比特币最成熟的二层解决方案：闪电网络的一些技术点

作者：胡飞瞳

闪电网络是比特币最成熟的二层解决方案，其理论探索和工程构建已经有接近10年的时间，虽然仍然存在不少弱点，但相对于其他比特币创新的二层解决方案而言，闪电网络不仅及in是最完善和最成熟，可能也会是其他二层解决方案的一个基础。本文就闪电网络的技术进行一个简单介绍，希望起到一点科普的作用。

引言

在当前比特币生态突然繁荣、各种创新和项目如雨后春笋般涌现的时候，来谈闪电网络似乎有些过时。但如果仔细分析比特币生态的各种创新，你也不得不承认，闪电网络在设计上和工程实践上都最为完善。闪电网络概念从2015年提出，2016年初白皮书完善并发布，2018年闪电网络诞生落地，并实现你1个BTC的链下转移支付，到2023年底闪电网络节点达到14000个以上，容量达到5000BTC左右。 

针对比特币的低TPS，超长确认时间，以及网络拥堵等问题，闪电网络希望能够通过链下交易，并借助比特币自身网路的安全性来解决这三大问题，也就是要实现：

交易的即时性；

高吞吐量的交易；

降低交易费用

当然，对于当前比特币Layer 2 的一些其他方案，还希望解决一个比特币网络的另一个重要问题 - 图灵完备合约。这本身对于区块链技术而言不是一个大问题，因为这已经是成熟的技术，关键在于如何做到去中心化地比特币资产转移和确认，并且借助比特币网络的安全性。从这个方面来讲，还没有一个能够替代闪电网络（状态通道）的完善方案。

闪电网络的一些技术要点

闪电网络通过在比特币区块链之上创建一个支付通道网络来实现前文所述的三大目标。它主要包含以下一些技术要点： 

支付通道（Payment Channels）：支付通道是闪电网络的核心概念。它允许两个用户在不必每次都在比特币主链上发起交易的情况下进行多次交易。用户首先在比特币区块链上创建一个多签名钱包，这个钱包需要两个用户的私钥来进行资金转移。然后，他们将一定数量的比特币存入这个钱包，这个存款交易在区块链上进行确认。 

链下交易（Off-Chain Transactions）：一旦支付通道开启，双方可以在不与主链交互的情况下进行无限次数的链下交易。这些交易是通过签署新的交易来更新通道内资金的分配。这些交易记录代表了在关闭通道时应该如何分配资金，但在通道开放期间，这些交易不会被广播到比特币网络。 

通道关闭（Channel Closing）：当任一方想要取回在通道中的资金时，他们可以关闭支付通道。这通过在比特币区块链上广播最终状态的交易来实现。一旦交易被确认，通道中的资金将根据最后一次链下交易的状态被分配给两方。 

 路由和多跳支付（Routing and Multi-hop Payments）：用户可以通过网络中其他用户的支付通道发送支付，即使他们没有直接的支付通道连接。这是通过路由支付通过一个或多个中间节点来实现的。每个中间节点收取微小的费用作为提供流动性的补偿。 

Hash Time-Locked Contracts (HTLCs，哈希时间锁)：为了安全地进行多跳支付，闪电网络使用了HTLCs。这允许创建条件支付，只有在接收方提供支付预像（一个由发送方生成的随机数的哈希值）的证明时支付才能完成。这保证了沿途的每个节点只有在确保自己能收到支付的情况下才会转发支付。 

网络容量和流动性：虽然闪电网络可以大大降低交易费用并提高速度，但它的性能也取决于网络的容量和流动性。每个通道的资金容量限制了可以通过该通道发送的最大支付量。此外，资金必须在网络中正确分布，以便支付可以找到有效的路径。 

安全和隐私：闪电网络提高了隐私，因为不需要将所有交易记录在公共区块链上。然而，它也带来了新的安全考虑，例如需要用户定期在线以响应潜在的欺诈尝试。

闪电网络支付的基本过程

支付通道是闪电网络中最关键的组成部分，允许两个参与者在不必每次都广播到比特币主链的情况下进行多次交易。双方通过闪电网络进行多次交易的过程可以分为三步：1）开启支付通道；2）多次链下交易；3）关闭通道。以下是从技术角度对支付通道及相关概念的详细解释：

支付通道的建立基于多签钱包，这是一个需要多个私钥签名才能进行交易的特殊类型钱包。在闪电网络中，通常是两个参与方各持有一个私钥，共同控制这个钱包。多签钱包确保没有一方可以单独移动资金，只有当双方同意时才能进行交易。

开启支付通道：

资金存入：参与者共同创建一个多签钱包，并从各自的常规钱包向这个多签钱包发送比特币。这个交易在比特币主链上广播并确认，表明他们共同对这些资金有控制权。

交易记录：双方各自保留一份交易记录，记录当前的资金分配。这个交易不会广播到比特币网络，只在双方之间共享。

链下交易：