比特币的未来：闪电网络的未来会怎样？

经过多年的概念化和发展，第一代“闪电”实施目前正处于测试阶段。 于是，每天都有更多的节点出现在网上，越来越多的用户互相串流，一些商家甚至开始接受闪电支付。

但当然，这些仍然是闪电网络的早期阶段。 虽然主要的实现已经可用，并且有一些钱包和其他应用程序可用，但比特币的覆盖支付网络预计在未来几年内在网络架构、安全性和可用性方面得到改进。

这些是目前正在开发的一些更重要的闪电网络项目。

双筹资渠道

闪电网络由一系列支付渠道组成。 每个支付通道都存在于两个用户之间，允许资金在他们之间来回发送。

然而，在这个早期发展阶段，支付渠道只能由双方之一支付。 出资方必须先与交易对方进行交易； 只有这样，对方才能在同一支付渠道中退还款项。

但是，闪电网络白皮书提出了双重融资渠道，eclair背后的组织ACINQ也为此制定了规范性决议。 顾名思义，双资金渠道将允许两个用户通过每次存入比特币来为支付渠道提供部分资金。 这将为 Lightning 用户体验带来更大的灵活性比特币余额，因为用户可以在打开通道后立即发送和接收付款。

潜艇交换

为了进行闪电支付，用户必须将资金存入闪电通道。 一旦进入通道，这些资金就不能发送到常规（链上）比特币地址（除非先关闭通道）。 这意味着闪电通道中的比特币与普通钱包中的比特币有些分离，就像支票账户中的资金与储蓄账户中的资金有些分离一样。

但是有一些解决方案可以使闪电网络支付和链上支付之间的切换更加无缝。

一种解决方案是潜艇互换。 由 Alex Bosworth 开发（但之前由 Lightning Labs 首席技术官 Olaoluwa Osuntokun 概念化），Submarine Swaps 本质上允许用户向闪电网络中的中间人发送闪电支付； 该中间人会将相应数量的比特币发送到常规（链上）比特币地址。 它也可以以另一种方式工作：用户可以定期向中介发送链上支付； 该中介然后将相应数量的比特币发送到闪电网络上的接收闪电节点。

重要的是，在子掉期中，这种转换是“自动完成的”。 使用闪电网络中已经嵌入的技巧，闪电支付和在线支付可以有效地相互链接。 这使得中间商不可能通过不转发付款来窃取资金。 （通过与用户的协议，他可以为他的服务收取少量费用。）

拼接

另一种使 Lightning 用户体验更加无缝的解决方案称为 Stitching。 从本质上讲，拼接允许用户在现有的闪电通道中“充值”资金，或者从通道中“抽取”资金，潜在地保持通道畅通。

这个想法很简单。 任何闪电通道都以公开交易开始，确保两个用户同意在通道中转移资金。 闪电通道的其余部分由用户之间交换的一系列后续交易组成，这些交易通常不会传播到比特币网络。 在通道关闭之前比特币余额，未平仓交易中的资金不会移动。

当“切片”时，用户进行公开交易，而不是将资金从一个或两个用户发送到另一个包含更多比特币的公开交易。 一旦这个新开立的交易在区块链上得到确认，通道就被填满了。 在确认新的开放交易之前，两个用户可以同时更新旧通道和新通道以避免任何“通道停机”。

相反，当他们“拼接出来”时，用户将开放交易发送到链上地址，并可能使用相同的技巧将其中一些保留在通道中。 这样，用户可以直接从闪电通道进行链上交易。

埃尔图

每次进行新的支付时，用户之间的闪电通道都会更新以反映他们的相互余额。 目前用于实现此目的的技巧包括试图通过广播旧余额来惩罚作弊用户（可能是因为旧余额具有更大的支付能力）。 涉嫌作弊的用户可能损失其在频道内的所有资金。

问题是广播旧余额并不总是一种作弊尝试。 在很多情况下，用户可能会不小心广播旧余额； 例如，由于软件错误或备份错误。 在这种情况下，直接损失渠道资金是相当沉重的惩罚。

第一个版本于 2018 年 4 月 30 日发布，eltoo 是本文提出的最新提案。 eltoo 由 Blockstream 的 c-lightning 开发团队的 Christian Decker 和 Rusty Russell 以及 Lightning Labs 的 Osuntokun 开发，通过建立一系列时间锁定的交易来更新通道，每笔交易都花费先前交易的资金来反映最新的通道余额。

如果用户广播较旧的交易（表示较旧的通道余额），则她的对方有一段时间广播最近的交易（表示最新的通道余额）。

像这样的解决方案今天有效，但在失败的情况下是不切实际的。 这将需要在比特币区块链中广播和记录整个交易链，或多或少地违背了闪电网络的目的。 因此，Decker 提议对比特币协议进行软分叉更改，以在这些类型的交易中引入层次结构：任何较新的交易都可以覆盖任何较旧的交易，而不需要广播整个链条上的所有交易。

如果这个软分叉在比特币网络上被采用和激活，Lightning 用户可以根据自己的喜好使用 eltoo 创建当前的口味和频道。

紧凑的客户端块过滤

虽然闪电网络是第二层协议，但出于安全目的，比特币区块链本身仍与闪电用户保持连接。 具体来说，Lightning 用户必须密切关注区块链以查看是否包含特定交易。 这可能会占用大量资源，尤其是对于移动用户而言。

该解决方案称为简化支付验证 (SPV)，并在比特币白皮书中进行了描述。 当前的 SPV 钱包使用称为“布隆过滤器”的技巧来确定是否发生了任何相关交易。

不幸的是，布隆过滤器对隐私相当不友好，因为钱包基本上会向比特币网络上的节点泄露所有地址。 它们还存在一些扩展性和可用性问题，因为每个单独的 SPV 钱包都会占用至少一个完整比特币节点的资源。

为了解决这些问题，Lightning Labs 的 Osuntokun 和 Alex Akselrod 以及 Coinbase 开发人员 Jim Posen 设计了一种名为“紧凑型客户端模块过滤”的新解决方案，他们正在他们的 Neutrino 钱包中实施该解决方案。

紧凑的客户端模块过滤基本上颠覆了当前SPV钱包使用的技巧。 全节点通过创建布隆过滤器并将其发送到全节点来为所有 Neutrino 钱包创建过滤器，而不是通过钱包请求与其相关的交易。 然后 Neutrino 钱包使用这个过滤器来确定有问题的交易没有发生——这确实是所有用户都需要知道的，以确保他们没有被骗。 （如果过滤器产生匹配项，Neutrino 将拉取相关块以查看匹配项是否确实涉及准确的交易，而不是误报。）

有趣的是，虽然这个技巧是为闪电网络体验而设计的，但它也可以用于普通轻钱包。

岗楼

为了避免被骗，闪电网络用户必须跟踪可能与他们相关的潜在链上交易。

虽然严格的客户端模块过滤应该让事情变得更容易，但用户确实需要偶尔“签到”以确保他们没有被骗。 如果他们忘记检查，就会产生安全风险。

“watchtower”是一种潜在的解决方案，可以追溯到闪电网络白皮书，然后由闪电网络白皮书的共同作者进行改进，然后刺激开发人员和其他人。

顾名思义，Watchtowers 允许用户将区块链监控外包给第三方。

目前的瞭望塔设计并不是一成不变的，但大致是这样的。 每当用户更新频道时，他们都会向瞭望塔发送一个小数据包。 这个包的第一部分是一个交易的“提示”，他们应该把它当作一块拼图来关注。 提示本身并没有透露任何瞭望塔必须知道的交易内容； 从这个意义上讲，用户不会失去任何隐私。

但是，如果相关交易出现在比特币区块链中，瞭望塔可以使用该提示来识别它。 然后，利用来自区块链本身的交易数据，瞭望塔可以使用他们收到的数据包的第二部分来重建惩罚交易。 此惩罚交易将通道中的所有资金发送给受骗用户。 （或者在 eltoo 的情况下，它只是广播正确的通道余额。）惩罚交易也可以设计为让瞭望塔宣布一部分资金作为奖励，作为对他们工作的激励。

用户可以将频道监控外包给多个瞭望塔。 即使一个失败，另一个也可能失败，从而将闪电网络用户的风险限制在可以忽略不计的水平。

原子多路径支付

闪电网络之所以成为网络，是因为用户之间的支付通道是相互连接的。 用户可以通过在网络上充当“中间人”的角色，向未开通直接支付通道的用户提供支付通道，收取一定的费用。

但是，现在单笔付款必须经过一条路径。 如果一个用户要向另一个用户支付 5 mBTC，不仅他必须在单个通道上有 5 mBTC，而且该路径上的所有中间人也必须在通道中准备好 5 mBTC 以进行转发。 支出越大，发生这种情况的可能性就越小。

要解决此限制，原子多路径支付 (AMP) 仍有很长的路要走。 最初由 Lightning Labs 的 Osuntokun 和 Conner Fromknecht 提出，这个想法很简单：较大的支付可以“拆分”成较小的部分，所有这些都通过不同的中介从付款人到收款人都有自己的方式。 路线。

实施此解决方案的一个挑战是闪电支付可能会失败，这在这种情况下意味着支付已部分支付。 然而，部分付款很容易成为比不付款更大的问题：商家不会对部分付款感到满意，客户也不会乐意花钱购买任何东西。

这个问题的解决方案是 AMP 使用散列时间锁定合约的扩展，这些合约已经在闪电网络中使用，并涉及在网络中传递密钥数据。 使用类似于确定性钱包使用的技巧（从单个种子生成多个比特币地址），如果所有这些都是：如果一些秘密数据没有通过整个路径，则更大的付款只能由收款人赎回整个付款将失败。

原子互换

闪电网络被设计为比特币的扩展层。 但由于许多山寨币是比特币代码库的软件分支，为这些山寨币创建类似的扩展通常并不困难。 一个小型的莱特币闪电网络已经存在，更多的闪电网络可能会随之而来。

有趣的是，这些网络在未来将不需要保持独立。

使用称为“原子交换”的闪电网络的基本构建块（首先由 Tier Nolan 提出并由闪电实验室的 Fromknecht 在闪电网络上实施），支付渠道可以跨越不同的区块链。 换句话说，一个用户可以发送比特币，只要网络上的一个节点愿意进行交易，另一个用户就可以收到莱特币付款。

当然，这也意味着用户可以向自己发送这种支付：他们可以发送比特币和接收莱特币。 实际上，闪电网络可以创建一个无需信任的加密货币交易网络。

渠道工厂

闪电网络的主要好处可能是它可以在不增加比特币网络负担的情况下显着提高比特币交易的上限。 只要两个用户的通道中都有资金，他们就可以几乎无限次地互相支付，只需要两次链上交易：一次打开支付通道，一次关闭支付通道。

尽管如此，如果比特币和闪电网络随着时间的推移获得更多的采用，每个支付渠道的两笔交易可能会加起来。

苏黎世联邦理工学院的研究人员 Christian Block (Blockstream)、Roger Wattenhofer 和 Conrad Burchert 提出的“渠道工厂”提案可以进一步减少每个支付渠道所需的平均在线交易数量。

根据 Decker 和 Wattenhofer 于 2015 年开始的类似闪电的提议，Channel Factory 是可以存在于许多用户之间的支付通道。 同时，与任何支付渠道一样，Channel Factory 只需要两次链上交易。 （如果在比特币上实施 Schnorr 签名，这些交易可能会非常紧凑，即使涉及很多用户也是如此。）

通道工厂反过来可以充当闪电网络的“子通道”。 通道工厂内的参与者可以相互打开和关闭几乎无限数量的闪电通道，而无需任何额外的链上交易。 通过这样做，他们理论上可以将闪电网络所需的在线交易数量减少一个数量级。