比特币中的闪电网络是什么，它是如何运作的？

闪电网络是添加到比特币 (BTC) 区块链的第二层，允许链下交易，即不在区块链网络上的各方之间的交易。 各方或比特币用户之间的多个支付渠道构成第二层。 闪电通道是一种双方交易方式，双方可以相互发送或接收付款。 第二层通过管理区块链主网（第 1 层）之外的交易来增强区块链应用程序的可扩展性，同时仍然受益于主网强大的去中心化安全范例。

可扩展性是限制加密货币广泛采用的一个重要障碍。 如果扩展得当，区块链网络每秒可以处理数百万至数十亿笔交易 (TPS)。 在这种情况下，闪电网络对链下交易和结算收取低廉的费用，允许即时小额支付等新用例解决传统的“你能用加密货币买咖啡吗”的难题，加快处理时间并降低费用（能源成本） ) ) 与比特币的区块链有关。

然而，尽管有此意图，闪电网络仍然难以解决这个问题，甚至引入了各种问题，例如低路由费用和恶意攻击。 例如，打开和关闭支付通道需要支付少量费用。 除了这些小额费用外，还有用于验证交易的节点的路由费用。

现在，问题来了：如果路由费用如此之低，为什么节点要验证所述交易？

明确的答案是，矿工通常不会验证较小的交易，因为他们在验证微不足道的交易时会赚取较低的费用。 因此，交易者需要支付路由费用，并且可能需要等待很长时间才能验证交易。 对于恶意攻击，不良行为者可以发起各种支付渠道并立即关闭。 然后需要对这些通道进行身份验证，以阻止合法通道，从而使网络拥塞。 在拥堵期间，攻击者可以在合法方意识到这种情况之前提取资金。

闪电网络的历史

闪电网络是由两位研究人员 Thaddeus Dryja 和 Joseph Poon 于 2015 年在一篇题为“比特币闪电网络”的论文中提出的。 他们的工作基于比特币的匿名创造者中本聪之前对支付渠道的讨论。 Nakamoto 向开发人员 Mike Hearn 描述了支付渠道，后者在 2013 年发表了这些对话。

该论文的摘要描述了一个由支付通道组成的链下协议。 在支付渠道中，两个不受信任的方可以在不阻塞主网的情况下转移价值，因为该渠道存在于链下。 链下通道旨在解决比特币的可扩展性问题。 Dryja 和 Poon 后来详细说明，Visa 在 2013 年假期期间达到了 47,000 TPS 的峰值。 要使比特币接近 Visa 的 TPS，它必须管理每个区块 8 GB 的交易，这远不及当前区块链的能力。 最初，假设这些交易每笔约为 300 字节，比特币只能处理七笔交易。 此外，当时比特币的区块交易上限只有 1 兆字节，因此一个区块中肯定没有空间容纳近 47,000 笔比特币交易。

2016 年，Dryja 和 Poon 创立了 Lightning Labs（与其他一些贡献者），这是一家致力于开发闪电网络的公司。 尽管各个团队成员随着时间的推移发生了变化，但闪电实验室仍在努力使协议与核心比特币网络兼容。 在 2017 年比特币基于 SegWit 的软分叉之后，突破成为可能，这为更多交易留出空间以适应每个区块，并消除了一个长期存在的比特币漏洞，即交易延展性。 该漏洞允许用户伪造交易、对网络撒谎并将比特币存放在他们的钱包中。

由于启动前测试，开发人员可以立即在闪电网络上构建应用程序。 应用程序包括简单的用例，例如利用闪电网络微交易功能的钱包和赌博平台。

2018 年，Lightning Labs 终于在比特币主网上推出了闪电网络的测试版。 这时，推特创始人杰克·多尔西等公众人物开始参与该项目。 例如，Dorsey 聘请了一群开发人员专门专注于闪电网络的开发，并以比特币支付给他们报酬。 他还计划在未来将闪电网络应用到 Twitter 中。

闪电网络如何运作？

该协议支持在两方之间创建点对点支付渠道，例如在客户和咖啡店之间。 一旦建立，该渠道允许他们发送近乎即时且便宜的无限交易。 它充当自己的小账本，允许用户在不影响比特币网络的情况下为咖啡等较小的商品和服务付款。

要创建支付渠道，付款人必须将一定数量的比特币锁定在网络中。 一旦比特币被锁定，接收者就可以根据他们认为合适的金额开具发票。 如果客户希望保持通道畅通，他们可以选择继续添加比特币。

通过使用闪电网络通道，两方可以相互交易。 与比特币区块链上的正常交易相比，某些交易的处理方式不同。 例如，当双方打开和关闭一个通道时，它们只会在主区块链上更新。

双方可以在不通知主区块链的情况下无限期地在彼此之间转移资金。 由于区块链中的所有交易都不需要得到所有节点的批准，这种策略大大加快了交易时间。 能够路由交易的闪电网络节点是通过组合相关方之间的各个支付渠道而形成的。 因此，闪电网络是许多支付系统链接在一起的结果。

最终，当双方决定完成交易时，他们可以关闭通道。 然后将所有通道信息组合成一个交易，发送到比特币主网进行记录。 合并可确保数十个小交易同时向网络发送垃圾邮件，将它们减少为单个交易，从而减少节点验证所需的时间和精力。 如果没有支付渠道，较小的交易会阻碍较大的交易，从而使网络拥塞并添加更多节点进行验证。

例如，假设迈克每天都去当地的一家咖啡店，并想用比特币付款。 他可以选择为每个咖啡杯进行一笔小额交易，但由于比特币的可扩展性问题，交易可能需要一个多小时才能验证。 迈克还必须支付比特币网络的高额费用，即使他进行的是一笔小额交易。 小额交易适用于信用卡等传统支付方式，因为 Visa 等公司拥有处理超过 24,000 TPS 的基础设施。 相比之下，比特币在正常的一天可以验证 7 个 TPS。

通过闪电网络比特币钱包账户内转账，迈克可以与咖啡店打通支付通道。 每一次咖啡购买都会被记录在频道中比特币钱包账户内转账，店家仍然会收到付款。 交易很便宜，甚至可能是免费的，而且是即时的。 然后，当启动通道的比特币用完时，Mike 可以选择关闭通道或重新填充通道。 当一个通道关闭时，它的所有交易都会记录到主要的比特币区块链中。

闪电网络在两方之间创建智能合约。 协议规则在创建时被编码到合约中，并且不能被破坏。 智能合约代码还确保合约的履行是自动的，因为合约最初是根据所有相关方商定的预设要求制定的。 一旦满足这些要求，例如当客户支付正确数量的咖啡时，合同就会自动履行，无需第三方参与。 一旦通过验证，闪电网络将在支付通道内匿名交易。 任何人都能看到的是价值的总转移，而不是其中的个别交易。

完全可以不受任何限制地在区块链之外进行交易。 考虑到一旦支付渠道关闭，链下交易最终会在主网上进行，因此可以信任链下交易在区块链上执行。 主网是所有交易的仲裁者。 虽然链下协议有自己的账本，但该账本总是集成回主链，这是闪电网络设计的核心。 只有在可以构建主链的情况下，链下协议才能存在。

闪电网络的优势

闪电网络的明显优势是更快、更便宜的交易，实现前所未有的小额支付。 如果没有闪电网络，用户将不得不为简单的交易支付高额费用，然后等待一个小时或更长时间才能进行验证。 较小的交易需要更长的等待时间，因为矿工选择验证较大的交易，因为他们这样做会获得更大的回报。

闪电网络作为其之上的一层连接到比特币区块链。 这种联系意味着闪电网络仍然受益于比特币的安全协议。 然后，用户可以选择主区块链进行较大的交易，并在链下交换到闪电网络进行较小的交易，而无需担心安全性。 闪电支付通道还提供隐私交易，因为旁观者无法查看单个交易，只能查看整体交易。

加密货币爱好者也一直在测试原子交换，即在不使用第三方或交易所的情况下将一种加密货币交换为另一种加密货币的行为。 原子互换比交换更有用，因为它们提供近乎即时的交换，几乎没有或没有费用或钱包转移。

闪电网络的缺点

必须获得一个与闪电网络兼容的钱包才能真正利用它。 虽然很容易找到兼容闪电网络的钱包，但用户需要从传统的比特币钱包中为其提供资金。 从传统钱包到闪电钱包的初始交易需要支付费用，因此用户会损失一些比特币来与协议进行交互。 一旦资金进入闪电网络钱包，用户必须锁定他们的比特币以创建支付渠道。

在钱包之间发送比特币既烦人又昂贵，这让新用户望而却步。 也就是说，一些钱包可以在不支付费用的情况下同时管理链上和链下支付，而且随着时间的推移，便利性可能会提高。

如果支付通道中的任何参与者决定提取部分资金，他们必须主动关闭通道并收回比特币，然后才能使用这些资金。 比如拿出一点钱，渠道畅通是不可能的。 即使关闭或打开支付通道，也需要参与方进行称为路由费的初始交易。 虽然开通渠道在概念上很简单，但所有这些额外的费用都会使这个过程比许多潜在用户关心的更昂贵。

然而，闪电网络最大的问题之一是线下交易诈骗。 如果支付通道中的一个参与者选择在另一方离线时关闭它，则前者可以窃取资金。 等对方终于上线的时候，已经来不及了。 诈骗者只能保持离线状态，无法联系到他们。

此外，闪电网络确实存在支付卡顿等漏洞，即无法验证的传出交易。 比特币网络将退还卡住的付款，但可能需要几天时间才能拿到，因为有效交易在验证方面优先于卡住交易。

最后，即使闪电网络解决了所有问题，监管机构仍然存在问题。 监管机构可能难以充分理解闪电网络以制定适当的立法。 如果监管机构阻碍，主流加密用户也可能难以使用闪电网络。 即使监管机构确实了解该协议，但由于其匿名性，他们可能不会允许闪电网络。 匿名交易可能会吓跑立法者，因为他们只能在用户关闭支付渠道后看到最终交易，而不是渠道内发生的个别交易。

闪电网络的未来

然而，对于闪电网络来说幸运的是，采用率正在上升。 据 DappRadar 称，超过 1.1 亿美元的比特币被锁定在闪电网络中。 这些可能是人们为商品和服务付费、使用应用程序、赌博等。

一些应用程序对网络使用至关重要，例如与闪电网络兼容的钱包。 考虑到闪电网络是一个独立于比特币主网的协议，它需要不同类型的钱包，以便用户可以创建支付渠道。 如果没有优化的钱包，交易者就无法使用闪电网络。 如果闪电网络的采用率继续增长，业界可以期待更多的钱包开发商集成闪电网络支持。 专用用户也可以成为节点，从而加快闪电网络上的交易时间。

还值得注意的是，Lightning 的开发已经扩展为作为各种项目的第二层解决方案。 加密货币交易所也开始支持该协议，将闪电网络带给尽可能多的交易者。 集成了闪电网络的交易所允许交易者以低廉的价格立即提取少量比特币（即使比特币很拥挤）。 如果没有闪电网络，用户可能会因为比特币的传统技术而遭受高昂的交易费用和等待时间。

由各种专业节点组成的第三方保护服务瞭望塔也被引入闪电网络。 一些节点不时下线，导致其支付渠道对线下交易诈骗开放。 参与者可以向瞭望塔支付少量费用，并提供与渠道交易相关的指标，而不是让他们的渠道无人看管。 Watchtower 使用指示符在所有其他频道中识别用户的频道并密切关注它。

如果瞭望塔检测到恶意活动，例如试图关闭支付渠道，它会自动冻结资金并将其返还给离线用户。 瞭望塔还将通过从渠道中移除资金来惩罚恶意方。