什么是閃電網(wǎng)絡(luò)?比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)是怎么回事?
導(dǎo)語
加密貨幣具有顯著特性,不易遭黑客襲擊或關(guān)停。所有人都能通過加密貨幣在全球范圍內(nèi)傳輸價值,無需第三方介入。
為確保這些特征保持不變,須付出巨大代價。由于運行加密貨幣的節(jié)點眾多,導(dǎo)致吞吐量受限。因此,雖是致力于面向大眾普及的技術(shù),但區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)能處理的每秒交易量(TPS)相對較低。
為打破區(qū)塊鏈技術(shù)的固有局限性,各種可擴展性解決方案紛紛涌現(xiàn),以提升網(wǎng)絡(luò)可處理的交易數(shù)量。在本文中,我們將深入探討比特幣協(xié)議的一種擴展,即閃電網(wǎng)絡(luò)。
什么是閃電網(wǎng)絡(luò)?
閃電網(wǎng)絡(luò)運行在區(qū)塊鏈之上,旨在加速點對點交易。該網(wǎng)絡(luò)的運用不僅局限于比特幣,諸如萊特幣等加密貨幣也集成其中。
我們可能會產(chǎn)生困惑,“在區(qū)塊鏈之上”是什么意思?閃電網(wǎng)絡(luò)即所謂的鏈下或Layer 2解決方案。個人可通過該網(wǎng)絡(luò)交易,且無需在區(qū)塊鏈中記錄每筆交易。
閃電網(wǎng)絡(luò)獨立于比特幣網(wǎng)絡(luò),擁有自主節(jié)點和軟件,但仍需與主鏈通信。如要進出閃電網(wǎng)絡(luò),需在區(qū)塊鏈中創(chuàng)建特殊交易。
個人的首筆交易實際上是在與其他用戶建立一種智能合約。稍后我們會詳細介紹?,F(xiàn)在,我們先把智能合約設(shè)想為與其他用戶共持的私人賬本。用戶可在這本賬本中寫入多筆交易。這些記錄僅對用戶與交易對手可見,且基于設(shè)置的特性,雙方無法作假。
這種迷你賬本稱之為“通道”。例如,Alice和Bob分別向智能合約投入5 BTC。他們的通道中此刻各自有5 BTC的余額。然后,Alice寫入賬本“向Bob支付1 BTC”?,F(xiàn)在,Bob有6 BTC,Alice余4 BTC。Bob日后又將2 BTC發(fā)還給Alice。余額更新后,Alice有6 BTC,而Bob剩4 BTC。他們可以這樣持續(xù)操作一陣。
任意一方隨時可將通道當(dāng)前的狀況發(fā)布到區(qū)塊鏈中。屆時,通道兩端的余額分配到雙方各自的鏈上地址。
顧名思義,閃電交易快如閃電。無需等待區(qū)塊確認,即可在互聯(lián)網(wǎng)連接允許時快速支付。
閃電網(wǎng)絡(luò)為何必要?
截至目前,閃電網(wǎng)絡(luò)(或簡稱“LN”)似乎是應(yīng)對比特幣區(qū)塊鏈可擴展性最合理的方式。在如此龐大的生態(tài)系統(tǒng)中協(xié)調(diào)變化十分棘手,因為要面臨硬分叉和潛在災(zāi)難性漏洞等風(fēng)險。保護巨額價值安全是當(dāng)務(wù)之急,而實驗極為危險。
如果要把實驗從區(qū)塊鏈中移除,就必須更具靈活性。這樣稍出差錯,也不會對比特幣網(wǎng)絡(luò)造成實質(zhì)影響。Layer 2解決方案不會破壞維持該協(xié)議運行10年以上的任何安全假設(shè)。
而且,沒有必要改變慣有的操作方式。這樣終端用戶的鏈上交易照常進行,現(xiàn)在還多了鏈下交易選擇。
使用閃電網(wǎng)絡(luò)有諸多好處。我們將重點介紹以下幾點。
可擴展性
比特幣區(qū)塊大約每十分鐘創(chuàng)建一次,且容納交易數(shù)量有限。區(qū)塊空間屬于稀缺資源,因此用戶之間須相互競價,才能保證自己的交易及時納入?yún)^(qū)塊空間。礦工最關(guān)心的是獲取報酬,因此他們會優(yōu)先納入手續(xù)費更高的交易。
假設(shè)沒有多名用戶試圖同時發(fā)送資金,這其實并不會成為問題。您可以將手續(xù)費設(shè)置得較低,這樣交易可能會納入到下一個區(qū)塊。但是,所有人同時發(fā)布交易時,就會導(dǎo)致平均手續(xù)費大幅上漲,偶爾會超過5美元。在2017年牛市鼎盛時期,手續(xù)費甚至突破了50美元。
比特幣平均交易手續(xù)費(以美元為單位)
這對于價值數(shù)千美元的比特幣交易而言,似乎微不足道。但小額支付卻舉步維艱。誰會愿意為買一杯3美元的咖啡而額外支付5美元呢?
使用閃電網(wǎng)絡(luò)仍需支付兩項費用,即開啟和關(guān)閉通道的費用。通道開啟后,用戶和交易對手可免費進行數(shù)千筆交易。交易完成后,只需將最終狀態(tài)發(fā)布到區(qū)塊鏈。
從宏觀角度來看,如果有更多人選擇閃電網(wǎng)絡(luò)等鏈下解決方案,區(qū)塊空間的使用效率將得到提高。小額、高頻次的轉(zhuǎn)賬通過支付通道進行,而區(qū)塊空間則用于大額交易和通道開啟/關(guān)閉。如此一來,訪問系統(tǒng)的用戶群體數(shù)量增加,可擴展性進而獲得長久發(fā)展。
小額支付
比特幣設(shè)有最低交易金額,約為0.00000546 BTC。截至本文撰稿時,約等值于四美分。這已經(jīng)是很小的數(shù)額,但閃電網(wǎng)絡(luò)將交易限額壓得更低,按目前最小的單位來算,為0.00000001 BTC,或一聰。
閃電網(wǎng)絡(luò)對小額支付更具吸引力。按照常規(guī)交易的費用,在主鏈上發(fā)送小金額顯得不切實際。然而在通道內(nèi),則可免費發(fā)送比特幣的微小零頭。
小額支付適用于眾多用例。有人預(yù)測小額支付會成為訂閱服務(wù)模式的有效替代方案,這樣用戶只需就每次使用的服務(wù)支付很小的金額。
隱私
閃電網(wǎng)絡(luò)的第二個好處是用戶信息的保密程度更高。各方無需在網(wǎng)絡(luò)上擴散自己的通道信息。區(qū)塊鏈中可能會顯示“該交易開啟了通道”,但不會透露交易詳情。如果參與者選擇將通道設(shè)為私密狀態(tài),則交易進展僅本人可見。
假設(shè)Alice和Bob共享通道,Bob又與Carol共享另一個通道,則Alice和Carol可通過Bob相互發(fā)送付款。如果Dan與Carol建立連接,Alice同樣可向他發(fā)送付款。試想將這種模式擴展到支付通道相互連接的龐大網(wǎng)絡(luò)中。按照這樣的設(shè)置,只要通道關(guān)閉,就無法確定Alice究竟向誰發(fā)送了資金。
閃電網(wǎng)絡(luò)如何運作?
我們已經(jīng)解釋了閃電網(wǎng)絡(luò)如何依賴高層次上各節(jié)點的通道。現(xiàn)在研究一下其底層的具體原理。
多重簽名地址
多重簽名(或英文簡稱“multisig”)是可供多個私鑰支付的地址。用戶創(chuàng)建多重簽名后,就能指定用于支付資金、簽署交易所需的私鑰數(shù)量。例如,5取1方案指五個密鑰生成一個有效簽名,且簽署交易僅需一個密鑰。3取2方案表示,如有三個密鑰,需其中兩個才能支付費用。
要預(yù)置閃電網(wǎng)絡(luò)通道,參與者需在2取2方案中鎖定資金,即僅需兩個私鑰用以簽署交易,而轉(zhuǎn)移代幣同樣需要兩個私鑰。讓我們回到Alice和Bob的示例。接下來幾個月內(nèi),他們需相互支付大筆費用,因此,他們決定開啟閃電網(wǎng)絡(luò)通道。
首先,他們在共有的多重簽名地址中分別存入3 BTC。需特別強調(diào)的是,未經(jīng)Alice同意,Bob無法把資金轉(zhuǎn)出地址,反之亦然。
他們只需在調(diào)整兩邊余額時留下一紙記錄。雙方各自擁有3 BTC的初始余額。如果Alice想向Bob支付1 BTC,為何不直接記下Alice現(xiàn)有2 BTC,而Bob的余額為4 BTC呢?在決定真正轉(zhuǎn)出資產(chǎn)之前,這樣記錄可以追蹤到余額。
這種方式行之有效,但其中有什么奧妙呢?其實更重要的是,這樣是不是讓彼此合作變得易如反掌了呢?假設(shè)Alice最終擁有6 BTC,而Bob空無分文,那么Bob拒絕釋放資金就不會有任何損失(或許失去的只是與Alice的友誼吧)。
哈希時間鎖合約(HTLC)
上述系統(tǒng)很枯燥單調(diào),與目前的受信任設(shè)置相比,沒有什么過人之處。我們接下來介紹的機制可強制執(zhí)行Alice與Bob之間的“合約”,就會有趣得多。如果其中一方不按規(guī)則行事,則另一方可采取補救措施,將資金撤出通道。
這種機制稱為“哈希時間鎖合約”,或縮寫為“HTLC”。這個術(shù)語聽上去令人生畏,但實際上是個非常簡單易懂的概念。它結(jié)合了哈希鎖和時間鎖兩種技術(shù),對支付通道中各種拒不配合的操作采取補救措施。
哈希鎖是加在交易中的條件,具體需證明自己知道某個秘密才能動用資金。發(fā)送方對一段數(shù)據(jù)進行哈希運算,并將帶有哈希值的交易發(fā)送給接收方。接收方只有提供出與哈希值匹配的初始數(shù)據(jù)(即秘密),才能動用資金。唯一能獲取該數(shù)據(jù)的途徑是由發(fā)送方告知。
時間鎖是防止在特定時間前動用資金的限制條件,可指定具體時間,或特定區(qū)塊高度。
哈希時間鎖合約(HTLC)通過結(jié)合哈希鎖和時間鎖而創(chuàng)建。在實際運用中,哈希時間鎖合約(HTLC)可用于創(chuàng)建條件支付,即接收方須在特定時間前提供某個秘密,否則發(fā)送方收回資金。以下通過示例解釋會更加淺顯易懂。那么,讓我們說回Alice和Bob。
開啟和關(guān)閉通道
我們之前舉了例子,設(shè)想Alice和Bob剛創(chuàng)建交易,雙方向共享的多重簽名地址存入資金。但是這些交易還沒發(fā)布到區(qū)塊鏈當(dāng)中!我們需要先做一件事。
三枚代幣來自Bob,還有三枚代幣則來自Alice。
請記住,從多重簽名中取出這些代幣的唯一途徑是Alice和Bob共同簽署交易。如果Alice要把全部六枚代幣發(fā)送到外部地址,需獲得Bob批準。她先發(fā)起一筆交易,指明“將六枚比特幣發(fā)送到該地址”,然后加上自己的簽名。
如果她嘗試立即發(fā)布交易,但沒有Bob的簽名包含其中,則交易無效。Alice須先將不完全交易交給Bob。他簽名之后,交易才生效。
到此為止,我們還沒建立督促眾人誠信交易的機制。正如前文所述,如果交易對手拒絕合作,資金就會徹底困住。讓我們來了解一下預(yù)防此類情況的機制。該機制涉及多步驟操作,請耐心聽我們逐一介紹。
雙方各提供一個秘密,我們稱之為“As”和“Bs”。雙方一旦透露秘密,結(jié)果不堪設(shè)想。因此,他們暫時要保守住秘密。兩個秘密分別生成各自的秘密哈希值,即h(As)和h(Bs)。這樣雙方無需分享秘密,只需彼此分享哈希值。
Alice與Bob相互分享秘密哈希值。
Alice和Bob在向多重簽名地址發(fā)布首筆交易之前,還需創(chuàng)建一系列承諾交易,即防止對方扣押資金的補救措施。
如果把通道想象成我們之前提過的迷你賬本,那么承諾交易就是對賬本的更新。每當(dāng)創(chuàng)建一組新的承諾交易,就是在對二位參與者的資金進行再平衡。
Alice的交易有兩個輸出,一個支付她擁有的地址,另一個鎖進新的多重簽名地址。她簽名后交給Bob。
Alice的交易有兩個輸出,一個到她自己的地址,另一個到新的多重簽名,且需Bob簽名才能生效。
Bob的情況一樣,一個輸出支付自己,另一個支付其他的多重簽名地址。他簽名后交給Alice。
兩筆大同小異的不完全交易。
通常而言,Alice可在給Bob的交易中添加簽名,讓交易生效。但是我們注意到,這些支出資金來自于尚未撥款的的2取2多重簽名。這類似于試圖從目前余額為零的賬戶中支出支票。因此,這些部分簽名的交易只有在多重簽名啟動和運行后才能使用。
新的多重簽名地址,即3 BTC輸出的目的地,具有一些特性。我們來看一下Alice簽名給Bob的不完全交易。多重簽名輸出可在以下條件下使用:
雙方可以合作簽署交易。由于有時間鎖,Bob在一段時間后才能自行花銷。Alice如果知道Bob的秘密Bs,就能夠動用資金。
對于Bob給Alice的交易:
雙方可以合作簽署交易。Alice在一段時間后方可自行花銷。Bob如果知道Alice的秘密As,就能夠動用資金。
請記住,雙方均不知道彼此的秘密,因此第3點暫時無法實現(xiàn)。另一個注意事項是,如一方簽署了交易,交易對手就能夠立即動用資金,因為他們的輸出未設(shè)置任何條件限制。簽署方需等到時間鎖到期才能自行花銷資金,或與對方合作直接共同花銷。
一切順利!現(xiàn)在就能把交易發(fā)布到初始的2取2多重簽名地址中去。這樣做是安全的,因為您可以在交易對手放棄該通道時收回資金。
交易確認后,通道將開啟并運行。第一對交易顯示的是迷你賬本的當(dāng)前狀態(tài)。這時,賬本向Bob支付3 BTC,并同樣向Alice支付3 BTC。
Alice要向Bob支付新款項時,兩人會創(chuàng)建兩筆新的交易來取代第一組交易。操作方式如出一轍,這筆交易會由各自簽署一半。只是Alice和Bob要先放棄他們的舊秘密,并為下一輪交易交換新的哈希值。
例如,Alice要向Bob支付1 BTC,兩筆新交易會把2 BTC存給Alice,而4 BTC給Bob。這樣,余額就會更新。
雙方均可隨時簽署和發(fā)布最近的一筆交易并在區(qū)塊鏈完成“結(jié)算”。然而,簽署發(fā)布方需等待時間鎖到期,而另一方可馬上花銷費用。請記住,如果Bob簽署和發(fā)布了Alice的交易,她就能擁有一次無條件輸出。
雙方可達成共識同時關(guān)閉通道,即合作關(guān)閉。這是資金返回鏈上最便捷的途徑。但是,如有一方?jīng)]有回應(yīng)或拒絕合作,另一方可在時間鎖到期后收回資金。
閃電網(wǎng)絡(luò)如何預(yù)防作假?
我們可能會注意到此處存在攻擊向量。假設(shè)Bob現(xiàn)有余額為1 BTC,要怎樣才能阻止他發(fā)布余額更高的舊交易?畢竟他已經(jīng)從Alice那里拿到了半簽名的交易,他只需加上自己的簽名就可以發(fā)布了,對吧?
沒有任何措施能阻止他這樣操作。但如果真要這么做,他可能會損失全部余額。假設(shè)他確實發(fā)布了舊交易,交易內(nèi)容是向Alice支付1枚代幣,并向我們此前提到的多重簽名地址支付5枚代幣。
Alice馬上就會收到代幣,但Bob必須等到時間鎖到期才能從多重簽名地址進行花銷。是否記得我們上面提過,還要具備另一個條件,Alice才能立即動用同一筆資金?她需要一個自己當(dāng)時不掌握的秘密。但是現(xiàn)在她已經(jīng)知道這個秘密了——第二輪交易剛剛創(chuàng)建,Bob泄露了這個秘密。
在Bob只能靜待時間鎖到期時,Alice就能挪走所有資金。這種帶有懲罰性質(zhì)的機制確保參與者不會打歪主意試圖作假,否則交易對手將獲得他們的代幣。
通道支付
我們之前說到過這個問題,通道之間可以建立連接,否則閃電網(wǎng)絡(luò)無法有效支持支付功能。試想我們是否真的會預(yù)存500美元到同一家咖啡店,就為了接下來幾個月每天都去喝上一杯?
其實完全沒有必要這樣做。 Alice和Bob開啟了通道,Bob和Carol也已建立通道,那么Bob就能通過通道向二者付款。Alice通過這種方式跨越多個“跳點”,就能支付到路徑中的所有人。
在這種情況下,Alice可通過多通道抵達Frank處。實際操作時,她一定會選擇最便捷的通道。
中間機構(gòu)在通道中起到一定作用,會收取少量費用,但非強制收取。閃電網(wǎng)絡(luò)尚處于新興階段,收費市場還未成形。許多人期望能夠基于流動性收取費用。
在基礎(chǔ)鏈中,用戶需根據(jù)占用的區(qū)塊空間來支付費用,但與傳輸?shù)膬r值無關(guān)。也就是說,支付1美元與1000萬美元的費用是相同的。與之相反,閃電網(wǎng)絡(luò)沒有區(qū)塊空間一說。
但是,存在本地余額和遠程余額的概念。本地余額是指一方可“推送”到通道另一端的金額,而遠程余額則是指交易對手可推送回本地一方的金額。
再來舉個例子。下面我們詳細了解一下上述其中一條路徑:Alice <> Carol <> Frank。
Alice向Frank轉(zhuǎn)賬0.3 BTC之前和之后各位用戶的余額。
Alice <> Carol和Carol <> Frank兩條路徑各有1 BTC的總?cè)萘?。Alice的本地余額為0.7 BTC。大家此時在區(qū)塊鏈中結(jié)算,則Alice收到0.7 BTC,Carol收到0.3 BTC的遠程余額。
假設(shè)Alice要向Frank發(fā)送0.3 BTC,她會向Carol通道一側(cè)推送0.3 BTC。然后Carol從自己的本地余額經(jīng)通道向Frank推送0.3 BTC。最終,Carol的余額保持不變:來自Alice的+0.3 BTC和發(fā)送至Frank的-0.3 BTC相互抵消。
Carol充當(dāng)Frank的中間連接沒有損失價值,但是自己的資金支配靈活性變差。可以看到,她目前在與Alice的通道中可花銷0.6 BTC,但在與Frank的通道端只能支配0.1 BTC。
我們設(shè)想一種情況,Alice只與Carol連接,而Frank連接的網(wǎng)絡(luò)范圍更廣。此前,Carol通過Frank可向他人共計發(fā)送0.4 BTC,但現(xiàn)在她的通道一端只有0.1 BTC可供向外推送。
在這種情況下,Alice實際上正在蠶食Carol的資金流動性。在沒有任何激勵的情況下,Carol并不想讓自己處于劣勢。因此,她可能會提出“從我的通道每輸出0.01 BTC,我將收取10聰?shù)馁M用”。 這樣一來,Carol在“較強”路徑中舍棄的本地余額越高,賺得就越多。
如前所述,這里并沒有事實上的收費要求。有人并不擔(dān)心流動性變差,而有人只想與接收者直接開啟通道。
閃電網(wǎng)絡(luò)的局限性
如果事實證明,閃電網(wǎng)絡(luò)能讓比特幣所有可擴展性問題迎刃而解,就皆大歡喜。但很遺憾,閃電網(wǎng)絡(luò)存在著阻礙自身發(fā)展的缺點。
可用性
對于初學(xué)者而言,比特幣并不是最直觀的系統(tǒng),地址、費用等等,可能都會讓人摸不著頭緒。但是錢包則抽離了這些復(fù)雜的內(nèi)容,為用戶提供與現(xiàn)有支付系統(tǒng)較為相似的操作。我們可以讓他人下載智能手機錢包,并向他們發(fā)送代幣。這樣他們會很愿意去完成操作。
閃電網(wǎng)絡(luò)目前無法做到這一點,其智能手機應(yīng)用程序選擇還十分有限。通常來說,閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需訪問比特幣節(jié)點才能充分使用。
設(shè)置好客戶端之后,用戶還需開啟通道才能進行支付。這個過程非常耗時,尤其當(dāng)新人接觸到“入站/出站容量”等概念,更是一頭霧水。
所以說,閃電網(wǎng)絡(luò)還需不斷改進,降低準入門檻,讓用戶獲得更流暢的體驗。
流動性
閃電網(wǎng)絡(luò)的一大詬病在于用戶的交易能力受到了限制。個人支出不能超過鎖定在通道中的金額。如果有人要支出所有資金,把通道的所有資金轉(zhuǎn)到遠程余額,則必須關(guān)閉該通道?;蛘撸粍拥却送ㄟ^該通道進行支付,但這并不是理想的方式。
個人路徑受限于通道總?cè)萘俊R源饲暗?strong>Alice <> Carol <> Frank為例。如果Alice和Carol的通道有5 BTC的容量,而Carol和Frank的容量僅為1 BTC,那么Alice永遠無法發(fā)送超過1 BTC的金額。即便如此,所有余額需在Carol <> Frank通道的Carol一端才能保證閃電網(wǎng)絡(luò)的正常運作。這會嚴重限制通過閃電網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)馁Y金量,繼而連帶影響到網(wǎng)絡(luò)的實用性。
中心化樞紐
基于前面提到的問題,有人擔(dān)心這樣的網(wǎng)絡(luò)會催生出大量“樞紐”,即具有強勁流動性且密切關(guān)聯(lián)的大型實體,讓所有大額支付都通過這些實體通道。
顯然,這種發(fā)展勢頭并不是好現(xiàn)象。中心化樞紐會削弱系統(tǒng),因為這些實體離線會嚴重擾亂用戶之間的關(guān)系。此外,由于只有少數(shù)幾個點進行交易,審查風(fēng)險隨之增加。
閃電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀
截至2022年3月,閃電網(wǎng)絡(luò)的運作一切正常,擁有超過3.5萬個在線節(jié)點,8.5萬多個活躍通道,并且容量突破3,570 BTC。
閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的全球分布。資料來源:explorer.acinq.co
在眾多不同的節(jié)點實現(xiàn)當(dāng)中,Blockstream的c-lightning、閃電實驗室(Lightning Labs)的閃電網(wǎng)絡(luò)守護進程(Lightning Network Daemon)以及ACINQ的Eclair尤為熱門。針對不太精通技術(shù)的用戶,許多公司推出了即插即用節(jié)點。用戶只需接通設(shè)備電源,就能開始使用閃電網(wǎng)絡(luò)。
總結(jié)
閃電網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)于2018年上線,盡管許多人認為它仍處于測試階段,但該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)呈現(xiàn)出驚人的發(fā)展勢頭。
目前,只有具備一定技術(shù)熟練程度的用戶才會操作閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,因此網(wǎng)絡(luò)仍需攻克一些可用性障礙。隨著網(wǎng)絡(luò)大力開發(fā),準入門檻正在逐漸降低。
只要問題得以順利解決,閃電網(wǎng)絡(luò)將成為比特幣生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分,大大提升可擴展性和交易速度。
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2023-10-20 -
River數(shù)據(jù):比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)兩年內(nèi)增長1,200%
根據(jù)比特幣交易所River的數(shù)據(jù),比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)在兩年內(nèi)估計增長了1212%,8月份的路由交易約為660萬筆,與2021年8月的50.3萬筆交易相比,這是一個顯著的增長,具體內(nèi)容請參考…
2023-10-12