科普：閃電網絡如何幫助比特幣擴展

老雅痞

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藉助閃電網絡，小額交易或支付可以像數據包通過 Internet 一樣流經網絡。它有可能創造以前不可能的新用例，例如機器對機器支付、內容小額支付和即時資產交換。

原文標題：《【學習專欄】什麼是閃電網絡 Lightning Network，它如何幫助比特幣擴展？》

原文來源：老雅痞微信公衆號

原文作者：老雅痞

想象一下，如果每臺計算機都必須存儲每封電子郵件才能接收任何電子郵件。這就是區塊鏈的工作方式。閃電網絡允許計算機進行區塊鏈交易，只存儲他們關心的數據——他們自己的錢。

閃電網絡是一種用於擴展和加速區塊鏈的協議。它旨在解決比特幣區塊鏈的一些技術限制，但閃電網絡不是爲比特幣區塊鏈定製的，它可以在任何區塊鏈上實施。

可擴展性是開發閃電網絡的第一個主要動機，因爲比特幣的分佈式特性極大地限制了網絡的交易率。Visa 每秒可以處理數萬筆交易，但比特幣的網絡被限制在每秒不到 10 筆。開發閃電網絡的另一個動機是比特幣區塊鏈的「區塊確認時間」大約爲 10 分鐘。這意味着比特幣交易需要 10 分鐘才能確認。此外，比特幣區塊鏈上的交易費用在每筆 5 到 10 美分之間，這使得小額支付變得不可行。相比之下，閃電網絡可以以每秒數千到數百萬的速度實現近乎即時的交易，而費用僅爲幾分之一美分（甚至免費）。

閃電網絡基於一種稱爲支付渠道（payment channels）的技術。當雙方在區塊鏈上創建 2-of-2 多重簽名交易時，就會創建一個雙方支付通道，其中至少有一方將資金投入到 2-of-2 分類帳條目中。每個人都有一個私鑰，只有在兩個密鑰都簽名的情況下，才能從賬本條目中進行交易。打開通道的初始交易需要 10 分鐘（或任何正常的出塊時間），但之後參與者可以使用通道中分配的資金立即進行交易。這些即時交易從 2-of-2 分類帳條目中支出，是通過來回傳遞簽名交易來進行的。

如果將每筆交易廣播到網絡並由網絡的礦工將其包含在區塊鏈中，則每筆交易都是有效的，但在支付通道中，這些已簽名的交易在參與者希望通道停止運行之前不會廣播。已簽名但未廣播的交易使用直接的點對點通信進行交換，並由參與者像可兌換收據一樣持有。

爲了使用閃電網絡，兩個參與者 Alice 和 Bob 在區塊鏈上創建了一個 20 美元的初始交易，其中每一方都有 10 美元的價值。

然後可以更新這個初始分配，使得 Alice 擁有總價值 20 美元中的 5 美元，而 Bob 擁有 15 美元，依此類推。當參與者完成相互交易時，最近交換的交易簽名被廣播到網絡，最終確定通道中資金的移動——一些錢流向一方，一些錢（如果有的話）返回另一方。

Lightning 採用支付渠道背後的技術並創建這些渠道的網絡，使用「智能合約」確保網絡能夠以去中心化的能力運行而沒有交易風險。例如，Alice 可以與 Bob 打開一個頻道，Bob 又與 Carol 有一個頻道，而 Carol 與 Dave 有一個頻道。如果 Alice 想與 Dave 交易，她可以通過 Bob 和 Carol 發送資金，Dave 最終會收到（人傳人？）。但是，由於閃電網絡設計中固有的多重簽名和智能合約，Alice 不需要信任 Bob 和 Carol 作爲中間人——該協議使用密碼學來確保資金要麼通過 Bob 和 Carol 到達 Dave，要麼通過自動退還給愛麗絲。

Bob 和 Carol 充當網絡上的「節點」。閃電網絡上的節點在某些方面類似於比特幣網絡上的礦工。它們充當以分散方式處理網絡交易的服務器。像礦工一樣，他們無法控制他們幫助轉移的資金。Bob 無法竊取 Alice 的資金，因爲如果他已經將付款發送給收款人，他只會收到發件人的收款。因此，接收付款取決於是否已經轉發。閃電支付以披露加密祕密爲條件，並且知道該祕密允許從先前的節點贖回（當 Dave 從 Carol 贖回時，Carol 現在可以從 Bob 那裏贖回）。

但是，如果 Bob 離線，會發生什麼？資金是否永遠停留在 2-of-2 支付渠道中？針對不可靠節點，閃電網絡內置智能合約機制，用戶可以單方面關閉通道。它使用「哈希時間鎖合約 hashed timelock contract」來確保如果 Bob 消失，Alice 總能拿回她的錢。該合約設置了時間價值，通常以小時或天爲單位，因此即使 Bob 的服務器關閉，Alice 也可以得到償還。

類似地，如果 Alice 從她的多重簽名地址向閃電網絡上的 Dave 發送資金，但隨後又試圖反悔，會發生什麼情況？她可以通過將較舊的交易廣播到區塊鏈來做到這一點，從而試圖關閉通道，使其處於向戴夫發送交易之前的狀態。雖然閃電軟件會刪除這些舊的交易狀態，但 Alice 可以更改軟件來保存它。如果 Alice 試圖聲稱她仍然有她的舊餘額，Dave 的軟件（或其他指定的服務器）將監視區塊鏈中的此類交易，並且當它捕獲 Alice 的廣播交易時，她將把她所有的資金都輸給 Dave 作爲懲罰。結果，任何人嘗試廣播舊的無效狀態都會受到抑制。

如果 Alice 和 Bob 都在線並且願意關閉他們的頻道怎麼辦？如果雙方合作關閉支付渠道，資金可以在 10 分鐘內清到區塊鏈上，這是比特幣交易確認所需的時間。Alice 和 Bob 在此期間可能在閃電網絡上進行了數千次交易。

無論是比特幣還是其他區塊鏈，閃電網絡最終依賴於底層區塊鏈，以確保其安全性。在比特幣的情況下，它使用保護整個網絡的底層工作量證明算法來保護它。區塊鏈是最終的仲裁者，或者實際上是一個自動法官。使用閃電網絡，您始終知道法官將如何裁決，因爲它已預先寫入交易中，就是那些用於創建構成閃電網絡的支付渠道的交易中。這是一個不能被欺瞞或收買的法官。實際上，閃電網絡允許最終由「全球共識」（區塊鏈）強制執行的「本地共識」狀態。這種本地共識狀態沒有類似於傳統模型的託管信任，因爲任何參與者都可以在沒有其他參與者合作的情況下，單方面關閉和贖回他們的資金。最終，Lightning 使用底層區塊鏈作爲一種手段來批量結算那些在和不信任的交易對手之間發生的鏈下交易。