比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)曾發(fā)展迅猛，如今為何又陷入停滯？

是時候認真研究一下比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、解決方案和近期發(fā)展了。閃電網(wǎng)絡(luò)曾經(jīng)被詬病的資產(chǎn)安全問題在 2019 年得到大幅度改進，用戶體驗也有所優(yōu)化。過去閃電網(wǎng)絡(luò)限于小額支付的問題，也藉由支付路徑的擴增而得到解決。

在未來，原子多路徑支付伴隨 HTLC（哈希時間鎖定合約）將會成倍增加路由選擇，有望大幅增加通道流動性。但挑戰(zhàn)依然存在：閃電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定度和支付規(guī)模尚且不足，且無法支持多數(shù)應(yīng)用層，因此離規(guī)?；纳虡I(yè)應(yīng)用及用戶大幅擴增還有一段距離。此外，閃電網(wǎng)絡(luò)通道手續(xù)費收費過低，節(jié)點數(shù)量上升緩慢，如何激勵運營節(jié)點加入也將是一大考驗。

閃電網(wǎng)絡(luò)是一種比特幣鏈下支付協(xié)議，目標是解決比特幣的可擴展性問題。盡管閃電網(wǎng)絡(luò)還處在早期發(fā)展階段，但比特幣支付網(wǎng)絡(luò)加上閃電網(wǎng)絡(luò)，利用鏈下支付和「凈額軋差」概念，有助于提高比特幣交易效率，降低交易成本，一定程度上加強了比特幣作為交易媒介的屬性。

本文將通過三個方面，闡述和分析比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)的進展與挑戰(zhàn)：

· 第一部分介紹閃電網(wǎng)絡(luò)運作機制；

· 第二部分介紹 2019 年閃電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進展；

· 第三部分介紹閃電網(wǎng)絡(luò)落地概況和有待解決的問題。

閃電網(wǎng)絡(luò)運作機制

閃電網(wǎng)絡(luò)基于微支付通道（雙向支付通道）演進而來，由微型銀行和支付通道兩個概念所構(gòu)筑，并就支付通道概念設(shè)計出了兩種類型的交易合同——可撤銷的序列成熟度合約 RSMC （Revocable Sequence Maturity Contract）和哈希時間鎖定合約 HTLC （Hashed Timelock Contract）。其中，RSMC 解決通道中貨幣單向流動及確權(quán)問題，HTLC 解決貨幣跨節(jié)點傳遞通道的問題。

閃電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點包括：一是交易費用低廉，無需礦工參與，用戶只需為中間節(jié)點支付通道費用。二是交易時間迅速，只有少數(shù)節(jié)點參與，維持秒級交易時間。三是數(shù)據(jù)存儲負擔小，大多數(shù)數(shù)據(jù)存儲在鏈下，對鏈上存儲壓力不大。四是隱私性，交易數(shù)據(jù)不上鏈，隱私性得到一定的保護。

接下來依次介紹閃電網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組成部分：智能合約（微型銀行）、支付通道（RSMC 和 HTLC）、路由和費用機制。

智能合約

閃電網(wǎng)絡(luò)鏈上智能合約如同微型銀行運作。用戶 A 與 B (相互為交易對手) 如同微型銀行的存款人，而支付通道中的交易就是雙方調(diào)整各自存款余額的行為。微型銀行存在以下要素 :

· 點對點 : 只存在 A、B 雙方

· 無須信任 : 公開、透明、不可篡改、不可偽造

· 自治 : A、B 共同管理鏈上資產(chǎn)

· 雙簽 : 鏈上資產(chǎn)分配需要雙方簽名

· 承諾 : 雙方對存款余額調(diào)整方案達成?致，并且雙方簽名。此消息并不立刻廣播到鏈上，而是由雙方存儲在本地，并可經(jīng)由雙方同意進行覆蓋。

支付通道

支付通道是支付雙方以閃電網(wǎng)絡(luò)托管雙方的資產(chǎn)，通過共同承諾重新清算雙方的存款余額，以達到價值轉(zhuǎn)移的效果，由 RSMC 及 HTLC 兩個合約所組成。

RSMC

首先假定交易雙方之間存在一個支付通道。交易雙方先預(yù)存一部分資金到微支付通道里，初始情況下雙方的分配方案等于預(yù)存金額。每次發(fā)生交易后，需要對調(diào)整后的資金分配方案共同進行確認，同時簽字把舊版的分配方案作廢。任何一方需要提現(xiàn)時，將他手里雙方簽署過的交易結(jié)果寫到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中并確認。需要強調(diào)的是，只有在提現(xiàn)的時候才需要通過區(qū)塊鏈。

任何一個版本的資金分配方案都需要經(jīng)過雙方的簽名認證才合法。任何一方在任何時候都可以提出提現(xiàn)的請求，提現(xiàn)時需要提供一個雙方都簽名過的資金分配方案（意味著某次交易后的結(jié)果，被雙方確認過，但未必是最新結(jié)果）。在一定時間內(nèi)，如果另外一方拿出證明表明這個方案并非最新的交易結(jié)果，則提出方的資金歸于質(zhì)疑方（罰金機制）；否則按照提出方的結(jié)果進行分配。罰金機制可以確保用戶不會故意拿舊交易結(jié)果來提現(xiàn)。即使雙方都確認了某次提現(xiàn)，提出方的資金到賬時間要晚于對方。

· RSMC 交易構(gòu)造

圖 1：RSMC 交易構(gòu)造，來源：https://blocking.net/1516/bitcoin-lightning-network-rsmc/

假設(shè) Alice 及 Bob 想進行鏈下閃電網(wǎng)絡(luò)交易，并且雙方預(yù)存金額均是 0.5 BTC。

首先，Alice 和 Bob 各自將 0.5 BTC 的保證金打到一個 2-2 多重簽名地址當中 (即 Funding Tx)。Funding Tx 交易暫不被簽名，也不被廣播到鏈上。

接著，Alice 構(gòu)造一筆承諾交易 C1a，其中包含一筆退款交易 RD1a。C1a 的第一個輸出是 RD1a，由 Alice 另一個私鑰 Alice2 和 Bob 私鑰的多重簽名向 Alice 的地址轉(zhuǎn)入 0.5 BTC。但 RD1a 包含一個 seq 變量以防止其馬上進入?yún)^(qū)塊，而是要等 seq=100 個區(qū)塊。C1a 的第二個輸出是向 Bob 的地址轉(zhuǎn)入 0.5 BTC。Alice 將 C1a/RD1a 交給 Bob 簽名。

與此同時，Bob 構(gòu)造一筆承諾交易 C1b，其中包含一筆退款交易 RD1b。C1b 的第一個輸出是 RD1b，由 Bob 的另一個私鑰 Bob2 和 Alice 的私鑰的多重簽名向 Bob 的地址轉(zhuǎn)入 0.5 BTC。但 RD1b 包含一個 seq 變量，防止其馬上進入?yún)^(qū)塊，而是要等 seq=1000 個區(qū)塊確認。C1b 的第二個輸出是向 Alice 的地址轉(zhuǎn)入 0.5 BTC。Bob 將 C1b/RD1b 交給 Alice 簽名。

然后，Bob 對 C1a/RD1a 簽名并返給 Alice，同時 Alice 對 C1b/RD1b 簽名并返給 Bob。

最后，Alice 檢查 C1a/RD1a 以及 Bob 的簽名，確認后自己簽名。同時，Bob 檢查 C1b/RD1b 以及 Alice 的簽名，確認后自己簽名。

可以看出兩點：第一，C1a/RD1a 和 C1b/RD1b 在結(jié)構(gòu)上相互對稱，實際上是站在 Alice 和 Bob 各自立場上，對雙方預(yù)存金額均是 0.5 BTC 這一事實的不同表述（「一個產(chǎn)權(quán)關(guān)系，各自表述」）。這有點類似中國古代「券」的概念：以竹片寫作契約，分左右兩券，各執(zhí)其一，其中左券為契約中履約索償?shù)膽{證。但 C1a/RD1a 和 C1b/RD1b 在地位上比左右券平等。

第二，C1a 和 C1b 花費的是同一個交易輸出，因此 C1a 和 C1b 中只有一個能被打包進區(qū)塊。如果 Alice 廣播 C1a，那么 Bob 馬上就能拿到 0.5 BTC，而 Alice 要等 seq=1000 個區(qū)塊的確認后才能拿到 0.5 BTC。反之，如果 Bob 廣播 C1b，那么 Alice 馬上就能拿到 0.5 BTC，而 Bob 要等 seq=1000 個區(qū)塊的確認后才能拿到 0.5 BTC。換言之，如果交易的一方單方面廣播交易以關(guān)閉支付通道，他將延遲拿回自己的資金，而對方則可以馬上拿回自己的資金。這種安排構(gòu)成對后者的保護。

· RSMC 交易更新

假設(shè) Alice 向 Bob 支付 0.1 BTC，那么雙方在支付通道內(nèi)的資金分配方案將從 0.5/0.5 變?yōu)?0.4/0.6。與前文一樣，按照「一個產(chǎn)權(quán)關(guān)系，各自表述」的原則，Alice 和 Bob 將分別構(gòu)造 C2a/RD2a 和 C2b/RD2b，以確認調(diào)整后的資金分配方案（圖 2）。

圖 2：RSMC 交易更新，來源：https://blocking.net/1516/bitcoin-lightning-network-rsmc/

與此同時，雙方需要將舊版的資金分配方案（C1a/RD1a 和 C1b/RD1b）簽名作廢掉。這就要用到「顯示以撤銷」安排（Reveal to Revoke）。

在 C1a 的第一個輸出 RD1a 中，Alice 把自己的另一個私鑰 Alice2 交給 Bob，這意味著 Alice 放棄 C1a 而認可 C2a。如果 Alice 反悔，那么 Bob 可以用 Alice2 構(gòu)造一個懲罰交易 BR1a。懲罰交易把 Alice 的資金轉(zhuǎn)入 Bob 的地址，并且不受 seq 變量的制約。如果 Alice 廣播 C1a/RD1a，那么 Bob 將廣播 BR1a。BR1a 將在 RD1a 之前執(zhí)行，從而對 Alice 構(gòu)成懲罰。

圖 3：懲罰交易，來源：https://blocking.net/1516/bitcoin-lightning-network-rsmc/

反之，在 C1b 的第一個輸出 RD1b 中，Bob 把自己的另一個私鑰 Bob2 交給 Alice，這意味著 Bob 放棄 C1b 而認可 C2b。類似地，Alice 可以構(gòu)造懲罰交易對 Bob 進行反制。

由上面不難看出，seq 變量提供了一個實施懲罰和反制的時間窗口。

· RSMC 交易終止

關(guān)閉支付通道，并根據(jù)雙方最終認可的資金分配方案構(gòu)造交易并廣播。

HTLC

RSMC 已可以滿足基礎(chǔ)清算要求，但也存在明顯的局限性：通過 RSMC 方案進行結(jié)算的雙方，必須建立直連的支付通道才能支付?；诖送袋c，閃電網(wǎng)絡(luò)需要另一個協(xié)議 HTLC。

HTLC 支持「條件支付」（Conditional Payment），通過多個首尾相連的支付通道串聯(lián)起來形成的支付路徑，支持首尾雙方通過支付路徑完成支付。

HTLC 的核心是時間鎖和 Hash 鎖。時間鎖是交易雙方約定在某個時間 T 之內(nèi)提交才有效，超時則承諾方案失效（無論是提出方或接受方）。哈希鎖可以理解為，對一個哈希值 H，提供原像 R，使得 Hash(R) = H，承諾有效；否則失效。如果支付交易因為各種原因未能成功，時間鎖能夠讓交易參與各方收回自己的資金，避免欺詐行為。

假設(shè) Alice 想要開啟一個與 Bob 的交易，交易金額為 0.5 BTC，但 Alice 需要通過 Carol 才能與 Bob 建立通道進行交易（圖 4）:

第一步：Bob 設(shè)定原像 R （也被稱為暗示數(shù)），把哈希值 H=Hash(R) 告訴 Alice。

第二步：Alice 通過 HTLC 向 Carol 進行條件支付：當且僅當 Carol 在 T 時刻前提供與哈希值 H 對應(yīng)的原像，Alice 才向 Carol 支付 0.5 BTC。類似地，Carol 通過 HTLC 向 Bob 進行條件支付：當且僅當 Bob 在 t 時刻前提供與哈希值 H 對應(yīng)的原像，Carol 才向 Bob 支付 0.5 BTC。其中，t

第三步：Bob 在 t 時刻前向 Carol 提供 R，獲得 0.5 BTC，此時 Carol 知悉 R。反之，0.5 BTC 會返回給 Carol，Carol 不會遭受任何損失。

第四步：Carol 在 T 時刻前向 Alice 提供 R，獲得 0.5 BTC。反之，0.5 BTC 會返回給 Alice，Alice 不會遭受任何損失。

可以看出兩點：第一，在 HTLC 下，支付要么完成，要么完不成但不會對參與者造成損失，因此是「原子式」的（Atomic），這是序貫博弈均衡的結(jié)果；第二，原像 R （信息）和資金相向流動，原像 R 可以被視為收據(jù)（Receipt）。

總的來說，RSMC 保障兩個人之間的直接交易可以在鏈下完成，HTLC 保障任意兩個人之間的轉(zhuǎn)賬都可以通過一條首尾相接的支付通道來完成。閃電網(wǎng)絡(luò)整合這兩種機制，即可實現(xiàn)任意兩個人之間的交易都在鏈下完成。在整個交易中，智能合約起到了中介的重要角色，而區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)則確保最終的交易結(jié)果被確認。

路由

閃電網(wǎng)絡(luò)使用源路由和洋蔥路由。通過源路由，源節(jié)點負責(zé)計算從源到目的地的整條支付路徑。為此，源節(jié)點需要下載完整的公開支付通道表，以便計算出一條支付路徑，并根據(jù)這條支付路徑涉及的所有通道的負載量來計算手續(xù)費和所需條數(shù)。在點對點交易中，這個過程會涉及到大量數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)量還會隨著網(wǎng)絡(luò)擴大而增加。而洋蔥路由則讓交易鏈中間節(jié)點無法得知整個交易發(fā)起或接受方，保障了用戶隱私。

由于 HTLC 的時限性，交易達成速度不夠快就會失效，因此提高交易傳播速度對閃電網(wǎng)絡(luò)效率非常重要。而要提高交易傳播速度，最重要問題便是如何規(guī)劃最短支付路徑。

閃電網(wǎng)絡(luò)運用 PBMC (Probability-based mission control) 機制解決這個問題。初始設(shè)定每個節(jié)點都有一個默認成功率，并根據(jù)實際轉(zhuǎn)賬完成率調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)路由的交易越多，任務(wù)控制組件就越了解這個網(wǎng)絡(luò)的特性，也就能更好地規(guī)劃支付路徑。

費用機制

對于鏈上 BTC 交易，用戶選擇每筆交易的手續(xù)費，礦工選擇手續(xù)費較高的交易生成區(qū)塊，以最大程度提高收入。但閃電網(wǎng)絡(luò)目前是以另外一種方式運作：節(jié)點運營商設(shè)定手續(xù)費，用戶為他們的支付選擇路徑和通道，以最大程度降低手續(xù)費。因此，閃電網(wǎng)絡(luò)能夠提供較低廉的收費架構(gòu)。運營商提供專門化服務(wù)，運營商之間（而非普通用戶）就費率展開競爭更加恰當，操作上也更為便捷。

在閃電網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點運營商必須確定兩種類型的路由費：基本費和費率?；举M是每次交易通過路由支付時收取的固定費用，以千分之一聰來表示。例如，基本費 1000，這就表示每個交易的基本費是 1 聰。而費率則指按支付價值的一定百分比來收費，實際費率公式為費率除以 1,000,000。例如，費率 1000 是指 1,000/1,000,000，也就是 0.1%，一旦轉(zhuǎn)賬成功，該路由通道會收取 0.1% 的轉(zhuǎn)賬價值費用。

此外，為了給路由支付提供流動性，閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點運營商需要在支付通道鎖定一定數(shù)量的比特幣，包含入境流動及出境流動。入境流動指節(jié)點的支付通道可以接收其他路由節(jié)點的最大資金數(shù)額。而出境流動則指節(jié)點的支付通道可以用來支付其他路由節(jié)點的最大資金數(shù)額。節(jié)點可以控制出境流動，但無法控制入境流動，因為入境流動取決于其他路由節(jié)點存放在通道內(nèi)的資金數(shù)額。比如，如果節(jié)點 A 要通過路由節(jié)點 B 收取節(jié)點 C 的 1 BTC，則節(jié)點 A 需要有至少 1 BTC 的入境流動。也就是路由節(jié)點 B 需要放置至少 1 BTC 在 A、B 之間的通道中，交易才能成功。

入境流動無法控制會造成閃電網(wǎng)絡(luò)交易效率低下。如果兩個節(jié)點交易中間隔了一個以上的路由節(jié)點，就算能夠自身入境流動余額足夠，但無法確認其他路由節(jié)點的入境流動余額是否足夠。只要有一個路由節(jié)點入境余額不夠，就會造成交易失敗。

節(jié)點運營商需要時時調(diào)整基本費、費率并監(jiān)控調(diào)整后影響。因為支付需求通道時常改變，再加上目前費率普遍過低 (一個大型節(jié)點日均收入為 10 萬聰，約等于 7 美元)，所以多數(shù)節(jié)點入不敷出。因此，當前閃電網(wǎng)絡(luò)中的流動性提供者，并非受投資回報所推動。但為了實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，閃電網(wǎng)絡(luò)費率設(shè)計需要重新思考激勵力度，通過兼顧投資回報和流動性架構(gòu)以吸引節(jié)點運營商。

2019 年閃電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進展

2019 年，閃電網(wǎng)絡(luò)有許多進展，大幅增加了易用性、用戶資產(chǎn)安全及支付規(guī)模。以下，是較為重要的 4 個技術(shù)進展：

瞭望塔 Watchtowers

閃電網(wǎng)絡(luò)白皮書首次描述了瞭望塔機制，該機制在 2019 年改善并應(yīng)用。瞭望塔針對的問題是，使用閃電網(wǎng)絡(luò)的人需要保持在線狀態(tài)，以確保他們的交易對手沒有試圖竊取資金。暸望塔可以檢測到不誠實的一方是否試圖竊取資金，然后廣播正確交易的消息，將資金發(fā)回誠實的一方（即使誠實性節(jié)點處于離線狀態(tài)）。換言之，如果一個不良行為節(jié)點試圖傳播一個舊的交易，瞭望塔就會懲罰該節(jié)點。

閃電網(wǎng)絡(luò)用戶可以連接專業(yè)運營的第三方暸望塔來保護他們的利益，任何路由節(jié)點也都可以運行自己的瞭望塔來保護自身利益。暸望臺還可帶來威嚇與抑制欺詐的效果。對潛在攻擊者來說，因為不清楚交易對手是否鏈接暸望塔，欺詐成本會大幅度增加。圖 5 顯示了瞭望塔運行機制，瞭望塔實際上是由專業(yè)機構(gòu)代一般用戶實施圖 3 的懲罰機制。

延續(xù)圖 1-圖 3 的表述，考慮兩個交易對手 Alice 和 Bob，各放 0.5 BTC 在通道（即 C1a/RD1a 和 C1b/RD1b，不妨稱為交易 1 或「老交易」），然后 Alice 支付 Bob 0.1 BTC （即 C2a/RD2a 和 C2b/RD2b，不妨稱為交易 2 或「新交易」）。此時，通道余額應(yīng)為 Alice 擁有 0.4 BTC，Bob 擁有 0.6 BTC。假設(shè) Alice 想欺詐，把交易 1 含有雙方簽名的通道狀態(tài)廣播到鏈上。如果在 seq=1000 個區(qū)塊確認時間內(nèi)，Bob 沒有上線提出反對，欺詐便會成功，Bob 將損失 0.1 BTC。

假設(shè) Bob 委托瞭望塔來防范交易對手詐欺。Bob 建立一個撤銷型交易（即圖 3 中的 BR1a），授權(quán)瞭望塔必要時可以撤銷交易對手廣播的過期交易。Bob 將該交易預(yù)先簽名并設(shè)定暗示數(shù)，將暗示數(shù)及預(yù)先簽名的交易送至瞭望塔。該暗示數(shù)可以讓瞭望塔識別出過期交易，但不能讓瞭望塔得知交易明細或通道余額。

此后，每當區(qū)塊鏈上廣播新交易時，瞭望塔會根據(jù)哈希表來比對暗示數(shù)。一旦有交易之暗示數(shù)符合 Bob 設(shè)定之暗示數(shù)，瞭望塔就可知該交易為須撤銷之交易。此時，瞭望塔解密 Bob 提供的撤銷型交易并證明 Alice 發(fā)布的是過期交易，重組并廣播 Bob 預(yù)先簽好名的交易，將 Alice 通道內(nèi)的余額罰沒給 Bob。也就是說，只在欺詐行為發(fā)生時，瞭望塔才可以解密撤銷型交易并得知其中內(nèi)容，因此不會嚴重影響用戶隱私。

潛交換 Submarine Swaps

潛交換技術(shù)是由 Alex Bosworth 創(chuàng)建，被作為一種無縫銜接鏈上和鏈下比特幣流通的技術(shù)。潛交換運作機制類似 HTLC，但同時涉及鏈上和鏈下交易（圖 6）。

假設(shè) Alice 要將鏈上比特幣支付給閃電網(wǎng)絡(luò)上的用戶 Bob，但是 Alice 并沒有閃電網(wǎng)絡(luò)通道。

第一步：Bob 會設(shè)定一組暗示數(shù) R （即原像），并將其哈希值 H 告知 Alice。

第二步：Alice 通過鏈上 HTLC，將比特幣連同 Bob 的閃電網(wǎng)絡(luò)地址一同送至潛交換服務(wù)商，要求潛交換服務(wù)商在一定時間內(nèi)揭示暗示數(shù)才能獲得這筆鏈上比特幣。類似地，潛交換服務(wù)商通過鏈下 HTLC，將同樣數(shù)量的比特幣通過閃電網(wǎng)絡(luò)支付通道轉(zhuǎn)到 Bob 的閃電網(wǎng)絡(luò)地址，要求 Bob 在一定時間內(nèi)揭示暗示數(shù)才能獲得這筆鏈下比特幣。

第三步：Bob 揭示暗示數(shù)獲得鏈下比特幣，潛交換服務(wù)商再利用暗示數(shù)獲得鏈上比特幣，整個潛交換完成。

由此可見，潛交換最大功用是提升鏈上、鏈下的互操作性，并因為 HTLC 的特性，能將信用成本降至最低。潛交換可以用來延長支付通道使用壽命上。閃電網(wǎng)絡(luò)交易需要交易雙方通道余額充足。當通道流動性枯竭后，用戶傾向關(guān)掉原有通道，等到下次需要時再開啟一個新通道，但這限制了閃電網(wǎng)絡(luò)通道擴展和商業(yè)規(guī)?；Ｔ谑褂脻摻粨Q時，用戶可以無需經(jīng)由鏈上交易，經(jīng)由潛交換服務(wù)提供商就可獲得鏈下比特幣，從而維持通道余額。

原子多路徑支付 Atomic Multi-Path Payments

目前閃電網(wǎng)絡(luò)交易單次支付的路由只能是單方向的。假設(shè) Alice 要支付 0.01 BTC 給用戶 Bob，那么他不僅必須在單通道上有 0.01 BTC，而且該路由上的所有中間商也必須在通道中準備好 0.01 BTC 才能進行交易。換句話說，支付額越大，就越難找到合適的支付路徑。

多路徑支付的想法在 2018 年已經(jīng)有豐富的討論，最初想法如下：將大額付款分割成小部分款項，這些小部分款項再通過不同的節(jié)點運營商從付款人轉(zhuǎn)移到收款人手里。該解決方案面臨的挑戰(zhàn)是，利用閃電網(wǎng)絡(luò)支付有失敗的可能，將一筆交易分割為多筆交易可能出現(xiàn)部分交易成功而部分交易失敗的情況。換言之，越大額的支付越可能出現(xiàn)部分支付的問題，這會制約用戶使用閃電網(wǎng)絡(luò)進行大額付款的意愿。

解決方法是原子多路徑支付，簡單來說就是多路徑支付+防部分支付機制。「原子」的含義是：僅當所有小額支付均成功時，交易對手才會收到完整的付款；如果某些小額付款失敗，那么整個交易就會失敗，資金將退回付款方。

原子多路徑支付有如下好處 : 第一，提升隱私性。不管拆分成多少個通道來支付款項，只有交易雙方知道其中的過程。第二，提升支付體驗。用戶可以一次性轉(zhuǎn)出大額款項，無須考慮通道金額上限問題。

中微子協(xié)議 neutrino

中微子協(xié)議由一條「過濾層」鏈所組成。每一個過濾層和一個比特幣區(qū)塊連結(jié)，以壓縮的方式代表其連結(jié)的區(qū)塊，過濾層相較于原區(qū)塊大小約壓縮 250 倍。中微子協(xié)議目的是減輕客戶端硬件設(shè)施的負擔，只擷取和交易雙方相關(guān)的數(shù)據(jù)，避免硬件設(shè)施需要和比特幣主鏈時刻同步。中微子協(xié)議運行流程如下:

每當一個新區(qū)塊產(chǎn)出，全節(jié)點計算區(qū)塊對應(yīng)的中微子過濾層，并發(fā)送給閃電網(wǎng)絡(luò)上所有中微子客戶端。因此，大約每 10 分鐘，客戶端會收到一個中微子過濾層，客戶端比對所有錢包，看是否有任何交易與錢包用戶相關(guān)。一旦發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊包含錢包用戶相關(guān)交易，客戶端會下載「剝離區(qū)塊」。「剝離區(qū)塊」只包含交易數(shù)據(jù)，不包含簽名和「見證」數(shù)據(jù)，可以讓客戶端減少一半以上硬件負擔。通過新數(shù)據(jù)，客戶端得以更新錢包余額。

一般來說，閃電網(wǎng)絡(luò)錢包運營商希望提供的產(chǎn)品具有高用戶體驗及低使用門檻的特點，但提高易用性往往會降低安全性，比如個人資料遭竊取或用戶資產(chǎn)丟失。此外，大量數(shù)據(jù)承載使閃電網(wǎng)絡(luò)難以在移動端實現(xiàn)。中微子協(xié)議讓用戶不必運行全節(jié)點，且可以在移動設(shè)備上進行操作，對用戶量擴展有極大幫助。

閃電網(wǎng)絡(luò)落地概況和有待解決的問題

閃電網(wǎng)絡(luò)落地概況

Bitcoin Visuals 提供的閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)、通道數(shù)和 BTC 承載量等關(guān)鍵指標顯示，閃電網(wǎng)絡(luò)自 2019 年 4 月達到增長高峰后陷入停滯。

目前閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量為 5104 個。節(jié)點數(shù)量在 2019 上半年經(jīng)歷了持續(xù)增長，從 2019 年 1 月 4 月節(jié)點數(shù)量增加了 77%。但從 2019 年 5 月初截至 2020 年 2 月 10 日，閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)卻只增加了 15%，增長率大幅下滑。

閃電網(wǎng)絡(luò)通道數(shù)量從 2019 年 4 月初開始下滑，截至 2020 年 2 月 10 日下滑了 20%，目前通道數(shù)量為 32,030 個。

BTC 承載量從 2019 年 1 月的 525.80 枚上升到了 2019 年 4 月初的 1,059.50 枚，增幅為 101.5%；但自 2019 年 4 月初截至 2020 年 2 月 10 日，BTC 承載量已下滑至 865.58 枚。

閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)、通道數(shù)及 BTC 承載量從 2019 年 4 月開始下滑主要有三個原因 :

· 比特幣幣價從三月開始快速上漲，投資人變現(xiàn)意愿提高

從圖 9 可以看出，閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)成長最快的時間（2019 年 11 月至 2019 年 3 月間），正好是比特幣幣價徘徊在谷底的區(qū)間。這段時間許多投資者的比特幣在二級市場被套、無法變現(xiàn)，閃電網(wǎng)絡(luò)通道成為投資者可以考慮的一個比特幣存放處。

但從 2019 年 3 月開始，比特幣上漲，且閃電網(wǎng)絡(luò)尚未有足夠多的應(yīng)用場景及商戶，許多閃電網(wǎng)絡(luò)用戶選擇將比特幣在二級市場變現(xiàn)套利而非繼續(xù)存放在閃電網(wǎng)絡(luò)。從圖 10 也可以看出，從 2019 年 4 月起，比特幣交易量大幅上升，意味著比特幣在二級市場流通量增加，相對地，存放在閃電網(wǎng)絡(luò)通道的比例下降。

· 閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點盈利無法覆蓋成本及風(fēng)險

運營一個閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的成本 = 架設(shè)節(jié)點成本+運營成本+鎖定資金流動性成本，而風(fēng)險則為閃電網(wǎng)絡(luò)或節(jié)點遭受黑客攻擊的可能。目前閃電網(wǎng)絡(luò)共鎖定價值 800 多萬美元的比特幣，損失大量流動性且面臨著黑客攻擊的風(fēng)險，但節(jié)點運營商每月的盈利只有 1-20 美元不等。顯然，閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點目前還缺乏可持續(xù)的商業(yè)模式。

· 閃電網(wǎng)絡(luò)為天然壟斷市場，小型節(jié)點逐漸無法生存

由于閃電網(wǎng)絡(luò)開關(guān)通道費用的設(shè)計，用戶多開一個通道就多一筆開關(guān)通道費，且各節(jié)點的服務(wù)高度同質(zhì)化，不同之處主要是連接其他節(jié)點數(shù)量多寡。因此，用戶傾向找一個較多連接其他節(jié)點的節(jié)點，這樣不僅交易較容易成功，所需支付的通道費也越低。從經(jīng)濟層面考慮，中心化超級節(jié)點是用戶較為理想的選擇。在用戶數(shù)量沒有大幅增加的狀況下，關(guān)閉小型或無用節(jié)點，而擴大大型節(jié)點的連結(jié)量，是節(jié)點運營商節(jié)省成本的一種方式。

閃電網(wǎng)絡(luò)有待解決的問題

· 節(jié)點需保持在線

為使交易成功，閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要時時在線，相比傳統(tǒng)支付系統(tǒng)并不方便。閃電網(wǎng)絡(luò)用戶并沒有冷存儲資金的選擇，用戶無法安全地存儲資金。雖然暸望臺能解決不在線欺詐的行為，但也讓整個生態(tài)趨向中心化。如果一個重要節(jié)點下線，容易讓整個網(wǎng)絡(luò)流動性大幅下降，甚至造成用戶資金凍結(jié)數(shù)天的情況。

· 路由經(jīng)濟設(shè)計不佳

閃電網(wǎng)絡(luò)為高隱私性而實行洋蔥路由。在洋蔥路由下，每個節(jié)點只知道前后兩個節(jié)點的地址，沒法重新還原整條鏈或確定收款人的身份，中間方只在掌握須知信息的基礎(chǔ)上進行傳輸。實際操作中的問題在于，無法得知究竟哪個節(jié)點在線，哪個節(jié)點能連通到目的用戶。雖然尋找最短路徑不是難題，已經(jīng)有很多成熟可靠的算法，但是交易過程中，閃電網(wǎng)絡(luò)需要計算整條路徑的費用。一旦中間有個節(jié)點發(fā)送失敗，發(fā)起交易的用戶除了要重新發(fā)送交易以外，還要從起始節(jié)點開始重新計算費率，造成時間浪費及用戶體驗下降。

為了提高交易成功率，每個節(jié)點都需要維護所有的節(jié)點和通道列表。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大，這個表也越來越大，需要同步和更新的消息也越來越多，這會占用大量帶寬。即使如此，發(fā)送前無法保證一定成功，發(fā)送過程中通道還有可能被關(guān)閉。可能解決方式是建造一個可信賴的路由網(wǎng)絡(luò)，由規(guī)?；纳虡I(yè)節(jié)點負責(zé)擔任路由節(jié)點，構(gòu)建一個成本低且高效的路由網(wǎng)。
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