五分钟简评著名比特币二层扩容协议闪电网络

闪电网络采用链下支付在某种意义上解决了比特币 PoW 的效率低下问题,但目前来说还不适合普通人使用。资料来源:官方文档及官方 Medium、Twitter、Pitchbook、Blocking 网站声明 : EVALUAPE 只基于项目方提供的公开资料进行评估,并不对项目进行估值及投资建议。 因此,EVALUAPE 的评估报告并不构成投资意见,不对用户投资负责。
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撰文:Evaluape

闪电网络是工作在比特币网络上的二层支付协议,致力于实现交易双方的即时交易。

优点:

  1. 比特币因为各种原因,目前效率确实很低,需要扩容,闪电网络作为最“安全”的扩容方式,不会对比特币底层进行任何修改。
  2. 网络架构设计的简单精巧,同时便于理解。
  3. 开发团队均为业内顶尖水平,同时有大量独立工程师在社区内协作。

缺点:

  1. 模式上一定要求用户双方在线,同时产品上仍有许多漏洞。
  2. 生态偏弱,比特币的应用属性逐渐被其他数字货币取代,但是在金融属性上比特币存在着波动过大的问题,闪电网络较难在其中权衡。

行业(8 分)

自从 2008 年中本聪创建比特币和其独有的工作量证明机制以来,比特币的效率问题被人诟病已久。2015 年初开始由于行情向好,大量用户涌入,网络严重阻塞,社区开始重视扩容问题,并在同年开始积极讨论。

在 2015 年 6 月前后若干议案被提出,基本都和升级区块容量有关,争论的焦点是直接设定长期增长规则还是设置临时解决方案将问题搁置到未来解决。在大半年的讨论之后,2015 年 12 月的香港会议上 Pieter Wuille 提出了隔离见证((Segregated Witness),也就是将交易和脚本签名分离,将区块内交易的所有脚本签名放在区块尾部的数据结构中,节点同样将会验证以确保交易是有效的。并且这部分数据结构所占的空间不包括在被统计的区块大小中,这也是目前比特币区块大小平均数在 1.23M 左右的原因。社区希望用这种方式在短周期内解决问题,并在未来应用闪电网络处理小额转账、侧链处理交易所之间的大额转账,从根本上解决问题。

可在 2016 年因为多个利益方的博弈,依然有很多算力和社区用户希望对比特币进行物理扩容,随之而来的纽约共识会议等依然无法对于此问题在社区内达成共识,所以在一部分社区用户的带领下,比特币分叉 BCH (Bitcoin Core)应运而生。BCH 和 BTC 最大的区别是 BCH 拒绝了隔离见证,而是选择了增大区块大小,在创建初期 BCH 的区块大小是 8M,后续进行了二次扩容,区块大小增大到 32M。另外,在 2018 年 11 月,BCH 进行了一场备受瞩目的硬分叉,分叉和随后的算力战催生了 BCH 的分叉币 BSV (Bitcoin Satoshi Version),BSV 在 BCH 的基础上于 2019 年 2 月继续扩容,理论上区块大小可以增至无限,目前已经出现过 200 多 M 的超大区块。

比特币扩容的方式有很多种,目前比较主流的除了闪电网络之外,已经应用在 BTC 上的隔离见证和应用在 BCH、BSV 上的增加区块大小是经受过市场考验的扩容方式。更大的区块意味着对于节点设备的要求增高,全节点用户的减少,网络更加脆弱,同样的因为硬件原因,网络会经常不同步。

隔离见证则是不能解决根本问题,应用隔离见证最多能让区块增长 100% 的容量,但是一旦比特币的用户数量再次激增,那么这点扩容根本不能解决问题。部分人认为隔离见证的未来目标并不是防止阻塞,而是将交易的门槛推高,应用自由市场理论增加矿工的手续费收入。

除了这两种已经被应用的之外,还有 Blockstream 公司构建的 Liquid Network 项目和 RSK 项目。Liquid 主要针对的是交易所的交易者,除了解决转账速度的问题,项目应用了隐私转账技术隐藏每次转账的数量和资产类型,并且通过专属钱包解决了多币种的整合问题。RSK 则是构建了比特币侧链,通过去中心化的形式实现和比特币网络的双向锚定,用户可以在 RSK 网络上构建智能合约等。

但是这两个项目相对来说用户量较少,未曾经受过大规模流量涌入的考验,具体效果仍然呈疑。

模式(8.5 分)

闪电网络提供了基于比特币的可扩展的链下微支付通道网络,网络是基于 P2P 层面构建的。一旦交易双方在区块链上完成支付通道的创建,就可以多次、双向的实现瞬间确认的微支付。如果双方若无直接的点对点支付通道也没有问题,只要通道网络中存在支付路径,虽然路径中可能经过多个第三方周转,但闪电网络也可以利用这条支付路径实现资金在双方之间的可靠转移。

相对的,因为选了效率闪电网络一定程度的放弃了安全性,闪电网络无法解决支付中链下货不对版的问题,也就存在着要求双方用户必须在线的不便之处。这是源于闪电网络中交易只发给收款人,不在整个网络中广播,如果交易中出现不诚实的情况,需要非常复杂的判断程序才能追溯。基于这个问题,2019 年 6 月底发布了新版本开启了暸望塔功能,暸望塔是第三方节点,用于检测是否存在不诚实的交易者正在试图窃取资金,当支付通道发生变化时,暸望塔将会收取最新的数据,如果通道因为作恶中断,暸望塔会对全网广播并将资金发回诚实节点并惩罚作恶节点。

在一次闪电网路的实际操作中,两方用户需要首先用多签钱包设置支付通道。支付通道可以视作是智能合约,两方会在多签钱包内放一笔资金,用户在资金没有用完时随意使用该通道。在每一次交易的过程中,用户会自动的签名并且更新自己的资产负债表,在完成所有交易并且关闭通道后,该资产负债表将会广播到比特币网络中,而在链上的支付通道会自动按照资产负债表转移比特币。也就是说只有在开关该支付通道时会与比特币网络产生交互,更低的交互意味着更低的转账成本。

闪电网络并没有自己的原生代币,而是完全依托着比特币 UTXO 模型。在一次交易中将会存在两种类型的手续费,其一是基础费,也就是每次使用网络所需的固定费用。另一种是费率,按照支付价值的百分比手续费。另外节点运营商需要锁定一定数量的比特币运营节点,这包括代表接受最大额度的入境流动和支付最大额度的出境流动。入境流动无法控制也是闪电网络体系中需要解决的问题,也就是说如果两个节点交易中间有第三方作为桥梁,那么在这个交易中无法得知所有节点是否有足够的入境流动,如果没有那么交易将会失败。

由于闪电网络中的基础费和费率均设定较低,大部分闪电网络节点运营商都是入不履出的,所以闪电网络需要在某种程度上调整经济模型,从而实现经济利益驱动的大规模应用。

技术(9 分)

闪电网络的核心是支付通道,而建立支付通道的关键技术有两个,依次是:RSMC (Recoverable Sequence Maturity Contract),HTLC。在这个部分将依次介绍这两个技术并阐述闪电网络的工作原理,最后我们将简单介绍在过去一年中实装的新改动。

五分钟简评著名比特币二层扩容协议闪电网络RSMC 交易结构图,来源:https://blocking.net/1516/bitcoin-lightning-network-rsmc/

RSMC:RSMC 是序列到期可撤销合约,本质上是一个智能合约。假设存在 Alice (简称 A)和 B (简称 B)两个用户,双方各拿出 0.5 个 BTC 构建 funding Tx (2-2 多重签名地址),最终需要两方完成签名并且广播到链上确定资金的转移。A 构建 C1a (多签地址 A 的部分)和 Rd1a (C1a 的 UTXO,给 Alice 0.5BTC)交给 B 签名,此时输出为 B 的 0.5BTC。然后 B 构建 C1b (多签地址 B 的部分)和 Rd1b (C1a 的 UTXO,给 Bob 0.5BTC)交给 A 签名,此时输出为 A 的 0.5BTC。A 和 B 构建是同时进行的。然后就向对方发送请求并且申请签名,在 Commitment TX 相互签名做完之后再签 Funding Tx 然后交换,最后广播这个交易。在 Funding TX 签名完之后,为了保证任意一方不会拿 Commitment TX 状态作恶,A 和 B 都需要将 2 部分的私钥给到对方,一旦某一方破坏了合约,那么将会失去所有的币。

同样的,Seq 指的是 sequence,为了防止 RD1x (x 为 a 或者 b)进块也就是破坏合约,对方将有 1000 个块的时间去实施惩罚交易。 RSMC 和配套的惩罚窗口期机制能够最大限度的防止交易中作恶情况的出现,但其最大问题是只有 P2P 的交易,没办法形成网状交易结构。所以闪电网络引入了 HLTC 解决这个问题。

HLTC:HLTC 是哈希时间锁定合约,主要为了解决中转交易的问题。假设在一次交易中有 ABC 三个用户,A 和 B 之间没有单向的闪电网络通道需要经过 C。A 会首先通告 B 交易的进行,此时 B 会收到一个随机数,收到后 B 会回返给 A 一个被哈希的数字。为了经过 C 完成交易,A 会要求 C 拿到 B 收到的随机数即可开启通道,同理 B 会从要求更新通道的支付分配并将随机数给予 C,C 在获取随机数后告知 A,A 检验无误后更新通道的支付分配,一次三方交易就此完成。

但是这中间存在一个问题,如果 B 或者 C 的任意一方收到钱不给随机数怎么办,于是引入时间锁的概念,也就是说双方提交的是有限制的交易,在某个时间内提交该数字才能是做有效,反之交易取消。换言之随机数可以视作密码,密码核实无误才会打钱,而这个密码被称为哈希锁。简单来说,HLTC 就是要求收款人和中间人在一段时间内证明自己知道特殊的秘密后才会完成交易。

网络路由:闪电网络中具有很多通道,一部分是非通告的,无法在路由中使用。网络在需要多方路由的情况中使用的是发送方路由,也就是说整条传输线路都由发送方决定,而不是路由器设定最优线路,这就存在发送方需要拿到整个网络信息评估后才能选出线路,对发送方客户端负荷很大。现在正在考虑用轻节点的方式运营部分路由节点,从而提供更多的缓冲。同时,闪电网络使用了洋葱路由进行多跳支付,中间节点只知道前后两个节点的信息,不知道网络中其他参与者,保护了发送和接收者。

以上就是闪电网络的核心技术,RSMC 保证在双方能完成交易并且约束了作恶情况,HLTC 则是将两点之间的 P2P 交易扩展到整个网络,他们是闪电网络构建的基础,搭配网络路由的机制,完成了整个网络。但是闪电网络仍存在很大的限制,比如说使用旧状态欺诈未在线用户,受限于通道抵押资金较低无法传递大额资金等。所以闪电网络后续又添加了部分功能解决这些问题。

暸望塔:暸望塔是用来监控广播的旧状态,负责将试图广播旧状态的作恶者找出并作出回应惩罚作恶者。暸望塔需要用户资金搭建或授权第三方暸望塔监视。解决的是 RSMC 过程中拿 Commitment TX 的签名作恶的情况。在引入暸望塔之后,B 可以建立一个用于撤销的交易并将该交易预先签名和放在交易内的数字给到暸望塔,,暸望塔通过识别这个数字确定是否作恶,出现作恶行为时自动广播并惩罚作恶者。这解决了 RSMC 过程中 Seq 时间内用户不一定能提出异议的的问题。

原子多路径支付:原子多路径支付在 2019 年末和 2020 年初,三个闪电网络的主要客户端分别更新了多路径支付功能。这个功能主要针对的是大额比特币通过闪电网络支付。其原理非常简单,就是将单个支付事件拆分成多个小型的支付事件,然后通过不同的中间通道进行传递。但是拆分意味着需要验证,也可能出现 40% 成功,60% 失败的情况。解决的方案是将所有的流程都是通过原子的方式进行,只有所有的支付事件都完结,对方会一次性收到所有钱款,一旦某一个支付事件失败,那么资金会退还给支付方,这样也就解决了通过闪电网络大额支付上的不便。

闪电网络目前三个客户端都在 GitHub 上完全开源,也有很多野生开发者正在为这个项目添砖加瓦。可以说闪电网络是继比特币之后为数不多的社区驱动的项目之一。因为足够去中心化,所以自然也会损失一些效率,闪电网络的开发进度并不是很快,至今为止仍有使用体验不佳,如果用户只是单次 P2P 转账时搭建通道效率不高成本过低、使用时用户必须双双在线、仍然存在很多漏洞会导致资金丢失等问题。但是持续地技术迭代和产品更新正在一个个解决这些问题,并且整个开源社区都在为他们提供帮助,除了活跃在 Github 上的野生开发者外,Bitmex 等多家业内知名机构分别从数据监控等方面支持着闪电网络。相信在接下来的几年内,依托着比特币的闪电网络能够实在的落地,成为连通比特币和真实世界的纽带之一。

团队(8.5 分)

闪电网络是由 Joseph Poon 和 Thadeus Dryja 于 2015 年 2 月首次提出,目前有三个主要客户端,分别是 Eclair、Lnd 和 C-lightning。C-lighting 由 Blockstream 公司组织开发并维护。该公司由 Adam Back 于 2014 年和几位 Bitcoin core 核心开发者创立,其中包括 Gregory Maxwell、Jonathan Wilkins、Matt Corallo 等。

同年 Blockstream 发布侧链项目白皮书,目前 Lisk、Loom 等项目都是以此为基础构建的。后续 2015 年发布比特币侧链结算网络 Liquid Network,Blockstream green 多签钱包,通过卫星把比特币网络送上太空的 Blockstream Satellite 等。C-lighting 客户端闪电网络则是由 Linux 著名的开发者 Rusty Russell 作为主导开发。

Éclair 是由 Acinq 公司开发,该公司主要致力于比特币的扩容,完成了第二代闪电网络钱包 Phoenix,Acinq node 闪电网络节点和 Strike 闪电网络商用 API 等。团队位于法国,创始人毕业于法国中央理工大学高等电力学院电子工程系,有金融领域的经验。CTO 毕业于帝国理工学院,曾在萨基姆安全系统公司工作超过七年。Lnd 是由 Lighning Lab 发布的闪电网络客户端,主要产品有帮助企业完成通道持续开放的 Loop、轻量级客户端 Neutrino 等。CEO Elizabeth Stark 具有耶鲁大学法学学位,在 twitter 上有很多粉丝。CTO Olaoluwa Osuntokun 具有 UCSB 计算机硕士学位,曾在谷歌实习。闪电网络三个客户端的团队都很强大,他相互学习和追赶开发进度,在不同的客户端上实现闪电网络并承担着闪电网络部分节点的运营。

生态(8 分)

根据 1ML 网站提供的数据,截止 2020 年 3 月 3 日,闪电网络上共有 11624 个节点,36326 个支付通道,网络中锁定的总价值为 896.48 个 BTC。从 2019 年初到 2020 年初,闪电网络的总节点数和锁定的总价值并没有明显的增幅。这可能也是因为在整体加密市场向好情况下,交易者作为流动性的主要提供者会将绝大多数资产储存在交易所,并且尽量通过以太坊等速度更快的加密货币进行跨交易所转账。

另外,USDT 在以太坊上大量发行也加剧了这个过程。而比特币持有者中真正希望通过比特币消费的寥寥无几,这种消费方式仍然不够方便,或者说这种消费方式存在使用体验太差并且支持的商家较少等缺点。生态的构建需要技术的易用性和更大范围的推广,一方面闪电网络需要在易用性上加以改进,比如说暸望塔的加入降低了被欺诈的可能性,原子多路径支付提供了大额转账的途径。如果这些问题一个个被解决,闪电网络整体的易用性变好,加以在现实世界的推广宣传,相信闪电网络整体的运营数据会好看许多。

闪电网络上的应用程序被称为 Lapps,在 Bluewallet 钱包给出的应用名单中包括了服务、游戏、社交、商品等几个大类。而在 2019 年 10 月举办的闪电网络大会上也能看到部分闪电网络应用实装。可以看到 Bitrefiil 可以通过闪电网络充值礼品卡,香港的 Megabox 也支持闪电网络购买商品,通过 Zap 上的应用为闪电网络建立了一个快速通道从而用法币购买比特币。在 Satoshi.game 上可以找到很多支持闪电网络的小游戏等。虽然目前闪电网络的用户不多、应用仍比较初级,但是正在向良好的趋势发展。

钱包方面,除了Éclair、Zap 等闪电网络原生钱包外,包括 Cobo 在内的部分一线钱包也支持闪电网络。交易所方面,2019 年 12 月,老牌交易所 Bitfinex 成为第一个支持闪电网络的主流交易所,另外有 Bitrefill 在 2016 年 6 月将第三方闪电网络服务接入到 Coinbase。相信未来会有越来越多的交易所支持闪电网络,帮助用户更快捷的提取比特币。

总结(8.6 分)

闪电网络作为比特币的二层支付协议,在某种意义上解决了比特币 PoW 机制下的效率低下问题。项目巧妙的运用了 RSMC (序列到期可撤销合约)和 HLTC (哈希时间锁定合约)搭建了链下支付网络。并且上线后添加了多项功能解决可能存在的漏洞和使用不便之处。诚然目前来说闪电网络还不完美,还不是适合普通人使用。

但是作为区块链世界中非常具有社区基础,开源协作的项目,相信解决这些问题需要的只是更多的时间和共识。比特币的价值已经逐渐被大众所知认可,但比特币的使用具有很多门槛,完全不如很多普通货币应用于日常生活。闪电网络可能是个契机简化使用比特币、持有比特币的要求,从而将比特币和区块链应用推广给整个世界。

资料来源:官方文档及官方 Medium、Twitter、Pitchbook、Blocking 网站

声明 : EVALUAPE 只基于项目方提供的公开资料进行评估,并不对项目进行估值及投资建议。
因此,EVALUAPE 的评估报告并不构成投资意见,不对用户投资负责。

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