比特币的扩容之路：闪电网络的未来是什么样的？

经过多年的概念发展，比特币的闪电网络现在正处于测试阶段。 因此，每天都有越来越多的节点出现在闪电网络上，越来越多的用户开始相互开通闪电网络通道，一些商家甚至开始接受闪电支付。

当然，闪电网络还处于早期阶段。 虽然它的主要实现、钱包和其他相关应用程序已经可用，但其覆盖支付网络预计将在未来几年内在网络架构、安全性和可用性方面得到改进。

以下是目前正在开发的一些与闪电网络相关的主要项目。

双资渠道

闪电网络由一系列支付渠道组成。 两个用户之间存在支付渠道，允许资金在他们之间来回发送。

但在像现在这样的早期发展阶段，支付渠道只能由两方之一出资。 出资方首先要向对方发起交易（开放通道）； 对方才能在同一个支付通道（opened channel）中退钱。

闪电网络白皮书提出了“双资通道”，Eclair的母公司ACINQ也提出了相关的标准提案。 顾名思义，双投通道允许双方用户都将比特币发送到闪电网络通道进行抵押和合资开通通道。 这将使闪电网络的应用更加灵活，用户可以在已经开通的通道上实现即时支付。

潜艇互换

为了启用闪电支付，用户必须预先将资金存入闪电通道。 一旦资金存入通道，这些资金就不能发送到常规（链上）比特币地址（除非通道首先关闭）。 这意味着闪电通道中的比特币不同于普通钱包中的比特币，就像支票账户中的资金不同于储蓄账户中的资金一样。

现在有解决方案可以让用户在闪电网络和链上无缝切换交易。

一种解决方案是 Submarine Swaps。 由 Alex Bosworth 开发（并由 Lightning Labs 首席技术官 Olaoluwa Osuntokun 构思），淹没交换允许用户通过通道将比特币发送到闪电网络中的中介； 到常规（链上）比特币地址。 反过来也是可能的：用户可以定期用比特币支付给链上中介； 然后中介将相应数量的比特币发送到闪电网络上的接收节点。

重要的是，这是在 Submarine Exchange 中“自动完成”的。 使用闪电网络中已经嵌入的方法，闪电支付和链上支付可以有效地互连。 这使得中间商无法通过不付款来窃取资金。 （并且通过与用户达成协议，可以代为收取少量服务费。）

拼接

另一种更无缝的闪电交易解决方案称为“拼接”。 从本质上讲，拼接允许用户在现有的闪电网络通道中“充值”资金，或者从通道中“取出”资金，同时保持通道畅通。

这个想法很简单。 任何闪电通道都以公开交易开始，这确保双方用户同意在通道中转移资金。 闪电网络通道的其余部分由用户之间的一系列后续交易组成，这些交易通常不会传播到比特币主网。 通道内的交易资金在通道关闭前不会转移。

当使用“拼接”时，用户可以使用开仓交易，而不是将资金发送到包含更多比特币的新的替代开仓交易。 一旦这个新交易在区块链上得到确认，通道就会被填满。 双方用户可以在确认新开启的交易之前同时更新旧通道和新通道，以避免“通道故障”。

而当使用“拼接”时，用户可以使用公开交易将资金发送到常规（链上）地址，并可以使用相同的方法将其中的一部分保留在通道中。 这样，用户就可以在闪电网络通道上进行链上交易。

埃尔图

每次进行新的付款时，用户之间的闪电通道都会更新以反映他们的总余额。 当前用于实现此目的的方法包括惩罚试图公布旧余额的用户（可能是因为旧余额会给他们留下更多的钱）。 欺诈用户可能会损失其频道中的所有资金。

问题是公布旧余额并不总是因为人们想作弊。 在许多情况下（例如，由于软件错误或备份错误）用户可能会不小心广播旧余额。 在这种情况下，渠道资金的彻底流失，对他们来说是相当沉重的惩罚。

Eltoo 于 2018 年 4 月 30 日首次发布，由 Blockstream 的 c-lightning 开发团队 Christian Decker 和 Rusty Russell 以及 Lightning Labs 的 Osuntokun 共同开发。 Eltoo 构建了一个时间锁定交易链（a chain of time-locked transactions）来更新通道，每笔交易支出都会更新前一笔交易的资金以反映最新的通道余额。

如果用户广播较早的交易（表示较旧的通道余额），她的交易对手有时间广播最新的交易（表示最新的通道余额）。

像这样的解决方案目前可能有效，但在失败的情况下将不切实际。 这需要在比特币区块链上广播和记录整个交易链，或多或少地模糊了闪电网络的目的。 因此，Decker 提出了比特币协议的软分叉，以在这些类型的交易中引入层次结构：任何较新的交易都可以覆盖任何较旧的交易，而无需广播整个链。 所有交易。

如果这个软分叉在比特币网络上被采用激活，闪电网络用户将能够根据自己的喜好创建闪电通道。 （喜欢现在或使用eltoo，取决于他们喜欢使用什么）

紧凑的客户端块过滤

虽然闪电网络是一个二层协议，但比特币区块链本身在安全性上也与闪电网络有关。 具体来说，Lightning 用户必须密切关注区块链以查看是否包含特定交易。 这可能会占用大量资源，尤其是对于移动用户而言。

有一种称为简化支付验证（SPV）的解决方案，在比特币白皮书中有所描述。 当前的 SPV 钱包使用一种称为“布隆过滤器”的方法来确定是否发生了相关交易。

不幸的是，布隆过滤器在某种程度上保护隐私，因为钱包本质上将所有用户的地址暴露给比特币网络上的节点。 它还存在一些扩展问题和可用性问题，因为每个单独的 SPV 钱包将占用至少一个比特币全节点的资源。

为了解决这些问题，Lightning Labs 的 Osuntokun 和 Alex Akselrod 以及 Coinbase 的 Jim Posen 设计了一种名为“紧凑型客户端块过滤”（Compact Client-Side Block Filtering）的新解决方案，他们正在 Neutrino 钱包中开发。 应用此解决方案。

紧凑的客户端块过滤技术基本上颠覆了目前SPV钱包使用的方法。 通过创建布隆过滤器并将它们发送到许多全节点，然后全节点为所有 Neutrino 钱包创建过滤器，而不是通过钱包请求相关交易。 然后 Neutrino 钱包使用这个过滤器来确定有问题的交易没有发生。 这确实是所有用户都需要知道的，以确保他们不会被骗。 （如果过滤器产生匹配项，Neutrino 将拉取相关块以查看匹配项是否确实涉及准确的交易而不是误报）

有趣的是，虽然这种方法的灵感来自于闪电网络，但它也可以用于普通的轻钱包。

瞭望塔

为了避免被骗，闪电网络用户必须跟踪可能与他们相关的潜在链上交易。

虽然紧凑的客户端块过滤会使这更容易，但用户确实需要偶尔“检查”以确保他们没有被骗。 如果他们忘记检查，就会产生安全风险。

“瞭望塔”是一种可能的解决方案，它可以追溯到闪电网络白皮书，由闪电网络白皮书的合著者和 lit 开发者 Tadge Dryja 等人开发。 顾名思义，瞭望塔技术允许用户将监控区块链的任务外包给第三方。

目前的瞭望塔技术并非一成不变，但大致就是这样运作的。 每当用户更新频道时，都会向瞭望塔发送一个小数据包。 这个数据包的第一部分是用户应该注意的交易“提示”。 提示本身不透露任何交易内容； 因此，用户不会泄露隐私。

但是，如果相关交易出现在比特币区块链中，瞭望塔可以使用该提示来识别相关交易。 然后利用来自区块链本身的交易数据比特币为什么要扩容，瞭望塔可以使用他们收到的数据包的第二部分来重建交易惩罚。 此交易惩罚会将通道中的所有资金发送给受骗用户（或者在 eltoo 的情况下，它只广播正确的通道余额）。 交易惩罚也可以设计成让瞭望塔公布一部分资金作为奖励来激励他们的工作。

用户可以将频道监控任务外包给多个瞭望塔。 这样即使一个了望塔发生故障，另一个也没有问题比特币为什么要扩容，将使用闪电网络的风险限制在可以忽略不计的水平。

原子多路径支付

闪电网络之所以成为网络，是因为用户之间的支付通道是相互连接的。 用户可以通过闪电网络中的中介进行跨渠道支付。

但是，单笔支付的路由现在只能是单向的。 如果一个用户要向另一个用户支付 5mBTC，不仅他的单个通道上必须有 5mBTC，而且路由上的所有中间人也必须在通道中准备好 5mBTC 才能转发。 支出越大，发生这种情况的可能性就越小。

原子多路径支付可以很好地解决这个问题。 最初由 Lightning Labs 的 Osuntokun 和 Conner Fromknecht 提出，这个想法很简单：大额支付可以“拆分”成更小的部分，然后通过不同的中介从付款人转移到收款人。

该解决方案的挑战在于闪电支付可能会失败，在这种情况下，这意味着只进行了部分支付。 然而，部分付款很容易造成比不付款更大的问题：商家对部分付款不满意，客户也不愿意支付任何费用。

这个问题的解决方案是原子多路径支付，它使用哈希时间锁定合约（hash time-locked contracts）进行扩展，闪电网络已经使用它来通过网络路由和传输加密数据。 使用类似于 HD 钱包（确定性钱包）使用的方法（从单个种子生成多个比特币地址），部分付款只能由收款人赎回，但如果某些加密数据没有走完整个路线，则付款将失败。

原子互换

闪电网络被设计为比特币的扩展层。 但由于许多山寨币都是比特币的分叉，因此为这些山寨币创建类似的缩放层并不困难。 一个小型的莱特币闪电网络已经出现，未来可能会有更多的闪电网络。

有趣的是，未来这些闪电网络之间并没有隔离。

使用称为“Atomic Swaps”的闪电网络的基本组件（由 Tier Nolan 首次提出并由闪电实验室的 Fromknecht 在闪电网络上实现），闪电网络的支付通道可以跨区块链连接。 也就是说，用户可以使用比特币进行跨币种支付。 只要网络上有一个节点愿意兑换，另一个用户兑换后就可以得到等值的莱特币。

当然，这也意味着用户可以自己进行这样的交换：他们可以向节点发送比特币并接收莱特币。 实际上，闪电网络可以创建一个无需信任的加密货币交易网络。

渠道工厂

闪电网络的主要好处是可以在不增加比特币网络负担的情况下，大大提高比特币交易的容量上限。 只要两个用户的通道中都有资金，他们就可以无限次地相互转账，只需要进行两次链上交易：一次打开支付通道，一次关闭支付通道。

尽管如此，如果比特币和闪电网络随着时间的推移被广泛采用，这种链上交易的数量无疑会增加。

苏黎世联邦理工学院研究人员 Christian Block（也是 Blockstream 的员工）以及 Roger Wattenhofer 和 Conrad Burchert 提出的“通道工厂”可能会进一步减少每个支付通道所需的平均链上交易数量。

根据 Decker 和 Wattenhofer 在 2015 年提出的类闪电网络协议，通道工厂是一个可以被多个用户使用的支付通道。 同时，与其他支付渠道一样，渠道工厂也需要进行两次链上交易。 （如果在比特币上实现 Schnorr 签名，将会有很多用户参与，这些交易结构可能会变得相当紧凑。）

反过来，通道工厂可以充当闪电网络的“子通道”。 通道工厂内的用户可以相互打开和关闭几乎无限数量的闪电通道，而无需额外的链上交易。 通过这样做，他们理论上可以将闪电网络所需的链上交易数量减少一个数量级。

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