作者：Tohnee

原标题:闪电网-比特币详解Layer2扩容方案》

闪电网络是什么？(Lightning Network)

闪电网络是比特币最具讨论性的Layer2扩容方案之一，其背后的主要思想是设计一种支付协议，可用于比特币所面临可扩展性问题的链下解决方案。

比特币面临的问题是什么？闪电网络应该解决哪些问题？

就比特币的交易速度而言，每秒只能处理2~7笔交易，想象一下用比特币支付，就像你需要在银行排队转账一样。一旦交易量急剧增加，银行就很难处理？这种支付方式显然是不可接受的。

闪电网络就像行动支付。您可以将部分资金存入行动支付，并快速与任何支持的企业或个人转账。

一天夜深人静，阿平和阿菜无聊，决定比赛，用行动互相支付转账，每笔只转一块钱，看谁转的多。

假如是传统的银行模式，两人可能一夜排队只能玩几次，还需要花费手续费，根本不能玩。

一个晚上通过行动支付可以转几千次，最终结果是阿菜比阿平手快，险胜。

在结算过程中，行动支付们在银行排队，然后对柜台说 阿平账户余额-1.阿菜账户余额 1。阅读此文可以大致了解闪电网络解决方案的基本逻辑。

关键是，闪电网络应该如何运作，以确保资产能够在不信任的前提下交易，并确保交易能够安全回到比特币主链进行确认？

以下是闪电网络的几个关键技术概念。

单向支付渠道

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

在闪电网络出现之前，单向支付渠道的概念已经存在了一段时间，但应用程序有限。

Alice向Bob在这个渠道中，打开了单向支付渠道Alice有10BTC，Alice可以向Bob支付链下交易，但这个渠道是单向的，也就是说Bob不能通过相同的渠道支付Alice。

假如Bob收到一枚比特币后：

您可以选择关闭渠道，将交易广播到主链，让矿工确认Alice得到一个比特币。

或者，Bob知道日后Alice他将继续向他支付比特币，并选择继续打开通道。

问题来了，Bob如果有最终的签名和广播权Bob是个无赖，让通道一直开着，Alice永远无法结算，10BTC这个支付渠道会被绑架。

所以一般来说，支付渠道会搭配时间锁的配套措施。

时间锁 CheckSequenceVerify（CSV）

所谓时间锁，就是在创建渠道时约定一个时间。时间一到，渠道就必须强制关闭。两人签名的交易将在链上进行交易确认。如果没有签名余额，将返还给原持有人。

Alice和Bob同意在1000个区块之后，通道必须关闭。

所以Bob签名和广播交易必须在时间到播交易Alice给他一个比特币。

如果Bob延迟签名广播，一旦约定时间到，Bob拿不到一毛钱。

双向支付渠道

双向支付渠道(Bi-Directional Payment Channel)

单向支付渠道很简单，因为交易是单向的，只允许两个人中的一个发送交易，另一个广播交易，没有信任问题，但应用场景相对有限。

由于缺乏单向渠道的应用，闪电网络希望创建一个不可信的双向支付渠道，以便双方可以自由交易。

那么，如何避免双方的信任问题，实现双向支付渠道呢？

所谓的信任问题包括：

双向支付渠道意味着双方都必须在渠道中拥有部分资金。资产会消失吗？

如何保证最终结算不会出错？

支付渠道是P2P网络，没有验证机制，谁来保护账簿？

为了扩大应用场景的双向支付渠道，单向支付渠道通过时间锁解决了无法顺利结算的问题。

我们需要介绍的是，双向支付渠道所需的技术也是闪电网络的核心技术，RSMC以及HTLCs。

RSMC成熟度合约的可撤销顺序

RSMC可撤销顺序成熟度合约(Revocable Sequence Maturity Contract)

RSMC 实际上是一个资本池，打开支付渠道，双方将资产放入资本池，密封各自的钥匙锁，交易不会真正使用资金，但使用合同记录资本池中的剩余资产，直到渠道关闭，将打开资本池结算。

如何运行双向支付渠道？

双方只需要从头到尾与比特币区块链互动两次。

一次打开支付渠道，另一次关闭渠道，所有其他交易都不直接与主链接触，这意味着只有在双方同意并签署时才会确认。

假设Alice和Bob双方同意打开双向支付渠道，并同意在1000个区块后强制结算。

Alice和Bob双向支付通道必须在链上打开多个签名钱包。

此时，双方将各自生成一组Secret Key (钥匙) 和Hash (锁头)，Hash会交给对方，Secret Key自行保管。

双向支付渠道开通后，Alice和Bob每次付款就像签订合同一样，旧合同将在签订新合同之前被废弃。需要注意的是，当旧合同无效时，对方将获得旧合同Secret Key，合同的内容是关于如何重新分配资金池的资产。

钱包里的钱只能在三个条件下解锁：

1.该锁定了

2.任何一方通过对方的Secret Key从他们设置的多个签名钱包中解锁资金

3.双方签订合同，其中一方广播

需要注意的是，如果一方决定关闭支付渠道并进行广播交易，广播方将不得不等易签名时设定的预定时间才能收到他的资金。

有人会作恶吗？

例如，闪电网络中的一个参与者广播进一步利用他有利的旧合同，而不是按照正常程序广播最新合同。

此时，上述两个值得注意的点派上用场

当旧合同无效时，对方将获得旧合同Secret Key

如果一方决定关闭支付渠道并进行广播交易，广播方将不得不等易签名时设定的预定时间才能收到他的资金。

假如Alice根据上述闪电网络的机制，试图根据旧合同恶意结算关闭通道，Bob与Alice都有对方的旧合同secret key，且Alice必须等到预定的时间到，才能拿到旧合约中Alice的那份BTC。

所以Alice只要旧的广播合同，Bob即可在Alice旧合同用于等待时间secret key将Alice的那份BTC拿走，这样Alice不但没有成功的广播对他有利的旧合同，还为他的恶意行为付出了代价。

我们已经完成了双向支付渠道的所有操作模式。接下来，我们将介绍如何将双向支付渠道编织成支付网络。

支付网络

现在，除了Alice和Bob除支付渠道外，还有支付渠道，Bob也和Carol开通支付渠道。

Alice如果要向arol如何支付一枚比特币？

Alice可选择直接跟随Carol，建立一个支付渠道，但这是正确的Alice跟Carol在主链上建立多个签名钱包，不仅麻烦，还需要额外的成本。

相信大家都想到了解决办法，Alice通过现有的支付渠道，先把1BTC打给Bob，Bob在将1BTC打给Carol，这样，交易就可以在没有额外成本的情况下完成。

但也有几个信任问题。

Bob不老实，拿了Alice的BTC私吞后，不交给Carol。

Carol拿了钱，却跟着Alice说他没拿到钱。

如何解决这部分信任问题，取决于闪电网的另一项核心技术HTLCs”。

HTLCs哈希时间锁合同 (Hash Time-Locked Contracts)

要解决上述信任问题，必须做到两点：

1.Alice要确定Carol我确实收到了比特币

2.必须确定Bob比特币不会被拿走

又一个公钥和私钥的概念，HTLCs我们把钥匙想成私钥，锁头就是公钥。

假设Alice需要付给Carol1个BTC，收款方Carol会创建一个Value (钥匙) 和相应的哈希值 (锁)，然后交给锁Alice。

只要拿出钥匙，就意味着他是Carol “

” 只有Carol换句话说，只有钥匙Carol能打开锁头

在这个前提下，Alice和Bob如果提出合同Bob在3天内（Lock time=3day），提供对应的哈希值Value，Alice就给Bob1.0001BTC，超过3天，BTC原路返回给Alice。

Carol也同样跟Bob只要签订合同Carol提供对应的哈希值Value，就必须给Carel 1BTC。

于是，Carol向Bob提供Value，从Bob那获得了1BTC。

Bob将这个Value交给Alice，从Alice那获得了1.0001BTC，价差0.0001BTC就给Bob作为手续费。

闪电网络的优势

闪电网络致力于链下解决比特币可扩展性问题。

如果成功，比特币区块链的负载可能会大大降低，比特币的实际应用可能会增加。

闪电网络可以通过使用双向支付渠道实现近乎即时和低成本的交易。

闪电网络的局限性

与链上交易不同，如果接收方处于离线状态，则无法确认交易并支付。

网络参与者可能需要定期监控支付渠道，以确保其资金安全。

闪电网很难支持大额支付。

闪电网交易有时需要依赖例如，间人存在于闪电网络中Alice、Bob和Carol三人，Alice要发送1BTC的交易给Carol ，需要经过中间Bob。

如果Bob的余额不足1BTC ，交易无法顺利完成，因此交易金额将受到中间人资产余额的限制。

闪电网络的实用性取决于网络大小，若使用人数不足，闪电网络便难以发挥其价值。

加入的人越多，闪电网络就会越完善，流动性也会提高。