入门科普:闪电网络是什么？

比特币的交易网络最为人诟病的一点便是交易性能：全网每秒 7 笔的交易速度，远低于传统的金融交易系统；同时，等待 6 个块的可信确认导致约 1 个小时的最终确认时间。

比特币的区块链机制自身提供了很好的可信保障，但是很慢；另一方面考虑，对于大量的小额交易来说，是否真实需要这么高的可信性？闪电网络通过智能合约来完善链下的交易渠道。

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什么是闪电网络

比特币要面临的最后一个问题是及时支付并确认的问题，比特币交易在数秒内即可传至整个全球网络，但必须在打包进去区块才得到确认，默认经过连续六个确认后，这笔交易才不可逆转地记录在区块链上，这个过程需要花一个小时左右。

为了提高比特币交易效率，解决比特币的交易规模，适时支付，小额支付等关键应用问题，比特币区块链的很多技术创新在沿着这个方向努力，尤其是规模化交易问题更是，有待解决的关键问题，闪电网络就是其中最著名的一个解决方案。2015年2月份，约瑟夫·朴恩 （JosephPoon）和萨帝厄斯·追亚（Thaddeus Dryja）发布了一篇他们称之为“闪电网络”的草稿。

闪电网络（Lightning Network）将大量高频小额交易放到比特币区块链之外进行。在不影响核心协议的基础安全性的情况下,交易速度和交易费率应该大幅改进。闪电网络的交易过程和IP数据包的通信过程完全一致，整个闪电网络可以看作为一个IP层的互联网。唯一的区别就是你的地址是自动生成的，不是路由器分配的

比喻下，闪电网络相当于支付宝。大家把一部分钱（比特币）存在支付宝（闪电网络）里，你可以给人扫码支付了，或者直接转账到别人的支付宝钱包里。闪电网络的目的是实现安全地进行链下交易，其本质上是使用了哈希时间锁定智能合约来安全地进行确认交易的一种机制，通过设置巧妙的‘智能合约’，完善链下通道，使得用户可以在闪电网络上进行确认的交易，在网络中运行闪电网络的用户能够公布交易价格，并且从交易中赚取差价。其他用户可以通过他们的闪电网络节点来实现原子互换（atomic swap）。

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核心概念

闪电网络的核心概念主要有两个：RSMC（Recoverable Sequence Maturity Contract）和HTLC（Hashed Timelock Contract）。RSMC保障了两个人之间的直接交易可以在链下完成，HTLC 保障了任意两个人之间的转账都可以通过一条“支付”通道来完成。这两个类型的交易组合构成了闪电网络。从而实现任意两个人都可以在链下完成交易。

RSMC

序列到期可撤销合约RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract）就是类似准备金机制。

RSMC解决的问题：（1）双向支付，而不是单通道；（2）一方中途退出，另外一方要立即拿回钱，而不是等到nLockTime到期才能拿回钱。同时，应该对主动退出方实行惩罚。（3）保证交易双方，任何一方都不能抵赖、反悔。

我们先假定交易双方之间存在一个“微支付通道”（资金池）。双方都预存一部分资金到“微支付通道”里，之后每次交易，就对交易后的资金分配方案共同进行确认，同时签字作废旧的版本。当需要提现时，将最终交易结果写到区块链网络中，被最终确认。可以看到，只有在提现时候才需要通过区块链。

任何一个版本的方案都需要经过双方的签名认证才合法。任何一方在任何时候都可以提出提现，提现需要提供一个双方都签名过的资金分配方案（意味着肯定是某次交易后的结果）。在一定时间内，如果另外一方提出证明表明这个方案其实之前被作废了（非最新的交易结果），则资金罚没给质疑成功方。这就确保了没人会拿一个旧的交易结果来提现。RSMC通过巧妙的设置Commitment TX的多重签名输出，以及sequence的延迟进块形成惩罚窗口期，解决了在微支付通道中的币单向流动问题。

另外，即使双方都确认了某次提现，首先提出提现一方的资金到账时间要晚于对方，这就鼓励大家尽量都在链外完成交易。

HTLC

微支付通道是通过 Hashed TimelockContract 来实现的，中文意思是“哈希的带时钟的合约”。这个其实就是限时转账。理解起来其实也很简单，通过智能合约，双方约定转账方先冻结一笔钱，并提供一个哈希值，如果在一定时间内有人能提出一个字符串，使得它哈希后的值跟已知值匹配（实际上意味着转账方授权了接收方来提现），则这笔钱转给接收方。

不太恰当的例子，约定一定时间内，有人知道了某个暗语（可以生成匹配的哈希值），就可以拿到这个指定的资金。

推广一步，甲想转账给丙，丙先发给甲一个哈希值。甲可以先跟乙签订一个合同，如果你在一定时间内能告诉我一个暗语，我就给你多少钱。乙于是跑去跟丙签订一个合同，如果你告诉我那个暗语，我就给你多少钱。丙于是告诉乙暗语，拿到乙的钱，乙又从甲拿到钱。最终达到结果是甲转账给丙。这样甲和丙之间似乎构成了一条完整的虚拟的“支付通道”。

HTLC 的机制可以扩展到多个人，大家可以想象一下，想象出来了就理解了闪电网络。

闪电网络采用了更合理的支付网络架构，代表着效率的提高。与其向所有人广播交易，交易可以更直接地发送给收款人。只有当交易双方不诚实时，才需要进入繁琐的流程——链上共识操作。通过这种方式，可以实现相当于互联网上各方之间直接沟通所能达到的性能和效率，同时保留比特币区块链的一些安全特性。然而，如果各方想在出现问题时可以随时回归到区块链上并收回资金，那么建立这样一种支付系统是非常复杂的，并且还存在着一些重大风险和局限性。

HTLC（哈希时间锁）是闪电网络支付路径得以实现的关键，而雷电网络利用以太坊支持智能合约的条件，引入了更为通用的“智能条件（Smart Condition）”，实现智能转账（smart transfers）。

Smart Condition可接受任何格式的报文为参数，执行后对支付通道上的余额进行调整。闪电网络中的HTLC，成为了Smart Condition中可实现的条件之一[1]。

智能转账能够根据链上智能合约可读取的条件进行结算，提供较检验哈希值的HTLC更为丰富的功能，如支持预测市场、期货等条件，实现更为丰富的应用。

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工作机制

闪电网络的正常使用包括通过向区块链网络提交正常的资金交易来开通支付通道，然后进行任何数量的闪电交易，更新通道内资金的临时分配而不广播到区块链，最后关闭支付通过广播最终版本的交易来分配通道内的资金。闪电网络是基于比特币区块链构建的智能合约系统，允许两方直接进行快速，廉价的支付。为了实现这些快速而廉价的交易，采取了以下步骤：设置一个多重签名钱包，其中包含一定数量的比特币（由双方中的至少一方提供）钱包地址然后保存到公共比特币区块链中，包括资产负债表（智能合约），证明该比特币存款的多少属于谁双方现在可以进行无限次数的交易，而无需触及存储在区块链上的信息。每次交易时，双方签署一份更新的资产负债表，以便始终反映钱包中存储的比特币的金额。对于每次交易，双方签署更新的资产负债表以便始终反映存储在多信用点钱包中的比特币的金额属于谁。更新后的资产负债表不会上传到区块链，而是双方保留其副本。每当发生争议或支付通道关闭时，双方都可以使用最新的互相签署的资产负债表来支付他们在多信用卡钱包中的份额。首先，有必要注意的是，没有必要设置一个通道进行闪电处理 – 您可以通过与您所连接的人员的渠道将付款发送给某人。网络自动找到最短路线。随着在比特币和莱特币网络上采用 SegWit，该技术的开发获得了显着的提升。如果没有升级的事务可延展性修复，那么闪电网络上的事务将会过于冒险而不切实际。闪电网络不需要对手方合作退出支付通道。双方都可以选择单方面关闭通道。因为所有各方都有多个多签名。在这个网络上有许多用户之间的通道，理论上可以通过这个网络向任何人发送付款。

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主要特点

理论上来说，闪电网络应该允许网络中的所有参与者通过在节点之间找到一条路径，由此能够在各个方向上进行近乎即时且廉价的交易。因此，只要没有出现问题，就可以避免向比特币网络进行广播，从而形成可扩容网络。该体系架构甚至允许小微交易并增强了付款隐私性。

由于相对时间锁定功能，通道可以无限期地保持开放，并且不存在交易对手方风险; 如果有人试图通过恶意地关闭通道来窃取资金，交易的其他参与方将有一个很长的时间窗口来发起他们自己的赎回交易并收回资金。

快速支付：在既定通道内的支付几乎可以像数据通过互联网在两个节点之间传输一样快。

无需可信第三方：通道中的两个参与者直接使用常规的比特币交易进行互相支付（其中只有一个是广播的），因此任何第三方都不能控制其资金。

为区块链减负：只有开启通道，关闭通道和争议性交易需要提交到区块链上进行，允许闪电网络内的所有其他交易保持未提交状态。这这使得闪电网络用户可以通过比特币进行频繁支付，而不会使必须处理区块链上每笔交易的完整节点承担过多的负担。

支付通道可以无限期地保持开放：只要频道中的双方继续彼此合作，频道可以无限期地保持开放 - 没有强制超时期限。根据双方的意愿，可以长期保持通道开启，这可以进一步减少区块链上的负载，同时也可以稀释最终的费用。

双方约定可快速关闭通道：如果双方同意，可以立即关闭支付通道（双方可能希望等待一个或多个确认以确保支付通道在正确的状态下关闭）。双方未达成协定（如一方消失）也可以关闭通道，但需要耗费更长的时间。

洋葱式路由：支付路由信息可以以嵌套的方式加密，以便中间节点只知道他们收到了可路由支付的人和下次发送给谁，防止中间节点知道发起者或目的地。

具有多重签名功能：每个参与方都可以要求通过多个密钥对他们的付款进行签名

跨链：如果另一条区块链支持用于哈希锁的相同哈希函数，以及具备创建时间锁的能力，支付通道就可以跨多个区块链（包括侧链）进行路由。利用异构区块链共识规则，交叉链式原子互换可以立即发生在链外。只要链可以支持相同的加密散列函数，就可以跨区块链进行交易，而不需要信任第三方托管商。

小额支付是可能的：由于费用与支付金额成比例，您可以支付一分钱; 会计甚至以千分之一的精确度完成。

付款即时结算：资金在通过网络到达目的地和返回所需的时间内发送，通常为几分之一秒。

改进隐私：并非每个交易都存储在公共区块链上，只有当支付通道最终关闭并且余额支付给双方

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编译者/作者：大杂说

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