闪电网络不完善，比特币老大哥地位不保？ 明显不是！

白话区块链

从入门到精通，看我！

简介：闪电网络（Lightning Network）是解决比特币主链传输速度慢、成本高等问题的链下交易网络。 是目前最有前途的主链扩容和跨链交换的技术方案。 由于设计复杂，闪电网络的原理比较难理解，也存在一些实际问题。 本文通过一个栩栩如生的案例，从设计层面阐述了闪电网络的原理。 解决建议。

1.两个披萨的故事

2010年5月22日是一个值得纪念的日子。 程序员 Laszlo 在这一天用 10,000 个比特币买了两个披萨，并在 bitcointalk 论坛上炫耀。 是的，就是下面两个：

披萨/比特币=10000

后来的事情大家都知道了。 比特币的价值一路飙升，这两个披萨的“身价”也一直在上涨。 一些外国人有专门的推特来记录自己的日常价值。 目前，这对披萨价值约6亿元，一个3亿元，一大口约1000万元。

推特@bitcoin_pizza

为小弟默哀3秒——好吧，我们都知道比特币的所有转账记录都可以查到。 所谓溯源，对比时间和金额后，我们基本可以锁定这笔大（通）大（信）的交易。 下面一个：

比特币披萨交易历史

除了火爆的交易金额，还有一个数据引起了我的注意：手续费为0.99BTC。 这太——便宜了！

什么？ 6万多的手续费还便宜？ 看来县令赚大了！

这……这官是清官……老实人，说多了也没用，还是上数据吧：

当时，10,000 个比特币价值约 40 美元，0.99 BTC 的服务费价值约 0.4 美分；

此时全网推荐费为0.0001125 BTC（下图），约合1.125美元，即112.5美分。

比特币转账手续费推荐（20180425 10am）

1125：4，现在是以前的几百倍了，那时候很便宜吗？ 比特币转账在2017年底因为太贵逼走了很多人之后，手续费大幅下降。 回落之前？ 有一段时间，平均手续费超过30美元，比买披萨时高出近万倍。

你说那时候便宜吗？ 你以为县长是清官吗？

好吧好吧，你是个清官，但就算按照现在的情况算，一笔交易手续费也要7块多，我才5块钱买一个煎饼。 抢劫？

是的，用比特币进行小额支付很贵，而且服务也不好。 按照设定，整个比特币网络每秒只能处理7笔左右的交易，而且这个速度基本是恒定的。 矿工首先要确认手续费高的“土豪交易”，土豪少的交易可能要等上几十分钟甚至几个小时才能到账。

那么比特币没有希望了吗？

当然不是。 之所以如此昂贵和缓慢，根本原因在于每一笔交易都需要经过全球所有比特币节点的验证和记录，以保证交易的一致性、可追溯性和不可篡改性，这对大额交易来说非常重要。交易。 百万富翁才不在乎几十块钱的手续费和一个小时的等候呢。

就是个煎饼，能不能降低要求，比如不要求溯源，不需要人人都知道，便宜点？

好吧，那就别麻烦大矿工了，做个“链下交易”就行了，既快速又便宜，又能保证和链上一样的安全。

还有这种操作？ ？

2. 闪电网络

闪电网络就是这种链下交易的“秀场运营”，也是最有希望实现主链扩容的解决方案。

闪电网络是基于 BOLT（Basic of Lightning）协议的链下交易网络。 它主要由两个智能合约组成，RSMC（可撤销序列到期合约）和HTLC（Hashed TimeLock Contract）。 合约”和“哈希时间锁合约”...

这些概念，聪明如县令，记不住全名，但我记得缩写，因为聪明的县令夫人给它们取了外号——“毛菜肉丝（RSMC）”和“火腿肠（HTLC）” )”。 这吃……哎呀智商不行，反正我跪了。

这两个合约的设计非常精巧：资金通道被坚实的密码学技术所限制，资金流向被复杂的博弈策略所引导。 和比特币一样，它是跨学科设计的典范。 BOLT 协议细节较多，实现起来比较复杂。 本着为人处事的原则，下面简单介绍一下它们的工作原理。

1. 冒菜肉丝

肉丝冒菜（RSMC）有点像两个人记私账，谁也不敢作恶，不然钱就打水漂了。

例如。 张三和李四在澳门一家游乐设施相遇打牌。 设施规定：

“现金不能进场，必须放在柜台，转账手续费每次100元，必须回到柜台用指纹确认。”

两人傻眼了，每人只带了五千块钱。 还有多少场比赛还不够交手续费？ 每局都跑回来，今天下午没能打几局……柜台妹子看两人打小，又给了一个方案：

”两个人花100元开一个联名账户，按照张三：5000/李四：5000存钱，得到一叠票据，每张票据记录一个资金划分，比如张三：6000/李四: 4000, 双方按指纹，账单生效，其中任何一人拿着有效账单到柜台支付100元，钱会按账单比例自动转入各自账户。另外，每张账单都有递增的数字，用完就可以免费添加。”

这样，即使一个下午玩100局，额外费用也只有200元，省去了每一局去柜台转账的时间。 这是一件好事吗？ 张三正要掏钱，却被李四拦住了：

“等一下，假设我先输了3000，记录了张三：8000/李四：2000注，然后平局赢了3000，记录了张三：2000/李四：8000注，但是这小子拿了之前在厕所取钱的收据，我不就手足无措了吗？”

柜台妹子一脸茫然：

“你当我们傻，你们两个一起来取钱，钱当然会马上叫到你这里来；不过如果只有张三来，我先送你钱，他的钱扣一个小时。你收到一条短信，发现账户里只有2000，所以把最新的有效收据给我，如果这个数大于张三的数，我就认为张三是坏人，剩下的8000就叫交给你，张三就离场了。”

现在没什么问题了，两人就高高兴兴的付了钱。

以上就是肉丝茂财（RSMC）的基本原理，实现链下任意两人交易（账单记录金额的分割）、链上确认（收到账单&取现）、数字签名（通过指纹）和时间戳（票据流水号），以及“先提现到账”“作恶没收”等规则设计，让链下交易安全、快捷、低成本。

其中，两人“开联名账户”对应闪电网络中的“开通通道”，“提现”对应“关闭通道”。 这两个操作实际上是在比特币主网上提交两笔特殊的交易如何开比特币账户，所以会有手续费和等待时间，也就是去柜台交100块钱。 承载所有规则的“柜台妹子”，其实是一个用代码编写的智能合约，公开、透明、可执行。

2.火腿肠（HTLC）

什么是火腿意大利腊肠 (HTLC)？ 如上所述，打开/关闭通道需要花钱。 10个人需要开通C(10,2) = 45个通道进行两两交易，100个人需要开通4450个通道，1000个人需要开通44万多个通道……以平方级的增长，这是非常恐怖的。

事实上，张三也不可能把其他999人都认出来。 比如小区门口新开的煎饼摊老板王五，不认识张三，但他和李四是小学同学。 据说今天早上张三来买煎饼：

张三：两个水果两个鸡蛋没有香菜，可以用比特币支付吗？

王五：好的，一共7块钱，对，主链不值，闪电？ 只需扫描此代码。

张三：我们没有通道，非要到主链去开通？ 你以为我渠道的钱都花完了，还要多买煎饼摊摊成本？ 你的小算盘打得不错，啧啧……

王舞：哈哈哈，你这么机智，其实还有别的办法。 你和李斯没有频道吗？ 我和他也有。 你付给他7块钱，让他转给我。 这不是让我们不用开频道吗？

张三：对啊，我怎么就没有这么好的主意……等一下，李四最近在国外，不能操作啊！

王五：那你问问其他和你开通过频道的“闪电好友”，如果正好是我的朋友，或者我朋友的朋友，你能帮忙转账吗？

张三：对对对……不过很麻烦。 消息要一层层传递，要经过很多人。 如果中间有人带着钱跑路了怎么办？

王五：7块钱还“货款”……，那……这样吧，我给你发个链接，点进去后会有个密码框，输入密码后会提示不管是对还是错，现在只有我知道密码了。 你把链接转发给所有的朋友，并承诺“谁能找到正确的密码，我就给7块钱”。 如果他们没有密码，您也可以将链接转发给他们的朋友并做出承诺。 这样一层层转发，比如赵六转发给我，我把密码给了他，他验证后先给我7块钱，然后用密码去他家找他要钱，层层要账，终于找到你的头了。

张三：emmm……就是说，有密码就是有收钱的权利，有承诺就敢按部就班，最后传给我，我来结算付钱后！ 如果中间人违背承诺，不付钱就拿走了密码怎么办？

王五：哈哈，别说中间了​​，如果没有保障机制，你可能连钱都不给。 智能合约在这里提供了必要的保证。 本条款是公开的，可以保证按照条款执行。 做出承诺就是签署智能合约。 这时候你得把你的7个等值的比特币锁进去，不然别人怎么敢给你买单？ 所有传递承诺的人也将签订合同并锁定7元，让大家敢玩。 最后这么多人给你省了渠道钱，你不表达吗？ 所以我们把7块钱1个放进去，多出来的1分钱就是他们辛勤劳动的报酬，用不着太费力气。

于是如何开比特币账户，张三花了10毛钱的手续费吃了热腾腾的煎饼。 眼看自己的想法变成了现实，王舞庆幸，免费赠送了张三的煎饼火腿和香肠，以表他的雄心壮志。 后人将王五设计的工艺命名为“火腿肠（HTLC）”。

先擦口水再总结。 火腿香肠（HTLC）实现了两个节点之间没有直接通道，通过现有通道与网络中其他节点完成链下交易过程，即通过RSMC连接的一串节点作为交易传递的通道。 全程由智能合约保障，节点无需信任即可支付，速度快、成本低、安全性高。

放开我，闪电网络太强大了，每一秒的空气，我以后都是闪电教的一员！

喂，独秀，请先坐下，闪电网络的理想确实很丰满，但是如果你真的要用的话……

3.现实很骨感

就像老梗“真空中的球形鸡”一样，理论是有前提的，闪电网络也是一样。 下面列举一些闪电网络在实际使用中最“皮包骨”的地方。 让我们体验一下：

瘦子：我跑不动了。 目前不可能在手机上运行闪电网络节点，因为要背负一个公链的“全节点”。 这是什么概念？ 比特币全节点约100G，每10分钟更新1M~2M； 以太坊全节点即使在快速模式下也需要 100G，每 15 秒更新约 2M。 一部手机不仅需要数百GB的空间来存储全节点，还必须保证24/7网络的实时更新。 一旦更新中断，必须同步回所有丢失的数据。 如果同步没有完成，将不会被使用...

Skinny 2：不能传下去。 闪电网络中的“路由”是指“确定张三到王五交易的传递路径”的过程。 目前的路由采用的是dijkstra算法（县长一直称其为乱码算法），时间复杂度可以简单看成O(n2)。 用人类的话来说，一条有100万个节点的网络路由，一次需要进行1万亿（英文的意思是1 Trillion，也就是常说的1T）的计算量，而且是单点完成的。 一个2.0GHz的CPU跑1T的计算需要500秒。。。这个不算，跑完数据已经过期差不多10分钟了，天知道路径还有没有？ 路径上的节点断开/通道关闭/通道干涸（后面会讲到干涸）……怎么办？ 目前的设计是——做起来很酷，用最新的数据重新运行 500 秒……

第三个皮包骨头：中心化。 摊主王舞很适合当“大节​​点”——因为经常有人和他交易，所以他的“闪电好友”最多，新人最好找他开频道，因为很容易与另一个人交流 转账，这样可以省钱。 在极端情况下，当大家只与王五建立通道时，就会形成一个大节点带一圈小节点的结构，这就是“中心化”结构。 这时候效率就很高了，因为任何两个人之间的转账最多需要转账一次，但是也是最危险的：如果王五手机丢了/没数据/昏迷了……那么谁也转不了了钱; 王五也可能作恶……单点故障导致全网瘫痪，单点权力过大放任作恶，这些都是“中心化风险”。

第四个皮包骨：被掏空。 张三经常让王舞买煎饼，干脆打开频道，放了100块钱。 半个月后，张三的频道里就只剩下2块钱了，怎么办？ 再充100？ 错误的！ 闪电网络通道一旦建立，则无法添加金额。 只能先花钱关闭通道再花钱开新通道。 王舞也是一样，如果要在频道里提款买货，必须一关一关再打开； 频道里有98个，只能提现70个吗？ 对不起，不支持，必须提到所有。 段落：感觉总是被掏空...

问题出在资金的流向上。 理论上，资金来来去去，通道不需要长期关闭，就像张三立和李四打牌，各有输赢，之后通道两边还有钱打了 100 回合； 但在实际应用中，高频场景是消费支付，资金总量从消费者流向商户，支付端很容易被“挖空”——虽然通道规模还是100，张三不能再多付2元。 这个频道还能用吗？ 理论上，王舞可以付钱给张三，但这种情况非常少见，所以实际上就失去了利用价值，也就是“渠道枯竭”。 这使得闪电通道通常是一次性的并且不经济。

并且…

大人，别说了，我刚刚建立起来的闪电网络信仰，闪电般崩塌……你别动，我去买橘子平息一下……

咦，不能在B站当官吗？ 但不要气馁，陈先生。 闪电网络才刚刚开始。 有问题很正常。 需要大家想办法解决吧？ 渠道加不了钱，我们想办法让它成为可能； 通道不能提取部分现金​​，我们想办法让它有； 什么轻节点、轻钱包、分布式快速路由、中心化压制策略……解决任何问题，只有问题才能不断进步，对吧？

你说的真的成真了！ ？

你最好先坐下……当然可以，你很快就能迈出第一步！

四、协议层的兴起

让我们重新审视闪电网络在区块链空间中的位置。

首先，闪电网络没有区块链结构；

其次，闪电网络不依赖公链，不依赖Dapp。 只要能实现BOLT协议，无论是比特币、以太坊还是莱特币（LTC），都可以使用闪电网络；

第三，闪电网络支持原子交换（Atomic Swap），即“跨链”操作。 例如，BTC 和 LTC 已经成功地进行了原子互换。

它不是链，也不是 Dapp。 它纯粹依靠由规则组成的协议来完成链下交易、跨链互换等操作，以促进价值转移（Exchange of Value）。 欢迎来到协议层。

当主流公链齐（xiang）头（ai）和（xiang）进（sha），各种“神”链如雨后春笋般涌现，人们开始关注链外世界。 懂的人都知道，区块链这种重量级、专用的技术架构，适用场景非常有限。 怎么可能像“互联网+”一样，任何行业都可以“区块链+”？ 这个行业的数据能否可信的记录在链上？ 绝大多数人目前不能这样做。

公链技术还有很多需要改进的地方，比如拥堵。 很多人希望优化主链的效率。 可以同时满足。 比特币变成10M的块，10秒出块，不是解封了吗？ 确实，这也导致对网络和存储的要求提高，可容纳的节点数量大幅减少，“去中心化”名存实亡，攻击变得更容易，影响安全——这是最重要的比特币的特点。 当前流行的“下一代”公链EOS采用的DPOS共识机制，本质上是以牺牲去中心化程度来提高处理速度。 只能说各取所需。

协议层从另一个角度处理问题：把主链不适合的东西放到链下，用技术+游戏设计来满足特定场景的需求。

以拥堵问题为例，大额、高手续费的“暴君交易”不会感觉到拥堵，而小微支付的快速增量是拥堵的制造者和受害者。 7块钱买一个煎饼，10块手续费，绝对不行； 这种“既要求矿工跑，又要求矿工不吃草”的诉求是绝对不能满足的。 把它们移到链下是根本的解决办法，这也是协议层解决问题的方向。

区块链可以给人类的生产关系带来巨大的改变。 比特币已经作为一个完全自组织的系统成功运行了 9 年，承载着数千亿美元的价值，这足以让我们有信心坚持下去。 在这个过程中，协议层肯定会发挥重要作用。 希望更多的人关注并加入到协议层的建设中来，共创一个更高效、更稳定的区块链世界。

作者简介：智贤，北京大学计算机硕士，LITEX Lab核心成员。 LITEX实验室近期将发布对BOLT协议的重要改进，并将持续输出多个协议层贡献，包括分布式快速路由、轻节点、生态网络结构、DST轻量级框架等，相关信息请关注官网litex.io和微信公众号LITEX_OFFICIAL。

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