闪电网络的替代方案？一文详解比特币Layer2协议Ark

原文作者：Peng SUN，Foresight News

在比特币闪电网络的发展历程中，尽管 PTLC、CoinJoin 在很大程度上对中心化与隐私问题做了改进，但流动性却是阻碍闪电网络大规模采用的硬伤之一。通常对新用户而言，下载闪电钱包后必须要寻找到入站流动性（Inbound Liquidity）才能从闪电通道中接收比特币，入站与出站流动性（Outbound Liquidity）的多少也决定了用户能接收与发送多少比特币。同时，在闪电通道中，流动性总量是固定的，无法改变，除非关闭通道重新设定。因此，总体来说，闪电网络流动性带来的实际用户体验可能并不佳。

在前不久的迈阿密海滩上，Bitcoin 2023 如火如荼，比特币开发者 Burak Keceli 就这一问题为现场观众带来了比特币 Layer 2 协议 Ark，这是一种闪电网络的替代方案，允许用户在不引入流动性限制的情况下发送和接收资金。今天，Foresight News 将为大家介绍 Ark 的工作方式及其技术特点。

一、工作方式

在比特币网络中，一笔交易由输入与输出组成，地址所持有的比特币总额被称为未被花费的交易输出（Unspent Transaction Output，UTXO），一笔交易经由收款方的私钥签署解锁脚本后进入新地址的 BTC 将再次成为 UTXO。Ark 协议则采用一种共享 UTXO 集进行匿名的链下支付，协议中已提交但未公开的交易输出被称为虚拟 UTXO（vTXO）。获取 vTXO 有两种方式，一是从已拥有 vTXO 的用户那里获取；二则是通过原子双向挂钩机制 lifting 将其链上 UTXO 按 1: 1 兑换为 vTXO。当然，用户可以单方面将 vTXO 兑换为链上 UTXO，而无需寻求 ASP 合作。

Ark 协议涉及用户与 Ark Service Provider（ASP）两方。用户是指那些持有、发送和接收 vTXO 的非交互式实体，而 ASP 类似于闪电网络服务提供商，它担任一种无需信任的中介，为网络提供 vTXO 流动性并收取流动性费用。同时，ASP 也充当盲 CoinJoin 协调员的角色，通过提供简单的调整与盲混合（blinded mixing）为交易提供隐私保护。

当用户在协议上进行付款时，需在 ASP 创建的共享 vTXO 资金池中支付 vTXO。ASP 每天 24 小时在线，其主要工作是每 5 秒创建一个盲交易池，对交易进行盲混合，避免支付跟踪。同时，ASP 可将发款方的 vTXO 赎回成链上资产， 并利用自己的链上资金为 CoinJoin 创建新的 vTXO。因此，上链的交易池即便公开可查，但也只显示 1 个或几个由 ASP 提供的输入，链上数据观察者无法发现真正的付款方。随后，从 ASP 的盲交易池中产生包含新创建 vTXO 的 vTXO 输出。vTXO 被捆绑并嵌套在这个共享输出下，并可以在链上公开。在 Ark 协议中，vTXO 输出生命周期只有 4 周，收款方需要在前两周内通过共同签署 n-of-n 多重签名领取嵌套 vTXO（nested vTXO）。如果 vTXO 在前两周无人认领，vTXO 将重回发送者的控制之下，这类似于闪电网络上的 HTLC 超时。另一方面，如果 ASP 在这段时间碰巧不合作或不回应，不共同签署 ATLC，那么 vTXO 所有者可以公开其嵌套 vTXO，然后等到合约中编码的某个相对时间窗口（24 小时）之后再领取资金。当然，如果被公开的 vTXO 超过 4 周无人认领，ASP 将可以单独清算它们。

二、技术特点

无流动性限制

与闪电网络的相比，Ark 协议没有引入所谓的闪电通道、出站流动性与入站流动性。

非交互式

Ark 的非交互式支付通过一种类似于比特币静默支付的方式来实现，即收款方提供一个发送方与收款方之间的「共享秘密」，并为发送方提供一个类似于静默支付的专用公钥。每个新创建的 vTXO 都使用一个包含支付承诺的临时共享秘密进行调整，该秘密会在 vTXO 被花费时，也即 2-of-2 连接器关闭时，锚定 ATLC 会显示付款证明。

不过，当前 Ark 协议的接收则是对非交互式的一种妥协，它采用一种交互式的方式即 n-of-n 多重签名限制交易输出，它的异步离线接收尚未完善，收款人必须在线运行 Ark 客户端才能签名以限制共享 UTXO 的输出。换言之，用户必须每隔一两周上线一次以接收其代币，否则无人认领的代币将会被 ASP 清理。因此，对于 Ark 而言，要想真正实现完全非交互式，使用户接收离线支付，必须有一种类似于 BIP-118 与 BIP-119 的「限制条款」（covenant）原语来限制交易输出。事实上，即便是为闪电网络附加这种原语，也依然无法实现非交互性。

绝对原子性

所谓原子性，就是指一笔交易不可切分，要么完全成功，要么完全失败。Ark 使用一种称为 Txlock 的新锁定类型原语确保链下转账的绝对原子性。Txlock 是一种条件，在这个条件下，只有存在一个相互同意的交易标识符才能解锁。