閃電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景

經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，今天的比特幣已經(jīng)成為了總市值數(shù)千億美元的加密數(shù)字貨幣體系。我們已經(jīng)可以用比特幣購(gòu)買很多東西了，小到一杯咖啡，大到投資房產(chǎn)，但是隨著用戶數(shù)的增長(zhǎng)，比特幣網(wǎng)絡(luò)在承擔(dān)高頻支付上的弊端也逐漸暴露出來(lái)。

由于最初設(shè)計(jì)的原因，比特幣網(wǎng)絡(luò)可支持的交易頻率較低、交易確認(rèn)成交時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法支撐起未來(lái)高頻率、實(shí)時(shí)到賬的支付需求。

比特幣網(wǎng)絡(luò)為了保證交易的正確性和不可篡改性，需要將每筆交易的詳細(xì)內(nèi)容都記錄在區(qū)塊中，同時(shí)為了控制區(qū)塊數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度，比特幣網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)區(qū)塊的大小限制在了1MB，每個(gè)區(qū)塊的挖礦時(shí)間控制在10分鐘左右，這樣理想狀況下，比特幣每秒可處理的交易數(shù)（TPS）大約為7筆。實(shí)際上，每秒3筆左右的交易頻率就已經(jīng)把比特幣網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊塞滿了，因此大家經(jīng)常會(huì)遇到比特幣轉(zhuǎn)賬遲遲無(wú)法得到確認(rèn)的問(wèn)題。

此外，比特幣網(wǎng)絡(luò)為了確保交易的不可篡改性，一般需要等待5-6個(gè)區(qū)塊確認(rèn)后，收款方才認(rèn)可交易成功，這樣一次交易的確認(rèn)等待時(shí)間就需要1個(gè)小時(shí)左右，用戶體驗(yàn)極其不好。而且由于待確認(rèn)的交易數(shù)越來(lái)越多，比特幣轉(zhuǎn)賬的手續(xù)費(fèi)也越來(lái)越高，目前主網(wǎng)上，為一筆普通轉(zhuǎn)賬支付的手續(xù)費(fèi)為0.0001～0.001BTC，幾塊錢到幾十塊塊錢不等。因此，現(xiàn)在的比特幣支付網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不太適合于小額交易了。

針對(duì)比特幣以上的問(wèn)題，目前社區(qū)里已經(jīng)有不少的擴(kuò)容方案，例如采用隔離見(jiàn)證能減小每筆交易數(shù)據(jù)的大小，此外還有大區(qū)塊擴(kuò)容方案，將原先1MB的限制提升到32MB甚至128MB，但是這些方案都是治標(biāo)不治本的，只能將比特幣網(wǎng)絡(luò)的支付能力提升幾倍，最多也就到幾十筆每秒而已，和VISA或者支付寶每秒百萬(wàn)級(jí)的支付頻率比起來(lái)，顯得微不足道。

閃電網(wǎng)絡(luò)正是在這樣的大背景下被提出的，它的目標(biāo)是使得比特幣網(wǎng)絡(luò)能支持高頻、實(shí)時(shí)的交易。

閃電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理

閃電網(wǎng)絡(luò)（Lighting Network）是一個(gè)二層協(xié)議，就像架在公路上的高架橋，通過(guò)一個(gè)大型的雙向通道網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行多筆支付，無(wú)需將每筆交易都記錄到比特幣區(qū)塊鏈上。這樣一來(lái)，即避免了比特幣交易速率的限制，又能以更低的費(fèi)用享受到更快的交易速度和更大的容量。

以上圖為例，每個(gè)閃電網(wǎng)絡(luò)用戶就是一個(gè)藍(lán)色的點(diǎn)，一條閃電網(wǎng)絡(luò)支付通道就是兩個(gè)點(diǎn)之間的一條連線，如果這個(gè)連線足夠多，使得每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間都有一條路徑可達(dá)，那就可以實(shí)現(xiàn)所有用戶之間的高頻、實(shí)時(shí)交易了。

1. 建立通道

我們假設(shè)用戶Alice和用戶Bob想使用閃電網(wǎng)絡(luò)支付方案來(lái)進(jìn)行交易，那么他們首先要構(gòu)建一條他們倆之間的閃電網(wǎng)絡(luò)支付通道，然后各自往一個(gè)2-2多簽地址發(fā)起一筆鏈上交易，存入一部分BTC，這部分BTC相當(dāng)于保證金。通過(guò)這個(gè)多簽地址發(fā)送的每一筆交易都需要兩人進(jìn)行簽名。

如果Alice向多簽地址里存了1BTC，那么Alice在這個(gè)通道里向Bob可發(fā)送的最大金額不能超過(guò)1BTC，這樣可以防止交易過(guò)程中有作弊行為。

用現(xiàn)實(shí)世界的銀行系統(tǒng)舉例，就是Alice和Bob需要一起去銀行開(kāi)一個(gè)公共賬號(hào)，兩人各自往這個(gè)公共賬號(hào)里存入一部分錢，兩人和銀行一起簽訂一份合同，約定后續(xù)需要兩個(gè)人同時(shí)簽字的合同才可以操作這個(gè)公共賬號(hào)。在閃電網(wǎng)絡(luò)里，Alice 和 Bob 都無(wú)法作弊，一旦有一方作弊，另一方可以獲得支付通道里的所有金額等。

2. 閃電交易

Alice 和Bob之間建立了閃電網(wǎng)絡(luò)支付通道后，就可以用來(lái)進(jìn)行交易了。這些交易需要兩者的數(shù)字簽名，并可以通過(guò)支付通道實(shí)現(xiàn)瞬間到賬。

我們都知道比特幣交易的本質(zhì)是UTXO（ Unspent Transaction Output），每一筆鏈上交易都需要有交易輸入（資金來(lái)源），和交易輸出，也就是UTXO。

在閃電網(wǎng)絡(luò)的例子里，Alice和Bob之間通過(guò)支付通道發(fā)生的很多交易不會(huì)出現(xiàn)在鏈上，只是通過(guò)公共賬戶余額分配來(lái)顯示。最終只有關(guān)閉支付通道的那筆交易才會(huì)上鏈，通過(guò)這筆交易，我們可以看到最終通道關(guān)閉時(shí)公共地址中的余額。

舉個(gè)例子，如果A和B最開(kāi)始都向公共地址轉(zhuǎn)入了1BTC，期間兩人之間發(fā)生了很多筆交易，但最后關(guān)閉支付通道時(shí)A的公共地址中只有0.5BTC，B有1.5BTC，那么上鏈的那筆交易就顯示為A向B轉(zhuǎn)賬0.5BTC。

3. 路由節(jié)點(diǎn)

當(dāng)然，個(gè)人用戶無(wú)法與每一個(gè)建立一條閃電網(wǎng)絡(luò)通道，截止2019年1月19日，閃電網(wǎng)絡(luò)共有2.4萬(wàn)條通道。

如果交易節(jié)點(diǎn)沒(méi)有直連的通道，可借助路由節(jié)點(diǎn)（相當(dāng)于中介）進(jìn)行交易，當(dāng)然這需要給這些中介”支付一些路由費(fèi)用。

現(xiàn)在已經(jīng)有不少人做起了路由節(jié)點(diǎn)的生意，希望通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)給閃電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一些流動(dòng)性，并可以從中收取一點(diǎn)費(fèi)用。此外，還有一些電商平臺(tái)利用閃電網(wǎng)絡(luò)提供生活類服務(wù)，比如充話費(fèi)等。