比特币的未来:闪电网络可能会是什么样子的

经过多年的概念化和开发,第一个闪电实施现在处于测试阶段。 因此,每天都有更多的节点出现在网上,越来越多的用户正在互相开通频道,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。 虽然主要实现可用,并且有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将在未来几年内从网络架构,安全性和可用性等方面进行改进。

这些是目前正在开发的一些更重要的闪电项目。

双资金渠道

闪电网络由一系列支付渠道组成。 每个支付渠道存在于两个用户之间,允许资金在它们之间来回发送。

但是,在这个发展的早期阶段,支付渠道只能由双方中的一方支付。 资金方必须先向交易对方进行交易; 只有那时对方才能在同一付款渠道中返回付款。

然而,闪电网络白皮书提出了双资金渠道,其中一个规范提案现在也由Eclair背后的公司ACINQ提出。 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部分资助支付渠道。 这将为闪电用户体验带来更多的灵活性,因为用户可以在打开频道后立即发送和接收付款。

潜艇掉期

为了进行闪电付款,用户必须将资金存入闪电频道。一旦进入频道,这些资金就不能发送到正常(上链)比特币地址(除非该频道第一次关闭)。这意味着闪电频道中的比特币与普通钱包中的比特币有些分离,这与支票账户中的资金与储蓄账户中的资金有些分离无异。

但是有一些解决方案可以闪电和链上支付更加无缝切换。

一种解决方案是潜艇掉期。由Alex Bosworth开发(但在此之前由Lightning Labs首席技术官Olaoluwa Osuntokun概念化),Submarine Swaps基本上允许用户向闪电网络中的中间人发送闪电付款;该中间商会将相应数量的比特币发送到常规(上链)比特币地址。它也可以用其他方式工作:用户可以定期向中间商发送上链支付;该中间人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,在潜艇交换中,这种转换是“自动完成的”。使用已经嵌入在闪电网络中的技巧,闪电支付和在线支付可以有效地相互关联。这使得中间人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。)

接片

另一种使闪电用户体验更加无缝的解决方案称为“拼接”。实质上,拼接可以让用户在现有的闪电频道中“充值”资金,或者从渠道中流失资金,有可能保持频道畅通。

这个想法很简单。任何闪电频道都以开放交易开始,确保两个用户同意移动频道中的资金。闪电频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。开通交易中的资金在渠道关闭前不会移动。

当“拼接”时,用户将开放式交易转而将资金从一个或两个用户发送到包括更多比特币的替代开放交易。一旦这个新开放的交易在区块链上确认,渠道就会加满。在确认新的开放式交易之前,两个用户可以同时更新旧频道和新频道,以避免任何“频道停机”。

相反,当他们“拼接”时,用户将开放交易发送到正规(上链)地址,并可能使用相同的技巧将其中的一部分保留在频道中。通过这种方式,用户可以直接从闪电频道进行链式交易。

Eltoo

每次进行新的付款时,用户之间的闪电频道都会更新以反映它们的相互平衡。目前用来实现这一目标的诀窍包括通过播放较旧的余额来尝试作弊的用户的惩罚(可能是因为旧的余额会支付更多)。欺骗用户可能会失去他们在频道中的所有资金。

问题在于旧天平的广播并不总是作弊的尝试。有很多情况下用户可能会意外地播放旧的余额;例如,由于软件错误或备份出错。在这种情况下,渠道资金的彻底丧失是一个相当严峻的惩罚。

首先于2018年4月30日发布,eltoo是本文中提出的最新建议。由Blockstream的c-lightning开发团队Christian Decker和Rusty Russell以及Lightning Labs的Osuntokun开发,eltoo通过构建一系列时间锁定交易来更新渠道,每笔交易花费前一笔交易的资金以反映最新的频道平衡。

如果一个用户广播较旧的交易(代表较旧的频道余额),她的对方有一段时间来广播最近的交易(代表最新的频道余额)。

像这样的解决方案今天可以工作,但在失败的情况下是不实际的。这需要将整个交易链广播并记录在比特币区块链中,或多或少地破坏闪电网络的目的。因此,德克尔提出了对比特币协议的软分叉改变,以在这些类型的交易中引入一种层次结构:任何较新的交易都可以覆盖任何较旧的交易,而不要求整个链中的所有交易都被广播。

如果这个软叉在比特币网络上被采用和激活,闪电用户可以根据他们的喜好创建当前风格和使用eltoo的频道。

紧凑的客户端模块过滤

虽然闪电网络是第二层协议,但为了安全目的,比特币区块链本身仍与闪电用户有关。具体而言,闪电用户必须密切关注区块链,看看是否包含特定交易。这可能是资源密集型的,特别是对于移动用户。

此解决方案称为简化支付验证(SPV),并在比特币白皮书中有所描述。当前的SPV钱包使用称为“Bloom filters”的技巧来确定是否发生任何相关交易。

不幸的是,布卢姆过滤器相当隐私不友好,因为钱包本质上将所有地址都显示给比特币网络上的节点。他们也有一些扩展和可用性问题,因为每个单独的SPV钱包都会占用至少一个完整的比特币节点的资源。

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。通过创建Bloom Filter并将其发送到完整节点,而不是通过请求与它们相关的交易的钱包,完整节点为所有Neutrino钱包创建一个过滤器。然后Neutrino钱包使用这个过滤器来确定相关交易没有发生 - 这确实是所有用户需要知道的,以确保他们没有被骗。 (如果过滤器产生匹配,Neutrino会提取相关的块,以查看匹配是否确实涉及确切的事务而不是误报。)

有趣的是,虽然这个技巧是在设计时考虑到了闪电体验,但它也可以用来为普通的轻型钱包带来好处。

守望台

为避免被欺骗,闪电用户必须跟踪可能与其相关的潜在上链交易。

虽然紧凑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“检查”一下,以确保他们没有被骗。如果他们忘记检查,会造成安全风险。

“守望台”是一个潜在的解决方案,可以追溯到Lightning Network白皮书,并由Lightning Network白皮书合着者和点燃开发者Tadge Dryja等人改进。顾名思义,守望台可以让用户将区块链监控外包给第三方。

目前的守望台设计并非一成不变,但大体上可以像这样工作。无论何时用户更新频道,他们都会发送一个小数据包到守望台。这个软件包的第一部分是他们应该注意的交易的“暗示”,就好像它是一个难题一样。这个提示本身并没有透露任何关于守望台必须注意的交易内容;用户在这个意义上不会放弃任何隐私。

但是,如果相关交易显示在比特币区块链中,守望台可以使用该提示来识别它。然后,通过区块链本身的交易数据,守望台可以使用他们收到的软件包的第二部分重新构建惩罚交易。该罚款交易将渠道中的所有资金发送给被骗的用户。 (或者在eltoo的情况下,它只是播放正确的频道余额。)惩罚交易也可以设计为让守望台宣布资金的一部分作为奖励,作为其工作的激励。

用户可以将频道监控外包给多个守望台。即使一个人失败了,另一个人也可能失败,从而将闪电用户的风险限制在可以忽略的程度。

原子多路径支付

使闪电网络工作成为一个网络的原因是用户之间的支付渠道是相互关联的。用户可以通过网络上充当“中间商”的同行向支付渠道付费,这些用户没有直接渠道。

但是,现在一次付款必须通过一条路线进行。如果一个用户想要向另一个用户支付5 mBTC,那么他不仅必须在单个频道上有5 mBTC,而且该路线上的所有中间商还必须在频道中准备好5 mBTC才能转发。支付额越大,这种情况的可能性就越小。

原子多路径支付(AMPs)可以解决这个限制很长的路要走。最初由Lightning Labs的Osuntokun和Conner Fromknecht提出,这个想法很简单:较大的付款可以“分割”成较小的部分,所有这些部分都有自己的从付款人到收款人的路线,通过不同的中间商。

实现这一解决方案的一个挑战是闪电支付可能会失败,在这种情况下,这意味着支付是部分支付的。然而,部分支付很容易成为一个比不支付支付更大的问题:商家不会满意于支付部分支付,而客户不会乐意花钱购买任何东西。

解决这个问题的办法是,AMPs使用散列时间锁定合约的扩展,这些合约已经沿着Lightning路由使用,并且涉及将密钥数据沿网络传递。使用类似于确定性钱包所使用的技巧(从单一种子生成多个比特币地址)的技巧,较大的付款只能由收款人进行兑换,如果所有这些都是:如果某些秘密数据不通过整个路线使整个付款失败。

原子交换

闪电网络被设计为比特币的缩放层。但是由于许多altcoins是比特币代码库的软件分支,因此为这些altcoin创建类似的缩放比例通常并不困难。已经存在一个小型的莱特币闪电网络,更多的闪电网络可能会跟随。

有趣的是,这些网络在将来不需要保持分离。

使用被称为“原子交换”的闪电网络的基本构建模块(首先由Tier Nolan提出并通过Lightning Labs的Fromknecht在闪电上实现),支付渠道可以跨越不同的区块链。换句话说,用户可以发送比特币,并且只要网络上的一个节点愿意进行交换,另一个用户就可以以litecoin的形式接收付款。

当然,这也意味着用户可以发送这种付款给他们自己:他们可以发送比特币并接收litecoin。实际上,闪电网络可以建立一个不可信的加密货币交换网络。

有关此主题的更多信息,请参阅:“原子交换:闪电网络如何扩展到Altcoin。”

渠道工厂

闪电网络的主要好处可能是它可能大大增加比特币交易的上限,而不会增加比特币网络的负担。只要两个用户在他们的频道中都有资金,他们就可以互相支付几乎无限次数的费用,而只需要两项链上交易:一种是开通支付渠道,另一种是关闭支付渠道。

尽管如此,如果比特币和闪电网络随着时间推移获得更多采用,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”提案可能会进一步降低每个支付渠道所需的平均在线交易数量,这可能很明显。

根据Decker和Wattenhofer从2015年开始的类似闪电的提案,Channel Factories是一种支付渠道,可以存在于众多用户之中。同时,像任何支付渠道一样,渠道工厂只需要两次上链交易。 (如果Schnorr签名是在比特币上实现的,这些交易可能相当紧凑,即使涉及到很多用户。)

渠道工厂反过来可以像闪电网络的“子渠道”。渠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频道,而无需任何额外的链上交易。通过这样做,理论上他们可以将闪电网络工作所需的在线交易数量降低一个数量级。

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