HashKey崔晨：比特币闪电网络现状、应用、技术进展及未来发展方向

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资料来源：HashKey 资本研究

原标题：《比特币闪电网络的现状与进展》

撰稿：崔晨，就职于HashKey Capital Research

点评：万向区块链首席经济学家邹传伟

Layer 2领域的进展是整个行业关注的焦点，以太坊Layer 2的推出吸引了大量应用，转移到Layer 2的资产规模不断扩大。这是因为区块链之外的二层网络在提升网络处理速度方面起到了巨大的作用，二层网络对创新和实验的阻力小于原链。相比之下，第 2 层比特币闪电网络要小得多。这并不意味着闪电网络正在走下坡路。在过去的四个月里，闪电网络通道的数量和比特币的数量都增加了 30-40%。本文将对闪电网络的现状、应用和技术进步进行分析，并展望其未来。

一、闪电网络现状（一）概览

比特币网络的处理效率限制了其作为清算和结算网络的大规模使用。它由出块大小和出块时间决定，也是网络安全的保证。闪电网络是比特币的升级和扩展。为了不占用主链资源，将用户资金转移到链下通道进行实时结算。交易完成后将最终状态传输回链上进行清算。无论用户在通道中进行多少次交易，链上的交易只会显示为打开和关闭通道两个步骤。因此，闪电网络可以提高交易速度、降低手续费、保护用户隐私等优势。

闪电网络通过双方的多重签名地址建立通道，每个人将资金转移到该地址作为初始资金。每次交易后，资金将在通道中分配一次。从地址提取资金意味着当通道关闭时，双方共同管理通道中的交易记录。用户可以通过中间节点进行跨通道交易，但在闪电网络中，只有通道内的用户可以进行交易，更适合交易对手固定的高频小额交易场景。

(二）网络数据

闪电网络是一个非托管的去中心化系统，可以在比特币中的任意两个用户之间建立闪电网络通道，通道的数量和转账网络中比特币的数量可以反映闪电网络的发展规模。由于闪电网络的隐私设置，公开数据会有偏差，因为网络有非公开的私有通道，节点无法获取整个网络的交易量数据。感知到。

下图显示了闪电网络中的通道数。蓝色为新增频道，代表新用户加入。橙色是在已经有其他通道的两个节点之间建立新通道。数量代表通道的增加正在向网状结构发展。可以看出，近期闪电网络的频道数量一直在增加，加入闪电网络的新用户增长速度更快。

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图 1：闪电网络中的通道数量（2021 年 9 月 9 日，图片来源：Bitcoin Visuals）

下图为闪电网络通道中比特币的数量和总价值，黄色代表比特币数量，蓝色代表比特币价值。近几个月来比特币的数量一直在上升，共有 2,412 个被转移到第 2 层网络。

图 2：闪电网络中的比特币数量和价值（2021 年 9 月 9 日，图片来源：Bitcoin Visuals）

闪电网络扩展受事件驱动，2018 年初、2019 年初和过去三个月的增长对应于闪电网络的启动、Twitter 上的闪电网络火炬接力活动以及萨尔瓦多政府对比特币的支持国家法定货币。而在短暂的上涨之后，闪电网络将面临一段停滞期，因为闪电网络本身无法吸引到大规模用户。虽然闪电网络一直在不断发展，但转入以太坊的比特币数量却高达 26 万，是闪电网络的 100 多倍。这与用户更喜欢参与 DeFi 而不是支付有关，也有闪电网络本身的原因。 .

二、闪电网络中的应用（一）应用类型

闪电网络中的应用是非常必要的，创造使用场景会吸引更多的用户。闪电网络的通道交易需要节点路由，为路径上的交易者提供便利，并收取路由费用。节点的收益与网络利用率有关。当用户频率高时，频道内的节点数也会因收益的增加而增加。 ，而节点数量的增加会提升用户体验，形成正循环。这种关系在其他生态应用中很常见。

拓展闪电网络的应用场景，是提升网络价值和发展方向的一种方式。闪电网络中的应用分布在支付、游戏、社交网络和金融领域。下图展示了各种应用的项目分布。数据来自 Fulgur Ventures。

图 3：闪电网络中的应用分布

作为比特币的延伸网络，闪电网络的主要应用项目是支付，包括面向用户的支付工具、面向综合商户的应用、服务商的Receiver项目等。现实生活中，最常见的闪电网络是通过闪电网络购买披萨、服装和游戏内服务。使用闪电网络可以实现即时交易，这个功能也可以在游戏的结算中发挥作用。用户使用闪电网络转账可以附加信息，实现通讯，就像银行转账可以附加备注，消息可以连同资金一起转给收款人。就像资金一样，信息可以即时到达并可以保护隐私，而路径上的人可能不知道信息的真正发送者和接收者。闪电网络（称为 LiFi）的金融产品主要侧重于交易和解决流动性问题，但其实现方式与目前流行的 DeFi 有很大不同。

除了上面提到的应用，闪电网络的基础设施也很重要，比如钱包、交易平台，用户可以直接通过手机软件在熟悉的场景中使用闪电网络。最后，作为连接互联网产品的插件，也是扩大闪电网络应用的一种方式。例如，twitter 将内置闪电网络支付程序，以启用 Twitter 的比特币小费功能。

(二）与以太坊 Layer 2 的比较

无论它们是哪种Layer 2，它们诞生的原因都与主链的扩展有关，可以提高速度，降低手续费。同时，它们也会面临与主链相同的问题，即追求更快的效率会去中心化的成本。比如闪电网络如果采用中心化路由，交易体验会更好，如果以太坊的Layer 2牺牲一些数据可用性，则会节省交易资源。可以观察到，当市场规模较大时，效率更高、去中心化程度更高的目标群体也会不同。这个问题最终需要通过技术迭代来解决，下面将介绍网络的闪电网络技术进展。

在普及度和使用规模方面，以太坊中的 Layer 2 比比特币要好，即使比特币 Layer 2 的概念和推出更早。两者的区别源于应用与用户的关系，本质上是由于底层公链的定位不同。以太坊的优势在于可以部署智能合约，实现资产的可编程性。二层网络的性质优于以太坊，因此有更高的创新空间。去中心化借贷和自动做市交易等应用程序在以太坊中成功运行。因为这些应用，用户将参与到以太坊生态中，可以将闲置资产转移到借贷产品中。这是现有产品吸引用户参与应用的一种模式。

闪电网络中的用户不会被其中的支付应用所吸引，而是只有在用户有支付需求时才使用闪电网络，因此扩展范围将远小于以太坊二层。以太坊地址中的应用大量需求，大多数人不会购买比特币来付款。

三、闪电网络技术进展

安全性、可用性和提升用户体验是闪电网络迭代的方向。闪电网络由多个团队开发。功能相似但相互兼容。下面提到的技术进步不区分客户端。

(一）安全方面

1、RSMC 和瞭望塔

比特币闪电网络进展（2020年第7期）介绍了闪电网络支付通道的实现。 Revocable Sequence Maturity Contract RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract）是保证资金不被通道内另一方操纵的重要组成部分。 RSMC 规定了根据交易规则和向主链提取资金的方式，用户可以随时提取正确的资金。通道内每笔交易完成后，双方都需要保留一份由对方签名确认的交易证书，并使用上一次交易中使用的私钥。交给对方，之前的证明无效。用户可以用最新的证明关闭通道，但是提现操作会在100个区块后进行，这是为了防止用户用过期的交易证明提现。如果用户发现提款者作恶，使用有利的交易记录代替最新记录，用户可以构造一个惩罚证明，在提款等待期间提取提款者的资金。

闪电网络中资金安全的威胁来自提现过程中，有些人可能会使用错误的交易记录进行提现。资金安全的保障来自于用户可以监控链上的错误交易并进行修改，这就需要用户时刻在线。用户可以设置瞭望塔，让瞭望塔代为监控，如果链上出现问题，瞭望塔可以处罚。用户向瞭望塔提供哈希信息，可以保护隐私。

2、Eltoo

Eltoo 机制还可以保证通道中的最新状态在链上进行结算，并确保过时的交易被废除。这是一种比 RSMC 更简洁的状态更新机制。 Eltoo 将较早的通道状态替换为较新的通道状态，无需惩罚机制即可实现。安全。通过 Eltoo 协议进行交易后，双方需要签名确认，输出可用于下一笔交易或链上结算。新交易的构建需要上一步的输出，所以上一步的结算交易自动失效，因为系统不会发生双花。

图4：圆圈代表输出交易

Eltoo 通过更新交易形成链来使之前的结算交易失效，用户可以使用 SIGHASH_NOINPUT 跳过中间交易，能够将最新交易与合约创建状态联系起来，而无需保存整个链。 Eltoo 与 RSMC 兼容，可以用作更通用的 Layer 2 解决方案，但目前没有团队计划使用 Eltoo 来替代 RSMC。

(二）跨渠道路由和隐私方面

1、HTLC 到 PTLC 转换

闪电网络通道需要在交易中但是，在所有进行链下交易的用户之间建立通道是不现实的，并且每次建立通道都需要预存资金，这会影响流动性。闪电网络可以通过哈希时间锁定合约HTLC（Hashed Time locked Contracts）实现跨通道交易，近期将被点时间锁定合约PTLC（Point Time Locked Contracts）取代。 PTLC 去除了 HTLC 中哈希的使用，保护了交易的隐私和安全。

HTLC通过时间锁和哈希锁实现跨通道事务和原子事务。端到端连接的两个通道将涉及三个节点，即发送方和中间节点的通道，以及中间节点和接收方的通道。对于中间节点来说，这两个通道是相互独立的，分别对应流入资金和流出资金比特币交易网怎么网络打不开，而不是资金在中间节点转移。建立跨通道交易时，接收方告诉发送方原像 R 的哈希值，H=hash(R)。发送方将H发送给中间节点，要求中间节点在传输前的时间T内发送正确的原像R，而中间节点要求接收方在传输前的时间t内发送原像R，其中t

图 5：通过 HTLC 付款

如果交易需要经过多个节点和通道，原理同上，只是增加了中间节点的数量。 HTLC 的问题源于链上的所有节点都需要知道原像 R 的哈希值 H，然后节点才能判断它们属于同一条路径。其中两个中间节点可以绕过其他节点传输原像R，从而获得其他节点应得的手续费收入，同时也会导致其他节点的资金被锁定和停滞，称为虫洞攻击。

PTLC技术的思路与HTLC类似，将原像和哈希值的设置替换为标量和paypoint，后续节点都需要不同的随机数，因此很难识别特定路径上的节点. HTLC 中的接收者生成原像 R 的散列并将其交给发送者，PTLC 使用类似的公钥-私钥方法。私钥a可以通过单向函数A=aG转换为公钥比特币交易网怎么网络打不开，其中G是椭圆曲线上的一个点。通过PTLC进行跨信道的具体过程如下：接收方告诉发送方zG，发送方生成两个随机数x和y告诉接收方。 PTLC保留时间锁的设置，发送方告诉中间节点y和(x+z+y)G的值，并要求中间节点发送(x+)的原图(x+z) z)G 在 T 时间内。中间节点将要求接收方在时间 t 内发送 (x+z+y)。能够成功完成交易需要中间节点计算x+z的值，发送方计算z的值。

图 6：通过 PTLC 付款

在全网实现PTLC需要足够多的节点来支持，最好支持相同的PTLC协议，所以PTLC还没有正式上线。

2、路由

Lightning Network 使用洋葱路由和源路由来实现交易，其中洋葱路由可以保护用户隐私，保证交易发起在交易路径中不为人知。本身，并且无法推断出整个路径。跨节点交易的中间节点会收取一定的费用，这取决于链上的费用和用户转移的资金量。源路由是源节点计算整个支付路径的方式。为此，源节点需要下载完整的公共支付渠道列表并进行大量数据计算。路由的改进可以帮助用户快速完成交易。

PBMC（Probability-Based Mission Control）可以辅助路由，通过多个事务了解每个节点设置路由成功的概率，从而熟悉整个网络。蹦床付费是为​​了减少该模型中用户支付的计算资源。交易交给蹦床节点后，节点可以自动找到进行交易的路径。虽然这种方法提高了效率，但在这种情况下蹦床节点知道最终收款人的地址。为了防止隐私泄露，可以通过多次蹦床支付来完成交易，让节点无法确定真正的最终收款人。中心化集线器的形式也会大大提高路由成功的概率，但是这种情况会使网络更加中心化，可能会出现单点故障。

(三）流动性

1、循环

在现实生活中，闪电网络通道中的资金并不是双向流动的。例如，作为消费者，你在闪电网络通道中经常被用作转账方，商家总会收到资金。长期来看，转账方将面临流动性枯竭，只能关闭通道。 Loop是海底交易所的一个应用，使用为了在不关闭通道的情况下实现通道内用户与主链之间的交易。 Loop的目的是调整通道内的资金余额，让资金在主链和通道内单向流动，减少切换通道和Spend的操作。

循环分为循环输入和循环输出。 Loop In 服务可以帮助用户为闪电网络钱包充值，并将资金从链中转移到过去。 Loop Out 针对接收付款的商家和服务提供商，可以将资金直接转移到链上目的地，例如交易平台或冷钱包地址。 Loop可以回收通道，充值和提现都收费，范围0.05%-1%。

2、多路径支付

在进行交易时，尤其是通过多渠道交易，每个渠道都需要有足够的资金，否则交易失败，交易失败。金额越大，失败的可能性就越高。因此，可以通过多路径支付来解决，可以将一笔交易拆分成多个较小的交易支付给收款人。实现多路径支付的方式可以通过原子多路径支付和简单多路径支付来实现。原子多路支付的含义是，只有所有小额支付都成功，交易对手才会收到全额支付；如果某些小额支付失败，整个交易将失败，如果失败，资金将退还给付款人。简单的多路径支付没有此功能。所有拆分交易在付款时使用相同的哈希和原像。该方法对协议的改动较小，因此在原子多路径事务之前实现。

3、闪电电池

闪电电池用于为闪电网络增加流动性，允许节点运营商买卖流动性。需要流动性的一方必须支付给有资金的一方，让后者向前者的渠道注入流动性，而后者对资金有控制权。这是一种非托管的点对点模式，Flash Battery 会根据预期支付和预期收益匹配流动性需求者和当事人。 Provider，这种形式有点类似于 DeFi 的点对点非托管方式，所以闪电电池在闪电网络中被视为金融产品。闪电电池是通过开通多签通道实现的，该通道的使用方式与普通闪电网络通道相同，但需要至少开通2016个区块，期间卖出流动性的一方不能关闭频道。

四、闪电网络未来发展预测

闪电网络将扩大使用规模 受内外因素影响，首先是闪电网络作为比特币的补充，主要用于支付场景。然而，比特币本身的波动性使其难以用作支付工具，现实中几乎没有以比特币计价的商品。二是闪电网络自身的问题影响了它的安全性和可用性。可用性的问题来自于无法交易，主要是当通道中没有足够的资金储备或路由失败时。除了改善这些问题，扩大应用范围也是接下来的发展方向。

萨尔瓦多在闪电网络支付方面迈出了重要一步，政府将比特币作为国家法定货币。拒绝使用比特币进行交易的萨尔瓦多企业如果符合条件，将面临处罚。萨尔瓦多居民使用闪电网络的频率越来越高，也可以从闪电网络的规模数据中得到证实。闪电网络可以改善基础设施，例如商家可以在收款的同时兑换法币或稳定币。闪电网络的技术一直在迭代，未来的技术发展将侧重于保护资金安全、用户隐私和提高比特币利用率。

Lightning Network 需要开发吸引用户的应用程序。除了支付，闪电网络还适用于实时通信应用，以加密方式发送信息，既保护了信息传输路径，又保护了信息内容。但是闪电网络的金融应用LiFi很难扩大影响力。这是因为闪电网络的可编程性较差，大部分应用都与增加生态流动性有关。基于闪电网络的交易应用使用闪电网络作为交互工具，或者将闪电网络中的资金作为保证金等，不能引入新的加密资产。

五、思考与总结

虽然关于比特币的争议很多，但从来没有人否认比特币作为点对点转账的作用，效率一直是比特币的制约因素。币种发展的一个重要因素，于是闪电网络诞生了。闪电网络将资金转移到多重签名地址并进行离线交易，以减少对链上资源的使用。闪电网络一直在进行技术迭代，例如 Eltoo 和 PTLC 改进 RSMC 和 HTLC，以及 Loop 和 Lightning Battery 等应用以增加通道流动性。萨尔瓦多采用比特币作为其法定货币将导致许多闪电网络用例。

由于比特币和以太坊的定位不同，二层网络的发展方向和格局也不同。根据其他公链上二层网络的经验，闪电网络未来将向两个方向发展：一是提高可用性和用户体验；二是进行更多的可编程实验，增加应用范围和场景。