什么是比特币闪电网络？扩容方案的关键技术和优缺点

什么是闪电网？
闪电网络是比特币讨论最多的Layer2扩展解决方案之一。它背后的主要思想是设计一个可用于解决比特币可扩展性问题的支付协议。
闪电网络采用智能合同驱动的支付渠道网络，点对点发送交易。支付渠道是闪电网络中两个被称为节点的交易员之间的连接。每个交易对手都承诺一定数量的比特币可以发送到另一个渠道。
比特币是整个网络激励矿工生产和验证块的动力。比特网络的共识协议使矿工在生产块后尽快进入整个网络广播块，并在收到块广播后尽快验证块。比特币本身就是比特网络的支付中介和资产。比特网络使用固定的块尺寸来限制整个网络的吞吐量。用户使用交易成本让矿工自己交易。在这种情况下，交易成本的大小取决于交易需求：如果网络中有更多的交易需求，尽快确认交易成本将更高。
比特币网络和闪电网络的区别在于，比特币网络交易链广播，闪电网络根据链验证渠道状态。由于链交易需要传输大量数据，比特币区块链可以处理每秒有限数量的交易。相比之下，信用卡供应商声称每秒最多可以处理6次.5万笔支付交易。由于闪电网络是基于比特币的，它代表了传统的支付提供商和真正的点对点电子现金系统，大大提高了交易能力，降低了成本。
这样，渠道之间的即时甚至免费支付功能甚至免费支付功能，一旦渠道打开，可以实现无限的闪电交易，虽然称为网络，但闪电网络不需要共识，既不是软叉，也不是硬叉，是基于比特币网络的附加层，其安全性来自比特币区块链。
从那时起，闪电网络的规则就适用于支付渠道。支付渠道的每个人都可以在等待比特币区块链确认的情况下来回发送比特币，这是Layer交易必须完成。相反，当比特币通过节点之间的通道发送时，通道就像一个滑动尺，两端之间的平衡就会改变。当双方选择关闭渠道时，智能合同的规则确定了每个节点的最终余额，并在比特币区块链上结算了最终状态。因此，尽管比特币区块链只看到两笔交易：原始承诺和渠道关闭，但任何数量的交易都可能发生。
(4)比特币多层支付系统。2013年，比特币系统的块容量仅限于1M，每秒最大交易量约为7笔，即7笔TPS)。人们质疑比特币不能胜任世界货币。支付宝双11的峰值交易量超过25万TPS(系统吞吐量)！在这方面，我认为存储和带宽的发展将使比特币的主链能够处理更多的交易。更重要的是，作为一种基本货币，比特币仍然可以开发第二层和第三层支付网络，如侧链、闪电网络、第三方支付平台等，形成基于比特币的信用体系。市场需求自然会推动这一过程。
比特币面临哪些问题？闪电网应该解决哪些问题？
就比特币的交易速度而言，每秒只能处理2~7笔交易。想象一下用比特币支付，就像你需要在银行排队转账一样。一旦交易量急剧增加，银行就很难处理？这种支付方式显然是不可接受的。
闪电网络就像行动支付。您可以将部分资金存入行动支付中，并与任何支持的企业或个人快速转账。
一天晚上，阿平和阿菜都很无聊。他们决定比赛，用行动支付，互相转账。他们每笔只转一元钱，看谁转得多。
假如是传统的银行模式，两个人一夜只能排几次队，但也要花手续费，根本不能玩。
每天晚上可以通过行动支付几千次，最终的结果是阿菜比阿平手快，险胜。
结算时，行动支付将为他们排队到银行，然后对柜台说：阿平账户余额-1.阿菜账户余额 1。看完这篇文章，我们可以大致了解闪电网络解决方案的基本逻辑。
关键是如何运行闪电网络，以确保资产能够在不信任的前提下交易，并确保交易能够安全返回比特币主链进行确认？
以下是闪电网络关键技术的概念。
单向支付渠道。
单向支付渠道(One-Directionalpay)
在闪电网出现之前，单向支付渠道的概念已经存在了一段时间，但应用程序有限。
Alice为Bob开辟了单向支付渠道，Alice有10BTC，Alice可以在Bob在支付链下交易，但这个渠道是单向的，也就是说Bob不能通过同一渠道支付Alice。
如果Bob收到比特币：
您可以选择关闭渠道，将交易广播到主链，让矿工确认Alice那里有一枚比特币。
或者，Bob知道Alice比特币将续向他支付比特币，选择继续开通通道。
问题是，Bob有最终的签名和广播权。如果Bob是流氓，让渠道一直开着，Alice永远不会结算，10BTC这种支付渠道将被绑架。
因此，一般来说，支付渠道会与支持措施的时间锁相匹配。
CheckSequenceverify(CSV)
所谓时间锁，就是在创建渠道的时候，会先约定一个时间。时间一到，渠道就必须强制关闭。两人签名的交易将在链上确认。如果没有签名余额，会有人返还。

Alice和Bob同意在1000个块后关闭通道。
因此，Bob必须在时间到来之前签名并进行广播交易才能获得Alice给他的比特币。
如果Bob一旦约定的时间到了，迟迟不签广播，Bob拿不到一毛钱。
双向支付渠道。
双向支付渠道(Bi-DirectionalpaymentChanel)
单向支付渠道非常简单，因为交易是单向的，只允许两个人中的一个发送交易，另一个广播交易，没有信任问题，但应用场景相对有限。
由于缺乏单向渠道的应用，闪电网希望创建不可靠的双向支付渠道，使双方能够自由交易。
那么如何避免双方的信任问题，实现双向支付渠道呢？
所谓的信任问题包括：
双向支付渠道代表双方渠道必须有部分资金，资产会消失吗？
如何确保最终结算不会出错？
支付渠道是P2P网络，没有验证机制，谁来保护账簿？
为扩大应用场景的双向支付渠道，单向支付渠道无法通过时间锁顺利结算。
双向支付渠道所需的技术也是闪电网络，RSMC和HTLCS核心技术。
RSMC成熟度合约的可撤销顺序。
合约
RSMC成熟度合同可撤销顺序(RevocableSequencematurityContract)
RSMC它实际上是一个资本池。当支付渠道打开时，双方将资产放入资本池，并用钥匙密封。在交易过程中，他们不会真正使用资金，而是通过合同记录资本池中剩余的资产。当渠道关闭时，他们将打开资本池进行结算。
如何运作双向支付渠道？
双方只需要从头到尾与比特币区块链互动两次。
一次打开支付渠道，另一次关闭渠道，所有其他交易都不直接接触主链，这意味着只有在双方同意并签字时才能确认交易。
假设Alice和Bob双方同意开通双向支付渠道，并同意在1000块后强制结算。
Alice和Bob只有打开双向支付多个签名钱包，才能打开双向支付渠道。
此时，双方将生成一组SecretKey(钥匙)和Hash(锁头)，Hash将交给对方，SecretKey自行保管。
双向支付渠道开通后，Alice和Bob每次付款就像签订合同，旧合同会在签订新合同前放弃。需要注意的是，当旧合同无效时，对方将获得旧合同Secretkey，合同的内容是关于如何重新分配资金池的资产。
钱包里的钱只能在三个条件下解锁：
1.该锁定了。
2.任何一方通过对方的SecretKey从他们设置的多签名钱包中解锁资金。
3.合同由双方签订，其中一方广播。
需要注意的是，如果一方决定关闭支付渠道并进行广播交易，广播方将不得不等到交易签名设定的预定时间才能收到部分资金。
有人会作恶吗？
比如闪电网络中的一个参与者广播进一步利用他的旧合同，而不是按照正常程序广播的最新合同。
此时，上述两个值得注意的点派上用场。
当旧合同无效时，对方将获得对方的旧合同SecretKey。
如果一方决定关闭支付渠道和广播交易，广播方将不得不等到交易签名时设定的预定时间才能收到他的资金。
如果Alice根据上述闪电网络机制，试图恶意结算和关闭旧合同，Bob和Alice对方有旧合同secretkey，Alice在旧合同中获得旧合同必须等到预定时间Alice的BTC。
因此，只要Alice播放旧合同，Bob就可以在Alice等待时使用旧合同secretkey取走Alice的BTC，这样Alice不但没有成功播放对他有利的旧合同，还为他的恶意行为付出了代价。
我们已经完成了双向支付渠道的所有运营模式。接下来，我们将介绍如何将双向支付渠道编织成支付网络。
支付网络
现在，除了Alice和Bob除支付渠道外，Bob还与Carol开通支付渠道。
Alice要向arol如何支付比特币？
Alice可直接选择Carol建立支付渠道，但对于Alice和Carol它必须在主链上建立多个签名钱包，这不仅麻烦，而且需要额外的成本。
我相信每个人都想到了解决办法。只要Alice通过现有的支付渠道将1BTC打给Bob，Bob就会将1BTC打给Carol，这样，交易就可以在不承担额外成本的情况下完成。
但也有几个信任问题。
Bob不老实，拿了AliceBTC后私吞，不交给Carol。
Carol拿到钱，却告诉我Alice他没有拿到钱。
HTLCS这部分信任问题必须依靠闪电网络的另一项核心技术来解决。
HTLCS哈希时间锁合同(Hashtime-Lockedcontracts)
要解决上述信任问题，必须做到两点：
1.Alice要确定Carol我确实收到了比特币。
2.必须确保Bob不会拿走比特币。
还有公钥和私钥的概念。HTLCS用同样的概念延伸。我们把钥匙想成私钥，锁是公钥。
假设Alice需要给Carol一个BTC，收款人Carol会创建一个Value(钥匙)和相应的哈希值(锁)，然后锁定Alice。
拿出钥匙就意味着他是Carol
只有Carol换句话说，只有钥匙。Carol打开锁。
在此前提下，Alice和Bob提出合同。Bob在3天内(Locktime=3day)提供与哈希值相对应的提供Value，Alice将给Bob1.001BTC3天以上，BTC将原路返回Alice。
Carol还与Bob只要签了合同Carol提供与哈希值相对应的提供Value，就必须给Carel1BTC。
因此，Carol向Bob提供Value，从Bob获得1BTC。
Bob把这个Value交给了Alice，从Alice那里得到了1.0001BTC，其中价差0.001BTC给了Bob作为手续费。
闪电网络的优势。
闪电网络致力于解决链下比特币可扩展性问题。
如果成功，可能会大大降低比特币区块链的负荷，增加比特币实际应用的可能性。
闪电网络可以通过使用双向支付渠道实现几乎实时且极低的交易成本。
闪电网络的局限性。
与链上交易不同，如果接收方离线，则无法确认交易，无法支付。
网络参与者可能需要定期监控支付渠道，以确保其资金安全。
闪电网很难支持大额支付。
闪电网交易时，有时需要依靠中间人。例如，闪电网络中有三个人：Alice、Bob和Carol。Alice将1BTC交易发送给Carol，这需要通过Bob。
如果Bob余额小于1BTC，因此，交易金额将受到中间人资产余额的限制。
闪电网络的实用性取决于网络的大小，如果用户数量不足，闪电网络就很难发挥其价值。
加入的人越多，闪电网络就越健全，流动性就越高。

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