HashKey Cui Chen：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 Capital Research

原标题：《比特币闪电网络现状与进展》

作者：崔晨，就职于HashKey Capital Research

审稿人：邹传伟，万向区块链首席经济学家

Layer 2领域的进展是整个行业关注的焦点。 以太坊 Layer 2 的上线吸引了大量应用，转入 Layer 2 的资产规模不断扩大。 这是因为区块链外的二级网络对网络处理速度的提升起到了巨大的作用，二级网络的创新和试验阻力小于原链。 相比之下，第一个第 2 层，即比特币闪电网络，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，闪电网络的通道数量和比特币数量都增长了 30-40%。 本文将分析闪电网络的现状、应用和技术进展，并对它的未来进行展望。

一、闪电网络现状（一）概述

比特币网络的处理效率限制了它在大规模使用时作为清算和结算网络，这是由区块大小和区块时间决定的，也是网络安全的保证。 闪电网络是比特币的升级和延伸。 为了不占用主链资源，用户资金转入链下通道进行实时结算。 交易完成后，将最终状态传回链上进行结算。 无论用户在通道内进行多少次交易，链上交易只会显示为打开和关闭通道两个步骤。 因此，闪电网络具有提高交易速度、降低手续费和保护用户隐私的优势。

闪电网络通过双方的多重签名地址建立通道。 每个人将资金转入该地址作为初始资金。 每笔交易后，资金将在通道中分配一次。 从地址中提取资金意味着通道关闭，双方共同管理通道内的资金。 交易记录。 用户可以通过中间节点进行跨通道交易，但只有通道内的用户才能在闪电网络中进行交易，更适合与固定交易对手的高频小额交易。

(2) 网络数据

闪电网络是一个非托管的去中心化系统。 可以在比特币的任意两个用户之间建立闪电网络通道。 通道数量和网络中传输的比特币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，公开的数据会有偏差，因为网络中存在非公开的私有通道，节点无法感知全网的交易量数据。

下图是闪电网络的通道数，蓝色的是新增通道，代表新用户加入。 橙色是两个已经有其他通道的节点之间建立了新的通道，数字的增加表明通道正在发展成网络结构。 可以看出，最近闪电网络的通道数一直在上升，新加入闪电网络的用户增长速度更快。

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

下图显示了闪电网络通道中比特币的数量和总价值。 黄色代表比特币的数量，蓝色代表比特币的价值。 近几个月比特币的数量一直在增加，共有 2,412 个被转移到 Layer 2 网络。

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

闪电网络规模的扩张是由事件驱动的。 2018年初、2019年初以及过去三个月的增长对应于闪电网络的推出、推特上的闪电网络火炬接力活动，以及萨尔瓦多政府支持比特币成为国家法定货币。 事件。 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大规模用户。 虽然闪电网络一直在积极发展，但转入以太坊的比特币数量高达26万枚，是闪电网络的100多倍。 这与用户更愿意参与DeFi而不是支付有关，也有闪电网络本身的原因。

二、在闪电网络中的应用（一）应用类型

在闪电网络中的应用是非常有必要的，创造使用场景会吸引更多的用户。 闪电网络上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。 节点的收益与网络的利用率相关。 当用户频次高时，渠道中的节点数量也会因为收益的增加而增加，节点数量的增加会提升用户体验，形成良性循环。 这种关系在其他生态应用中很常见。 常见的。

拓展闪电网络的应用场景是提升网络价值的一种方式，也是其发展的方向。 闪电网络中的应用分布在支付、游戏、社交和金融等领域。 下图显示了各种应用程序的项目分布。 数据来自 Fulgur Ventures。

图 3：闪电网络中的应用分布

作为比特币的扩展网络，闪电网络的主要应用项目是支付，包括用户支付工具、集成商户应用、服务商接收端项目。 闪电网络在现实生活中最常见的用途是通过闪电网络购买披萨、服装和游戏内服务。 利用闪电网络可以进行即时交易，这个特性也可以在游戏结算中发挥作用。 用户在使用闪电网络转账时，可以附加信息实现沟通，就像银行转账可以附上票据一样，信息可以随资金一起转给收款人。 就像金钱一样，信息可以即时到达，隐私也可以得到保证，而在途中的人并不知道信息的真正发送者和接收者。 闪电网络的金融产品（简称LiFi）主要以交易和解决流动性问题为主，但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，比如钱包和交易平台。 用户可以通过手机软件在熟悉的场景中直接使用闪电网络。 最后，以插件的形式接入互联网产品，也是闪电网络扩展应用的一种方式。 例如，推特将有一个内置的闪电网络支付程序，以启用推特的比特币奖励功能。

(2) 与以太坊 Layer 2 的比较

不管是哪一种Layer 2，它们的诞生都与主链的扩容有关，可以提高速度，降低手续费。 同时，他们也会面临与主链类似的问题，即追求更快的效率是以牺牲去中心化为代价的。 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 牺牲部分数据可用性，也会节省交易资源。 可以观察到，当市场规模较大时，更高效和去中心化的市场有不同的目标群体。 最终，这个问题需要通过技术迭代来实现。 下面将介绍闪电网络的技术进展。

无论是流行程度还是使用规模，以太坊中的 Layer 2 都优于比特币，尽管比特币 Layer 2 的概念和推出时间更早。 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，因此有更多的创新空间。 去中心化借贷、自动做市交易等应用在以太坊上成功运行。 用户将因为这些应用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，而是用户只有先有支付需求才会使用闪电网络，所以扩展范围会比以太坊Layer 2小很多。以太坊中的应用面向公众需要，而且大多数人不会购买比特币进行支付。

三、闪电网络的技术进展

安全性、易用性和提升用户体验是闪电网络迭代的方向。 闪电网络客户端由多个团队开发。 在功能上有一些相同点和不同点，但它们是相互兼容的。 下面提到的技术进步不区分客户。

(1) 保安

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。 可撤销序列到期合约RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract）是保证资金在通道内转移的重要组成部分，不会被对方操纵。 RSMC规定了通道内的交易规则和提现到主链的方式，用户可以随时提取正确的资金。 用户在通道内每笔交易后，双方都需要保存一份经对方签名确认的交易凭证，并将上次交易使用的私钥交给对方，之前的凭证失效。 用户可以用最新的证明关闭通道，但提现操作会在100个区块后进行。 这是为了防止用户使用过期的交易凭证进行提现。 如果用户发现取款人作恶，使用对自己有利的交易记录代替最新的交易记录，用户可以在取款等待期间构造惩罚证明，提取取款人的资金。

闪电网络中资金安全的威胁来自取款过程，有人可能会使用错误的交易记录来取款。 资金安全的保障来自于用户可以监控和修改链上的错误交易，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。 如果链条出现问题，可以代替惩罚瞭望塔。 用户向瞭望塔提供散列信息，从而保护隐私。

2. 埃尔图

Eltoo机制还可以保证通道中最新的状态在链上结算，保证过时的交易被废除。 这是一种比 RSMC 更简洁的状态更新机制。 Eltoo 用新的通道状态替换旧的通道状态，从而实现没有惩罚机制的安全性。 通过Eltoo协议交易后，双方需要签名确认，输出可用于后续交易或链上结算。 构建新的交易花费了上一步的输出，所以上一步的结算交易自动失效，因为系统不会出现双花。

图 4：圆圈代表输出交易

Eltoo 通过更新交易形成一条链来使之前的结算交易失效。 用户可以使用 SIGHASH_NOINPUT 跳过中间交易并将最新交易与合约创建的状态连接起来，而无需保存整个链。 Eltoo兼容RSMC，可以作为更通用的Layer 2解决方案，但目前还没有团队计划使用Eltoo来替代RSMC。

(2) 跨通道路由和隐私

1、HTLC向PTLC的转变

闪电网络的通道需要在交易双方之间建立，但是在所有进行链下交易的用户之间建立一个通道是不现实的，而且每建立一个通道都需要预存款，这将影响流动性。 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，该合约将在不久的将来被点时间锁定合约PTLC（Point Time Locked Contracts）取代。 PTLC去掉了HTLC中hash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交易和原子交易。 首尾相接的两条通道会涉及到三个节点，分别是发送方与中间节点之间的通道，以及中间节点与接收方之间的通道。 对于中间节点来说，这两个通道是相互独立的，分别对应入资金和出资金，而不是在中间节点转移资金。 建立跨通道交易时，接收方将原像R的哈希值H=hash(R)告诉发送方，发送方将H发送给中间节点，要求中间节点在T时间内发送正确的原像R转账前，中间节点要求接收方在转账前t时间内发送原像R，其中t

图 5：通过 HTLC 支付

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，这样节点才能确定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始图像R，从而获得其他节点应得的手续费收入，同时也会造成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。 它用标量和支付点替换原像和哈希值的设置。 后续节点需要不同的随机数，因此很难识别特定路径上的节点。 HTLC 中的接收方生成原像 R 的哈希值并将其提供给发送方，而 PTLC 使用类似的公私密钥方法。 私钥a可以通过单向函数转换为公钥，即A=aG，其中G是椭圆曲线上的一点。 通过PTLC跨通道的具体过程如下：接收方将zG告诉发送方，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，发送端告诉中间节点y和(x+z+y)G的值，要求中间节点发送(x+z)G的原像(x+z) T 时间内。 中间节点会要求接收方在时间 t 内发送 (x+z+y)。 能够成功完成交易需要中间节点计算出x+z的值，发送方计算出z的值。

图 6：通过 PTLC 支付

全网实现PTLC需要足够的节点支持，最好支持相同的PTLC协议，所以PTLC目前还没有正式上线。

2.路由

闪电网络使用洋葱路由和源路由来完成交易。 洋葱路由可以保护用户隐私，保证交易的发起方和接收方在交易路径中不为人所知。 只知道自己连接的前后端节点，无法推导出整个路径。 跨节点交易的中间节点会收取一定的手续费，具体费用取决于链上收费情况和用户转账金额。 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通道列表，并进行大量的数据计算。 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，通过多次交易了解每个节点路由成功的概率，从而对整个网络了如指掌。 Trampoline 付费是为了减少用户在该模型中支付的计算资源。 交易交给蹦床节点后，节点可以自动为交易寻找路径。 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，一笔交易可以通过多次蹦床支付来达成，这样节点就无法确定真正的最终收款人。 集中式Hub的形式也会大大增加路由成功的概率，但这种情况会使网络更加集中，可能会出现单点故障。

(3) 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，他们往往在闪电网络通道中充当转账方，而商家总是会收到资金。 长此以往，转让方将面临流动性枯竭。 这时候只能关闭Channels。 Loop是一款用于海底交换的应用，用于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资金的平衡，让资金在主链和通道内单向流动，减少切换通道的操作和成本。

Loop分为Loop In和Loop Out。 Loop In 服务可以帮助用户为闪电网络钱包充值和从链上转移资金。 Loop Out 面向接受支付的商户和服务商，可以直接将资金转移到链上的目的地，比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，从0.05%到1%不等。

2、多路径支付

在进行交易时，尤其是通过多渠道进行交易时，每个渠道都需要存入足够的资金，否则交易将失败。 交易金额越大，失败的可能性越高。 因此，可以通过多路支付的方式来解决，将一笔交易拆分成多个更小的交易支付给接收方。 多路径支付的实现方式可以是原子多路径支付和简单多路径支付。 原子多路径支付的含义是，只有在所有小额支付都成功的情况下，交易对方才能收到全额支付； 如果部分小额支付失败，则整个交易失败，资金将退还给发送方。 简单的多路支付没有这个功能。 所有拆分交易在支付期间使用相同的哈希和原像。 该方法对协议的改动较少，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，允许节点运营商在它们之间买卖流动性。 需要流动性的一方必须向有资金的一方付款，让后者向前者的渠道注入流动性，而后者则对资金有控制权。 这是一个非托管的点对点模型。 Lightning Battery 将根据预期支付和预期收益匹配流动性需求方和提供方。 这种形式有点类似于 DeFi 的点对点非托管方式，所以 Lightning Battery 被视为闪电网络的一部分。 理财产品。 Lightning Battery是通过开通多重签名通道来实现的。 此通道的使用方式与普通闪电网络通道相同，但至少需要 2016 个区块才能打开。 在此期间，卖出流动性的一方不能关闭通道。

4. 闪电网络未来发展预测

闪电网络的扩张会受到内部和外部两方面的影响。 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作为支付工具使用。 实际上，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。 易用性的问题来自于无法交易，主要是在通道资金不足或者路由失效的情况下。 除了改善这些问题，扩大应用范围也是下一步的发展方向。

萨尔瓦多在闪电网络支付方面向前迈出了重要一步，政府规定比特币为国家法定货币。 如果满足条件，拒绝比特币交易的萨尔瓦多企业将面临处罚。 萨尔瓦多居民使用闪电网络的频率越来越高，这从闪电网络的规模数据也可以得到印证。 闪电网络可以完善基础设施btc提现网络怎么选择，比如商家收到钱后，可以兑换成法币或稳定币。 闪电网络的技术一直在迭代，未来的技术发展将着重于保护资金安全、用户隐私和提高比特币利用率。

闪电网络需要开发吸引用户的应用。 除了支付，闪电网络还适用于实时通信应用，信息以加密方式发送，既保护了信息传输路径，也保护了信息内容。 然而，闪电网络的金融应用LiFi却难以扩大影响力。 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btc提现网络怎么选择，或者使用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、思考与结论

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，而效率一直是制约比特币发展的重要因素，于是闪电网络诞生了。 闪电网络将资金转入多重签名地址，离线进行交易，减少链上资源的使用。 闪电网络一直在进行技术迭代，例如Eltoo和PTLC对RSMC和HTLC的改进，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法定货币将导致大量的闪电网络使用场景。

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。 根据二层网络在其他公链上的经验，未来闪电网络将向两个方向发展：一是提升易用性和用户体验； 二是开展更多可编程实验，扩大应用范围和场景。