比特币的扩展问题-闪电网络 I

本系列文章是新挖的坑：The Bitcoin Lighting Network的翻译和解读（引用格式内），欢迎入坑。

摘要

现在，比特币协议可以容纳包含当今所有电子支付系统的全球金融交易量，而无需独立的三方监管，只要有一台能上网络的计算机就能成为参与者。本文提出了一个去中心化系统，通过微支付通道（也称为支付通道或交易通道）的网络发起交易，其价值转移发生在链下。如果比特币交易可以使用新的 sighash 类型来解决延展性问题，这些交易可能发生在互不信任的双方之间，只要他们按照转账合约进行交易，合约会通过一系列递减的 Timelock 强制在比特币区块链上进行广播。

Timelock 是一种智能合约术语，它限制某些比特币到指定的未来时间或块高度才能花费。

摘要里指出了后续需要重点关注的概念： 微支付通道、链下交易、sighash、转账合约、以及 Timelock 发挥的作用。

图片来自 COINTELEGRAPH。

1 比特币区块链可扩展性问题

作为分布式账本，比特币具有很好的前景；但作为支付平台，它无法在近期覆盖全球的商业交易。区块链是一种流言式的协议 (gossip protocol)，所有对账本的修改都会广播给所有参与者。正是通过这个“流言式协议”达成账本的共识，所有的账户余额因此得到承认。如果比特币网络中的每个节点必须知道全球发生的每一笔交易，那么这会削弱其涵盖全球所有金融交易的能力。在不牺牲网络提供的分散和安全性的前提下来覆盖全球所有交易是及其诱人的。

原文中使用了 gossip protocol，我猜这多少带些戏虐的味道。因为比特币的交易是发生在两方之间，却要广播给全球的所有节点。

在 2013 年的假期期间，Visa 支付网络达到了每秒 47,000 次峰值交易（tps），目前平均每天数以亿计。目前，比特币支持每秒不到 7 次交易，并有 1 MB 的区块限制。如果我们每比特币交易平均使用 300 个字节，并且假定块大小不受限制，那么以 Visa 的峰值交易量 47,000/tps 计算，每 10 分钟其容量将接近每个比特币块 8,000 MB。持续地，每年的数据量将超过 400 TB。

300 byte * 47,000 * 10 * 60 = 8460 MB

显然，在比特币网络上实现类似 Visa 的容量在当下是行不通的。世界上没有家用电脑可以使用这种带宽和存储。如果在比特币承载所有电子支付（不仅仅是 Visa），这会导致比特币网络的彻底崩溃。哪怕是最好的情况，也会导致比特币节点和矿工极度集中到唯一负担得起的那些节点和矿工。这种中心化会丢失去中心化所带来的安全性，因为个体检验和认可链的功能是比特币网络确保账本准确和安全的基础。

如果比特币通过增加块的大小来覆盖了全球的所有交易，那么只有少数人有条件（高带宽，高存储）成为比特币网络的参与者，这就导致了矿工的集中。

拥有较少的验证者，不仅意味着更少的实体能确保账本的准确性，而且还会减少通过挖矿验证区块链的实体，从而促使矿工集中。例如在上述平均 8 GB/m 的情况下，非常大的块意味着只有少数参与者能进行块的验证。这有很大可能性导致个体最终只能信任中心机构。拥有特权的信任参与者会形成一个社会的 trap ，即中心机构不会为了个人的利益而采取行动（委托代理问题），例如，通过收取更高的费用来减少不诚实行为的动机。在极端情况下，这表现为个人向集中托管的托管人提供资金，而托管人全权托管客户的资金。今天常见的这种局面会造成严重的交易对手风险。防止这种中心化发生的先决条件是比特币能通过配备家庭宽带的消费级计算机进行验证。通过确保全验证的低门槛，比特币节点和矿工将能防止极端的中心化和信任，从而确保极低的交易费用。

交易对手风险指交易对手不履约的风险。

本段大致说明了比特币的区块为何设置为 2 MB。主要原因是能让尽量多的人能参与比特币网络，从而通过去中心化的方式增加账本的安全性。

尽管摩尔定律可能会无限期地持续，而可以计算数千兆字节块的计算能力的消费级节点可能在将来存在，但这并不确定。

如果摩尔定律持续的话，这些都不再是问题了。

为了比特币能实现每秒超过 47,000 笔交易，需要在比特币区块链本身进行链下交易。如果比特币网络支持每秒接近无限的交易次数并且微费支付的费用非常低，那将会更好。许多微支付可以在两方之间按顺序发送，以支持任何规模的支付。微支付将有助于解除服务费用，减少信任和商业化，例如支付每兆字节的互联网服务费用。然而，为了能够实现这些小额支付用例，需要大量减少在全球比特币区块链上进行广播的交易量。

虽然可以进行较小扩展，但绝对不可能在网络上处理大量小额支付，甚至覆盖全球交易。比特币的成功需要人们有信心它会变得非常流行，也需要保持去中心化带来的现有优势。为了让今天的人们相信比特币的未来，比特币需要解决块尺寸的集中效应问题；大的区块就意味着中心化的托管人和更高的费用。

本文主要说明了比特币因为扩展性非常有限，导致无法在全球范围内广泛使用。而通过简单地增加块的大小并不能解决现有问题，因为这会导致矿工的减少和矿工的集中，从而导致安全性的降低以及交易费用的增加。

下篇文章继续～