什么是闪电网络？

2024-09-14 18:01:27 66

中本聪在比特币白皮书中将其定位为 “一种点对点的电子现金系统”，然而，经过十几年的发展，比特币并没有成为 “电子现金”，而是成为了 “电子黄金”，人们将其视为价值存储（SoV）的媒介，美国商品期货交易委员会（CFTC）则将其归类为大宗商品。比特币平均每 10 分钟产出一个区块，TPS 仅为 7，导致交易确认时间长，且经常发生链上拥堵，交易手续费（矿工费）也并不便宜，要想成为 “电子现金”，比特币就必需解决 “又慢又贵” 的难题。

过去的十多年里，比特币社区中涌现出了很多技术方案来帮助比特币进行扩容：有些方案通过分叉来实现，比如 SegWit 将见证与交易的其他数据分离，Taproot 使用 MAST 来扩展比特币；有些方案则不改变比特币本身，而是选择在链外施展空间，比如侧链技术选择将资产转移到其他区块链上，支付通道网络则选择将大部分交易转到链外去执行。

今天要介绍的闪电网络（Lightning Network）就属于支付通道网络的一种，在比特币的支付场景中，闪电网络能够帮助用户节省成本，提升效率。

闪电网络是什么？

比特币闪电网络（Lightning Network）是叠加在比特币区块链之上的 P2P 网络，是比特币的一种 Layer2 解决方案，旨在解决比特币网络在可扩展性和交易速度方面面临的限制。闪电网络可实现即时、低成本和可扩展的小额支付，同时保持去中心化和安全性。通过使用链下支付通道和智能合约，用户可以直接进行交易，而无需将每笔交易广播到主链上。这种方法大大降低了比特币网络的负荷，使交易更快、更便宜、更私密。

我们可以简单地用打麻将来理解比特币闪电网络：

在开始打麻将之前，每位玩家先拿出一定数量的现金（比如 100 元），放在桌子中央，这相当于在比特币主链上进行交易，开设支付通道。同时，大家使用扑克牌作为临时的记分工具，每张扑克牌代表 5 毛钱。

在麻将游戏过程中，赢家从输家那里拿取相应数量的扑克牌，这个过程就像闪电网络中的链下交易 —— 快速、无需确认，且不会影响到桌子中央的现金（比特币主链）。

如果某位玩家手中的扑克牌用完了，他可以再拿出一些现金放到桌子中央，从而换取更多的扑克牌，这就像是在闪电网络中为通道充值。

麻将游戏结束时，每个玩家数一数手中的扑克牌，然后用摆放在桌子中央的现金进行最终的结算，这个过程对应着闪电网络中的通道关闭和链上结算。只有最后的结果被记录在 “正式账本”（即比特币区块链）上，中间的所有小额交易（每一盘麻将的输赢）都不需要单独记录。

麻将游戏的类比可以让我们更好地理解闪电网络，但实际的闪电网络要复杂得多，其工程实现也更加复杂。我们将在之后的文章中详细介绍闪电网络是如何运作的，敬请期待。

闪电网络不是什么？

为了更好地理解闪电网络的概念，除了要知道它是什么，也需要了解它不是什么。

1、闪电网络不是区块链

区块链的本质是一个分布式的账本，所有的链上交易都会广播并记录在这个账本中，所以需要有共识机制来进行维护，通常还会发行自己的代币来激励矿工/节点来维护账本。

闪电网络主要依靠哈希时间锁定合约（HTLC）来保证资金的安全性，并没有所谓的共识机制，闪电网络中的交易也不会向全网广播，只有最终的结算会广播到比特币主链上。另外，闪电网络并没有发行自己的代币，也不需要这么做。

2、闪电网络不是 Rollup

虽然闪电网络和 Rollup 都是在链下执行交易，但两者有显著的区别。Rollup 在链下执行交易和计算，然后将多个交易打包成一个批次，定期将交易结果和证明提交到主链；而闪电网络在链下开启支付通道，通过这些通道进行多次交易，只在开启和关闭通道时与主链交互。

在数据可用性方面，Rollup 需要将数据发布在 Layer 1 上；而闪电网络的交易数据主要保存在参与者之间，不上链。

在安全模型上，Rollup 主要使用欺诈证明，有一周左右的挑战期，或者使用零知识证明，提供即时最终性；而闪电网络依赖于 Watchtower 和及时响应欺诈行为。

在流动性上，Rollup 不需要预先锁定资金；而闪电网络需要在通道中锁定资金。

闪电网络的发展历程

闪电网络一直被比特币社区视为正统的比特币 Layer 2 解决方案，其正统性与中本聪有关。

闪电网络最早的概念叫 “支付通道”，其设计思路是，使用交易替换的方式更新未确认的交易状态，直至其被广播到比特币网络上为止。中本聪在 2009 年创造比特币的时候，就有了关于支付通道的想法，并在 Bitcoin 1.0 中包含了支付通道的代码草稿，其允许用户在交易被网络确认之前更新交易。

后来在给开发者 Mike Hearn 的回复邮件中，中本聪进一步解释了支付通道：“中间交易事务不需要广播，只有最终结果才会被网络记录下来。就在 nLockTime 之前，各方和一些见证节点广播了他们看到的最高序列 tx。” 这正是闪电网路的雏形，也是其正统性的诞生。

在后来的几年里，陆续出现了支付通道相关的解决方案，但都没有带来太大影响。直到 2015 年初，由 Joseph Poon 和 Thaddeus Dryja 写的白皮书草稿《The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payment》发布，闪电网络的发展逐渐明晰起来。同一年，一篇苏黎世理工的论文《A Fast and Scalable Payment Network with Bitcoin Duplex Micropayment Channels》提出依赖于时间锁来作为通道有效性的 “倒计时装置”，以及一种叫做 “无效树” 的密码学技巧来作废陈旧的通道交易，这成为了后来闪电网络赖以为生的技术原型。

2016 年 10 月举办的 Scaling Bitcoin Milan 大会上，闪电网络协议规范（BOLT，Basis of Lightning Technology）诞生。2017 年夏，隔离见证（SegWit）在比特币区块链上激活，为闪电网络的实施铺平了道路。2018 年 3 月，Lightning Labs 发布了 beta 版本的闪电网络实现方案，其功能可以支持早期用户使用，这标志着闪电网络发展的一个里程碑。

闪电网络是开源项目，因此任何人都可以贡献代码，目前比较有代表性的比特币闪电网络实现（客户端）有 Lightning Labs 开发的 LND（Lightning Network Daemon），ACINQ 开发的 Eclair，以及 Blockstream 开发的 CLN（Core Lightning）。