侧链、闪电网络、扩容问题简介

币学君给大家整理了《区块连，从数字货币到信用社会》第三章的知识重点，以及币学君对这一章内容的见解。

第一章 简单支付验证（SPV）简介

1. 简单支付验证概念

简单支付验证，是一种无须维护完整的区块链信息，只需要保存所有的区块头部信息，即可进行支付验证的技术。

2. SPV与轻钱包的区别

轻钱包指的是节点本地只保存与其自身相关的交易数据（尤其是可支配交易数据），但并不保存完整区块链信息的技术。

SPV的目标是验证某个支付是否真实存在，并得到多少个确认。如，A声称汇了一定数额的钱到B的账户，如何快速验证该支付的真实性， 是SPV的工作目标。

SPV与轻钱包最大的区别是，轻钱包节点仍需下载每个新区块的全部数据并进行解析，获取并本地存储与自身相关的交易数据，只是无须在本地保存全部数据而已。而SPV节点不需要下载新区块的全部数据，只需要保存区块头部信息即可。

3. 区块链支付验证与区块链交易验证的区别

SPV指的是区块链交易支付验证，而不是区块链交易验证。

区块链交易验证的过程比较复杂，包括账户余额验证、双重支付判断等，通常由保存区块链完整信息的区块链验证节点来完成。

而支付验证的过程就比较简单了，只是判断该笔支付交易是否已经得到了区块链节点共识验证，并得到了多少的确认数即可。

4. SPV的数据结构

在区块链中，区块信息主要包括区块大小、区块头、交易数量和交易信息四个部分。

区块头中一般包括如下信息：前一区块的哈希值、区块中交易默克尔数的根哈希值、时间戳等。

以比特币为例，区块头的大小始终只有80字节，按照每小时6个的区块生成速度，每年产出52560个区块。当只保存区块头时，每年新增存储需求约为4兆字节（即4MB），100年后也仅有400兆字节，即使最低端的设备也能够负载。

5. SPV的功能扩展

以太坊对SPV的功能进行了扩展：每一个区块头，并非只包含一颗默克尔树，分别对应了三种对象——默克尔交易树、默克尔收据树、默克尔状态树。

默克尔交易树：保存交易信息，用于验证交易是否真实包含于区块链中。

默克尔收据树：保存某个地址的历史事件实例，比如一个交易是否成功执行、一个众筹合约是否完成了目标等。

默克尔状态树：保存了账户名称、账户余额等信息。

6. SPV面临的问题

SPV节点与区块链系统去中心化程度似乎存在一定的矛盾：随着SPV节点数量的增多，区块链参与完整验证的节点数量就会减少。

交易可锻性攻击：攻击者利用交易签名算法的特征修改原交易中的input签名，生成拥有一样input和output的新交易，然后广播到网络中形成双重支付。

第二章 侧链简介

1. 侧链的概念

侧链（sidechain）实质上不是特指某个区块链，而是指遵守侧链协议的所有区块链，该词是相对于比特币主链来说的。

侧链协议是指可以让比特币安全地从比特币主链转移到其他区块链，又可以从其他区块链安全地返回比特币主链的一种协议。

只需符合侧链协议，所有现存的区块链，如以太坊、莱特币等都可以成为侧链。

侧链协议具有重大意义，侧链协议意味着比特币不仅可以在比特币区块链上流通，还可以在其他区块链上流通。

2. 侧链协议的目的

侧链协议的目的是实现双向锚定，使比特币可以在主链和侧链中互转。

双向锚定分为以下4个阶段：

发送锁定交易，把比特币锁定在主链上；

等待确认期；

在侧链上赎回比特币；

等待一个竞争期。

第三章 闪电网络简介

闪电网络（The Lightning Network）是一个去中心化的系统。闪电网络的卓越之处在于，无须信任对方以及第三方即可实现实时的、海量的交易。

闪电网络能够让比特币超越传统及中心化支付的梦想成为现实,闪电网络最受关注的原因是因为其首次实现了小额的数字支付。闪电网络自2018年初正式在比特币主网运行，在第二季度开始大幅增长。

闪电网络的优点：

交易速度：闪电网络交易几乎都是即时完成的。

交易费用：由于交易实际上将在闪电网络通道内和区块链之外进行，因此你只需支付些许费用。

可扩展性：闪电网络能够将比特币及其他加密货币的交易速度提升到每秒至少100万笔交易。

跨链原子交换：只要两条区块链共享相同的加密哈希函数，用户将能够将资金从一条链转发到另一条链，而无需信任第三方中介，例如交易所。

安全性和匿名性：使用闪电网络，大部分交易都发生在主区块链之外，因此通过闪电网络通道进行的所有微支付几乎都无法被追踪。

闪电网络面临的问题:

中转站的中心化风险；

点对点的路径交易；

路径交易造成更多的链上交易；

路径交易时，发送者和接收者需要同时在线。

第四章 扩容问题

闪电网络起源于比特币的扩容问题，比特币的扩容难题由来已久。对比特币网络的理解，有两个划分：清算系统和现金系统。

清算系统：

随着比特币的繁荣，交易数量会越来越大，有限的块容量会使低价值的交易（例如发送1分钱）永远无法进块，因为低价值的交易不可能支付高网络手续费。进而，网络退化为清算系统，低价值含量交易被赶出，这些交易由第三方记账系统进行代替完成。

现金系统：

现金系统意味着所有交易均应该进入区块，那么当块容量不够用时，则应该及时调整块体积限制，对系统进行扩容。

区块限制值上调是无法真正解决比特币扩容问题的。若提高区块体积限制至30MB，最大的问题不是CPU计算能力瓶颈，而是块的传播与存储。

30MB的块可能会导致全网孤块率和空块率大幅上升，一年产出1.5TB的区块链数据也超出大部分节点机器的硬盘容量。基于这1.5TB的数据，区块链浏览器、钱包服务商等则可能膨胀10倍达到15TB。会极大削弱节点数量，提高开发接入门槛。

作者：币学Bixue，微信个人号：skyleimo，备注“币友”，欢迎交流讨论。