个 20 美元的初始交易，其中每一方都有 10 美元的价值。

然后可以更新这个初始分配，使得 Alice 拥有总价值 20 美元中的 5 美元，而 Bob 拥有 15 美元，依此类推。当参与者完成相互交易时，最近交换的交易签名被广播到网络，最终确定通道中资金的移动——一些钱流向一方，一些钱（如果有的话）返回另一方。

Lightning 采用支付渠道背后的技术并创建这些渠道的网络，使用「智能合约」确保网络能够以去中心化的能力运行而没有交易风险。例如，Alice 可以与 Bob 打开一个频道，Bob 又与 Carol 有一个频道，而 Carol 与 Dave 有一个频道。如果 Alice 想与 Dave 交易，她可以通过 Bob 和 Carol 发送资金，Dave 最终会收到（人传人？）。但是，由于闪电网络设计中固有的多重签名和智能合约，Alice 不需要信任 Bob 和 Carol 作为中间人——该协议使用密码学来确保资金要么通过 Bob 和 Carol 到达 Dave，要么通过自动退还给爱丽丝。

Bob 和 Carol 充当网络上的「节点」。闪电网络上的节点在某些方面类似于比特币网络上的矿工。它们充当以分散方式处理网络交易的服务器。像矿工一样，他们无法控制他们帮助转移的资金。Bob 无法窃取 Alice 的资金，因为如果他已经将付款发送给收款人，他只会收到发件人的收款。因此，接收付款取决于是否已经转发。闪电支付以披露加密秘密为条件，并且知道该秘密允许从先前的节点赎回（当 Dave 从 Carol 赎回时，Carol 现在可以从 Bob 那里赎回）。

但是，如果 Bob 离线，会发生什么？资金是否永远停留在 2-of-2 支付渠道中？针对不可靠节点，闪电网络内置智能合约机制，用户可以单方面关闭通道。它使用「哈希时间锁合约 hashed timelock contract」来确保如果 Bob 消失，Alice 总能拿回她的钱。该合约设置了时间价值，通常以小时或天为单位，因此即使 Bob 的服务器关闭，Alice 也可以得到偿还。

类似地，如果 Alice 从她的多重签名地址向闪电网络上的 Dave 发送资金，但随后又试图反悔，会发生什么情况？她可以通过将较旧的交易广播到区块链来做到这一点，从而试图关闭通道，使其处于向戴夫发送交易之前的状态。虽然闪电软件会删除这些旧的交易状态，但 Alice 可以更改软件来保存它。如果 Alice 试图声称她仍然有她的旧余额，Dave 的软件（或其他指定的服务器）将监视区块链中的此类交易，并且当它捕获 Alice 的广播交易时，她将把她所有的资金都输给 Dave 作为惩罚。结果，任何人尝试广播旧的无效状态都会受到抑制。

如果 Alice 和 Bob 都在线并且愿意关闭他们的频道怎么办？如果双方合作关闭支付渠道，资金可以在 10 分钟内清到区块链上，这是比特币交易确认所需的时间。Alice 和 Bob 在此期间可能在闪电网络上进行了数千次交易。

无论是比特币还是其他区块链，闪电网络最终依赖于底层区块链，以确保其安全性。在比特币的情况下，它使用保护整个网络的底层工作量证明算法来保护它。区块链是最终的仲裁者，或者实际上是一个自动法官。使用闪电网络，您始终知道法官将如何裁决，因为它已预先写入交易中，就是那些用于创建构成闪电网络的支付渠道的交易中。这是一个不能被欺瞒或收买的法官。实际上，闪电网络允许最终由「全球共识」（区块链）强制执行的「本地共识」状态。这种本地共识状态没有类似于传统模型的托管信任，因为任何参与者都可以在没有其他参与者合作的情况下，单方面关闭和赎回他们的资金。最终，Lightning 使用底层区块链作为一种手段来批量结算那些在和不信任的交易对手之间发生的链下交易。