什么是闪电网络以及它如何帮助比特币扩容?

来自:chainnode.com 归档时间:2019-04-03

作者:伊丽莎白·斯塔克 2016/9/15 - Coin Center

假设每台电脑都必须通过存储每封电子邮件,才能收到任何其他电子邮件。 这就是区块链的工作原理。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——即他们自己的资金。

闪电网络是一个扩展并加速区块链的协议。 它为解决比特币区块链的一些技术限制问题而设计,但可以用于任何区块链。

可扩展性是闪电网络的第一个主要驱动力,因为比特币的分布式特性极大地限制了网络的交易速率。 Visa每秒可以处理数万次交易,但比特币网络被限制在每秒不到10次。 闪电网络发展的另一个驱动力是比特币区块链的“区块确认时间”大约为10分钟, 这意味着需要 10分钟才能确认一个比特币交易。 此外,比特币区块链上的单次交易费为5美分至10美分不等,这使得小额支付不可行。 相比之下,闪电网络可以实现近乎即时的交易,速度可达每秒数千到数百万,费用却只有几分钱(甚至是免费)。

闪电网络是基于一种叫 支付渠道 的技术。如果双方都在区块链上创建了一个多重签名交易,并且至少有一方向分类账账目投入资金,那么他们就创建了一个两方支付渠道。 每个人都有一个私钥,并且只有在两个密钥都签字的情况下,才能进行分类帐账目中的交易支出。 开通一个渠道的初始交易需要10分钟(或任何正常的区块时间),但在这之后参与者可以使用渠道中分配的资金,与对方进行即时交易。 这些即时交易是通过来回传递签署的交易,从两个分类账账目中支出而进行的。

如果一笔交易被广播到网络上,并由网络矿工列入区块链,那么这笔交易就是有效的。但在支付渠道中,只有参与者希望渠道停止运营时,才会广播那些已签署的交易。 已签署但未广播的交易使用直接、点对点的通信进行交换,并由参与者以可赎回收据的形式进行交易。

为了使用闪电网络,两位参与者Alice和Bob以20美元的价格,在区块链上创建了一个初始交易,其中每方拥有10美元的价值。


然后这个初始分配就可以被更新了,比如Alice拥有总价值20美元中的5美元,而Bob则有15美元等等。 当参与者完成与对方的交易时,最近交换的交易签名被广播到网络,最终确定通道中的资金流动——一些到一方,且(如果有剩余的话)一些到另一方。

闪电网络采用支付渠道背后的技术,创建一个这些渠道的网络,使用“智能合约”来确保这个网络没有交易对手风险,以去中心化的能力运作。 举例来说,Alice可能会与Bob新建一个渠道,而Bob则与Carol有一个渠道,Carol与Dave又有一个渠道。 如果Alice想和Dave交易,她可以通过向Bob和Carol发送资金,最终Dave会收到它们。 但是,由于闪电网络设计中固有的多重签名和智能合约,Alice不需要信任作为中间人的Bob和Carol——该协议使用密码学来确保资金将通过Bob和Carol到达Dave,或者自动退还给Alice。




Bob和Carol在网络上充当“节点”的作用。 闪电网络上的节点在某种程度上类似于比特币网络上的矿工。 它们发挥着服务器的作用,以去中心化的方式处理网络上的交易。 像矿工一样,他们无法控制自己帮助转移的资金。 Bob不能窃取Alice的资金,因为如果他已将付款发送给收取者,他就只能收到发送者发来的付款。 因此,接收一项付款取决于是否已经转发。 闪电支付的条件是披露加密的秘密,在已知该秘密时,则允许从前节点赎回(当Dave从Carol赎回,Carol现在可以从Bob赎回)。

但如果Bob处于离线状态时会发生什么呢? 这些资金是否永远保留在2对2的支付渠道中? 为了处理不可靠的节点,闪电网络中内置了智能合约机制,用户可以单方面关闭渠道。 它使用“哈希时间锁定合约”来确保如果Bob消失了,Alice总是可以拿回她的钱。 在此合约上设定了一个时间值,通常以小时或天为单位,这样即使Bob的服务器关闭,Alice也可以得到补偿。

类似的,如果Alice在闪电网络上,从她的多重签名地址中向Dave发送资金,然后试图食言,会发生什么? 她可以通过向区块链广播一个旧的交易来实现,从而试图在向Dave发送交易之前的状态关闭该渠道。 虽然闪电软件将删除这些旧的交易状态,但Alice可能已经更改了软件以保存它。 如果Alice试图声称自己仍拥有旧的余额,Dave的软件(或其他指定的服务器)将监控区块链中这样的交易,当它捕捉到Alice旧的广播交易时,她就会失去全部的资金以作为惩罚,这些资金将转给Dave。 因此,任何试图广播一个旧的无效状态的人都会受到惩罚。

如果Alice和Bob都在线且愿意关闭他们的渠道呢? 如果双方合作关闭一个支付渠道,那么就可以在10分钟内将资金在区块链中清算完毕,这是一个比特币交易确认所需的时间。 在此期间,Alice和Bob可能在闪电网络上已经进行了数千次交易。

闪电网络最终依靠基础区块链,无论是比特币还是其他的,来维持其安全性。就比特币而言,它使用基础的工作量证明机制来确保整个网络的安全。区块链是最终的裁决者,或者实际上是自动裁决。借助闪电,你总能知道裁判会如何决定,因为它已经被预先写入用于创建交易渠道,构成闪电网络的交易中。这是一个不能被劝诱或贿赂的裁判。实际上,闪电允许“地方共识”状态,它最终由“全球共识”(区块链)实施。这个地方共识状态没有类似于传统模式的保管信托,因为任何参与者都可以单方面关闭并赎回他们的资金,而无需其他参与者的合作。从根本意义上来说,闪电使用基本的区块链,批量结算在没有交易对手信任的情况下发生的链外交易。

闪电网络可以用于比特币区块链和其他区块链上,也可以使用“跨链式原子交换”在区块链之间即时传输不同资产。每个区块链的共识规则可以不同,在没有托管清算机构的情况下,允许资产类别的安全跨越 。

借助闪电,小额交易或支付可以通过网络流动,类似于数据包通过互联网流动。 它有可能创建以前不可能的新用例,例如机器对机器支付、内容小额支付和即时资产交换。

伊丽莎白·斯塔克是Coin Center的研究员,闪电的联合创始人,曾任耶鲁法学院讲师。

感谢Tadge Dryja和Joseph Poon的评论与反馈。

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