什么是比特币闪电交易 详细讲解闪电网络、比特币Layer 2扩容方案的关键技术、优缺点

币种 6个月前 (02-23) 46次浏览 0个评论

原标题:《闪电网络——比特币二层扩容方案详解》

什么是闪电网络(网络)

闪电网络是比特币最受关注的第 2 层扩展解决方案之一,其背后的主要思想是设计一种支付协议,可用作比特币面临的可扩展性问题的链下解决方案。

比特币到底有什么问题?闪电网络试图解决什么问题?

比特币的交易速度而言,每秒只能处理 2~7 笔交易。想象一下用比特币支付,就像你需要排队在银行转账一样。一旦交易量激增,银行会难以处理吗?这种付款方式显然是不可接受的。

而闪电网络就像移动支付一样,你可以将一部分钱存入移动支付,并与任何支持的商家或个人快速转账。

一天深夜,阿平和阿彩百无聊赖,决定比赛。他们使用移动支付互相转账。每次转帐只有一美元,看谁转的多。

如果是传统的银行模式,可能两个人一晚只能排队玩几次,而且还要花手续费什么是比特币闪电交易,所以没办法玩。

付钱一晚上可以翻千次,最后的结果是阿来比阿平快,以微弱优势获胜。

结账的时候,手机支付会帮他们去银行,然后告诉柜台:“阿平账户余额-1,阿彩账户余额+1”。阅读本文以了解闪电网络解决方案的基本逻辑。

关键是,“闪电网络”如何保证资产可以在没有信任的情况下进行交易,以及交易可以安全地返回比特币主链进行确认?

下面将介绍闪电网络的几个关键技术的概念。

单向支付渠道

一站式支付渠道

单向支付渠道的概念在闪电网络之前已经存在了一段时间,但应用有限。

Alice 向 Bob 打开了一个单向支付通道。在这个通道中,Alice 有 10BTC,Alice 可以支付 Bob 进行链下交易,但是这个通道是单向的,这意味着 Bob 不能通过同一个通道支付 Alice。

如果 Bob 收到 1 个比特币:

你可以选择关闭通道,将交易广播到主链,让矿工确认,从 Alice 那里获得 1 个比特币。

或者,Bob 知道 Alice 将来会继续向他支付比特币,并选择保持通道畅通。

问题是,Bob 拥有最后的签名和广播权。如果 Bob 是流氓并且保持通道畅通,Alice 将永远无法结算,10BTC 将在这个支付通道中被绑架。

因此,一般来说,支付渠道都会配备配套措施“时间锁”。

时间锁 (CSV)

所谓时间锁定,是指在创建通道时会约定一个时间。一旦时间到了,必须强制关闭通道。有两个签名的交易将被上传到链上进行交易确认,没有签名的余额将退还给原始持有人。

在创建 Alice 和 Bob 时,约定在 1000 个区块之后,必须关闭通道。

所以 Bob 必须在时间到之前签署并广播交易,才能得到 Alice 给他的 1 个比特币。

如果 Bob 延迟签署广播,一旦约定的时间到来,Bob 将不会得到一毛钱。

双向支付通道

双向支付渠道

单向支付渠道很简单,因为交易是单向的。两个人中只允许一个人发送交易,另一个人广播交易。不存在信任问题,但应用场景相对有限。

由于应用中单向通道的不足,闪电网络想要打造的是一个去信任的双向支付通道,让通道双方可以自由交易。

那么闪电网络如何避免双方之间的信任问题,实现双向支付渠道呢?

所谓的信任问题包括:

双向支付通道意味着双方必须在通道中有一些资金,那么资产会消失吗?

如何保证最终结算不会出错?

支付渠道是P2P网络,没有验证机制,谁来保护账本?

单向支付通道通过时间锁定解决了结算不畅的问题,以拓展应用场景的双向支付通道。

我们要介绍的是,实现双向支付渠道所需的技术,也是闪电网络、RSMC和HTLC的核心技术。

RSMC 可撤销顺序到期合同

RSMC 可撤销序列到期合约 ( )

RSMC 实际上是一个资金池。当支付通道开通时,双方将自己的资产放入这个资金池,封存起来,用钥匙锁住。这笔资金不会用于交易,而是以合同的形式记录在案。两者在资金池中的剩余资产将在通道关闭结算前开放。

双向支付渠道如何运作?

自始至终,双方只需要与比特币区块链交互两次。

在一次打开支付通道和另一次关闭支付通道之间发生的所有其他交易都不会直接触及主链,这意味着只有在双方同意并签署后才能确认交易。

假设 Alice 和 Bob 打算进行频繁交易,双方同意开通双向支付通道,并同意在 1000 个区块后执行结算。

Alice 和 Bob 必须在链上开通多重签名钱包,才能开通双向支付通道。

此时双方会生成一组Secret Key(密钥)和Hash(锁头),Hash交给对方,Secret Key自己保管。

开通双向支付通道后,Alice 和 Bob 分别像签订合同一样支付。在签订新合同之前,旧合同将被废弃。需要注意的是,当旧合约作废时,对方会获得对方旧合约的秘钥。合约的内容是关于如何重新分配资金池的资产。

共同签名钱包中的钱只能在三种情况下解锁:

1.锁定时间到了

2.任何一方通过对方的密钥从他们设置的多重签名钱包中解锁资金

3.合同双方签订,一方播报

请注意,如果一方决定关闭支付通道并广播交易,广播方将不得不等到交易签署时设定的预定时间才能收到他的部分资金。

有人会做坏事吗?

例如:闪电网络的一个参与者不是按照正常程序广播最新的合约,而是广播一个有利于他的旧合约以进一步获利。

此时,以上两个值得注意的点就派上用场了

旧合约失效时,对方将获得对方旧合约的Secret Key

如果一方决定关闭支付通道并广播交易,广播方将不得不等到交易签署时设定的预定时间才能收到他的部分资金。

如果 Alice 尝试广播旧合约恶意结算关闭通道,根据上述闪电网络机制,Bob 和 Alice 都拥有对方旧合约的秘钥,Alice 必须等到预定时间才能获得 Alice 的份额旧合约中的 BTC 。

所以只要 Alice 广播旧合约,Bob 就可以在 Alice 等待的时候,使用旧合约的秘钥来拿走 Alice 的那份 BTC。这样一来,Alice 不仅没有广播对他有利的旧合约,而且也为他的恶意行为付出了代价。

我们已经讲完了双向支付通道的工作原理。接下来,我们将介绍双向支付通道是如何编织成支付网络的。

支付网络

现在,除了 Alice 和 Bob 之间的支付通道,Bob 还开通了与 Carol 的支付通道。

如果 Alice 想支付 arol 1 个比特币怎么办?

Alice 可以选择直接与 Carol 建立支付通道,但对于 Alice 和 Carol 来说,需要在主链上建立多重签名钱包并制作币,不仅麻烦而且需要额外的成本。

相信大家都想到了解决办法。Alice 只需通过现有的支付渠道向 Bob 发送 1BTC,Bob 将向 Carol 发送 1BTC什么是比特币闪电交易,这样交易就可以完成,无需支付额外费用。

然而,这也带来了几个信任问题。

鲍勃不诚实。他拿走了 Alice 的 BTC,然后将其放入口袋,而不是交给 Carol。

卡罗尔拿了钱,但告诉爱丽丝他没有。

如何解决这部分信任问题取决于闪电网络的另一项核心技术“HTLCs”。

HTLCs 哈希时间锁定合约

要解决上述信任问题,必须做两件事:

1.Alice 想确保 Carol 确实收到了比特币

2.必须确保 Bob 不会拿走比特币

这是公钥和私钥的另一个概念。HTLC 使用相同的概念进行扩展。我们认为密钥是私钥,而锁是公钥。

假设 Alice 需要支付 Carol 1 BTC,收款人 Carol 会创建一个 Value(key)和对应的 hash 值(lock head),然后将 lock head 交给 Alice。

“只要他能拿到钥匙,就说明他就是卡罗尔”

“只有卡罗尔有钥匙,也就是说只有卡罗尔才能开锁”

在这个前提下,Alice 和 Bob 提出了一份合约。如果 Bob 在 3 天内(Lock time=3day)提供了哈希值对应的 Value,Alice 会给 Bob 1.0001BTC,如果超过 3 天,原 BTC 的路返回给 Alice。

卡罗尔还与鲍勃签订了合同。Carol只要提供哈希值对应的Value,就必须给Carel 1BTC。

因此,Carol 向 Bob 提供了 Value,并从 Bob 那里获得了 1BTC。

Bob将此Value交给Alice,从Alice那里得到1.0001BTC,差价0.0001BTC作为手续费给Bob。

闪电网络的优势

闪电网络正在研究解决比特币可扩展性问题的链下解决方案。

如果成功,可能会显着降低比特币区块链的负载,增加比特币的实际应用。

通过使用双向支付渠道,闪电网络可以实现近乎即时且成本极低的交易。

闪电网络的局限性

与链上交易不同,如果收款人离线,则无法确认交易并进行支付。

网络中的参与者可能需要定期监控支付渠道以保证他们的资金安全。

闪电网络更难支持大额支付。

闪电网络交易有时需要依赖中间商。例如,闪电网络中有三个人,Alice、Bob 和 Carol。Alice 想给 Carol 发一笔 1BTC 的交易,Bob 需要经过中间。

如果 Bob 的余额小于 1BTC,则无法成功完成交易,因此交易金额将受限于中间人的资产余额。

闪电网络的效用取决于网络的规模,如果没有足够的用户,闪电网络将无法实现其价值。

加入的人越多,闪电网络就越健壮和完善,流动性也会相应增加。

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