分析闪电网络的现状、应用、技术进展及未来展望

闪电网络是比特币的升级和扩展，具有提高交易速度、降低手续费和保护用户隐私的优点。

Layer2的进展是整个行业关注的焦点。以太坊第2层的推出吸引了大量应用，转移到第2层的资产规模正在扩大。这是因为区块链外的二层网络在提高网络处理速度方面发挥了巨大作用，二层网络的创新和实验阻力小于原链。相比之下，比特币闪电网络（第一层2）的规模要小得多。这并不意味着闪电网络正在走下坡路。在过去四个月中，闪电网络的频道和比特币数量增加了30-40%。本文将对雷电网络的现状、应用和技术进展进行分析，并对其未来进行展望。

一、闪电网络的现状 （一）概况

比特币网络的处理效率限制了其作为清算网络的大规模使用，这取决于块大小和块时间，也是网络安全的保障。闪电网络是比特币的升级和扩展。为了不占用主链资源，用户的资金被转移到链下的渠道进行实时结算，交易完成后最终状态被转移回链上进行结算。无论用户在渠道中进行了多少笔交易，链上的交易将仅显示为两个步骤：打开和关闭渠道。因此，闪电网络具有提高交易速度、降低手续费和保护用户隐私的优点。

闪电网络通过双方的多个签名地址建立渠道，每个人将资金转移到该地址作为初始资金。每次交易后，资金将在渠道中分配。从地址提取资金意味着渠道关闭，双方共同管理渠道中的交易记录。用户可以通过中间节点进行跨渠道交易，但在闪电网络中，交易仅限于渠道内的用户，更适合于高频小交易场景，交易对手固定。

（二）网络数据

闪电网络是一个非托管去中心化系统。可以在比特币的任意两个用户之间建立闪电网络通道。传输到网络的通道数量和比特币数量可以反映闪电网络的发展规模。由于lightning网络的隐私设置，公共数据会有偏差，因为网络中存在非公共的私有通道，并且整个网络的交易量数据无法被节点感知。

下图显示了闪电网络中的通道数。蓝色表示新添加的频道，代表新用户。橙色表示在其他通道的两个节点之间建立新通道。数量的增加意味着通道正在发展为网状结构。可以看出，闪电网络频道的数量最近一直在增加，新用户加入闪电网络的增长速度更快。

下图显示了闪电网络频道中比特币的数量和总价值。黄色表示比特币的数量，蓝色表示比特币的价值。近几个月来，比特币的数量一直在上升，总共有2412枚比特币被转移到Layer2网络。

雷电网络规模的扩大是由事件驱动的。2018年初、2019年初和最近三个月的增长与闪电网络的启动、闪电网络在推特上的火炬传递以及萨尔瓦多政府支持比特币作为国家法定货币相对应。此外，闪电网络在短暂上升后将面临一段停滞期，因为其自身的应用无法吸引大规模用户。尽管闪电网络一直在积极发展，但传送到以太坊的比特币数量高达26万，是闪电网络的100多倍，这与用户愿意参与DeFi而不是付费有关，也与闪电网络本身有关。

二、闪电网络中的应用 （一）应用种类

在lightning网络中的应用是非常必要的，创建使用场景将吸引更多的用户。闪电网络的通道事务需要节点路由。它们为交易者提供道路上的便利，并收取路由费。节点的收益与网络利用率有关。当用户频繁使用时，渠道中的节点数量会随着收入的增加而增加，节点数量的增加会改善用户体验，形成良性循环。这种关系在其他生态应用中非常普遍。

拓展雷电网络的应用场景不仅是提高网络价值的途径，也是雷电网络的发展方向。闪电网络中的应用分布在支付、游戏、社交网络和金融等领域。下图显示了各种应用程序的项目分布。

图3：闪电网络中的应用分布

作为比特币的延伸网络，闪电网络最重要的应用项目是支付，包括为用户准备的支付工具、集成商户应用和服务提供商的接收端项目。在现实生活中，通过闪电网络购买比萨饼、服装和游戏服务的最常见方式。闪电网络可以用于实时交易，也可以在游戏结算中发挥作用。用户在使用闪电网络转账时可以附加信息，实现通信，就像银行转账时可以附加票据一样，信息可以与资金一起传递给收款人。与金钱一样，信息可以立即到达并保护隐私。道路上的人们不知道信息的真正发送者和接收者。闪电网络的金融产品主要侧重于交易和解决流动性问题，但其实施方式与当前流行的DeFi有很大不同。

除了上述应用之外，闪电网络的基础设施也非常重要，如钱包和交易平台。用户可以通过手机软件在熟悉的场景中直接使用闪电网络。最后，作为一个插件，连接到互联网产品也是闪电网络扩展应用程序的一种方式。例如，twitter将有一个内置的闪电网络支付程序，并开启twitter的比特币奖励功能。

（二）与以太坊 Layer 2 的对比

无论Layer2是什么，其产生的原因都与主链的扩展有关，主链的扩展可以提高速度，降低手续费。与此同时，它们在主链上也将面临类似的问题，即追求更快的效率应以去中心化为代价。例如，如果闪电网络采用集中式路由，则事务体验会更好。如果以太坊的第2层牺牲了一些数据可用性，它也将节省事务资源。可以看出，当市场规模较大时，会有不同的目标群体，具有更高的效率和更大的去中心化化程度。最后，这个问题需要通过技术迭代来实现。下面将介绍雷电网络的技术进展。

以太坊中的Layer2在热度和规模上都优于比特币，尽管比特币Layer2的概念和推出时间更早。两者之间的差异源于应用程序和用户之间的关系，这本质上是由于底层公链的不同定位。以太坊的优势在于它可以部署智能合约来实现资产的可编程性。Layer2网络的性质优于以太坊，因此具有更高的创新空间。去中心化借贷和自动做市交易等应用程序已在以太坊成功运行。用户将闲置资产转移到借出产品，因为这些应用程序参与以太坊生态。它是现有产品吸引用户参与应用程序的模。

闪电网络中的用户不会被支付应用程序吸引，但用户在使用闪电网络之前需要有支付需求。因此，扩展范围将远小于以太坊第2层的扩展范围。以太坊的应用解决了公众的需求，大多数人不会因为支付而购买比特币。

三、闪电网络的技术进展

安全性、可用性和改善用户体验是闪电网络迭代的方向。闪电网络的客户端由多个团队开发。在功能上有一些相同点和不同点，但它们是相互兼容的。以下提及的技术进步并不区分客户。

（一）安全方面

1.RSMC和望塔

比特币闪电网络（2020年第7期）介绍了闪电网络支付渠道的实施。可撤销顺序到期合同RSMC（可撤销顺序到期合同）是确保资金转账不会被渠道中的另一方操纵的重要组成部分。RSMC规定了渠道中的交易规则以及从主链中提取资金的方式。用户可以随时提取正确的资金。用户在通道中进行每次交易后，双方需要保留一份经对方签字确认的交易证书，并将上一次交易中使用的私钥交给对方，上一次的证书将失效。用户可以使用最新的证书关闭通道，但是在100个区块后进行取款操作，以防止用户使用过期的交易证书取款。如果用户发现取款人有作恶行为，并使用有利的交易记录而不是最新记录，则用户可以在其取款等待期内建立惩罚证书，以取款人的资金。

闪电网络对资本安全的威胁来自撤资过程。有人可能会用错误的交易记录提取现金。资金安全的保障来自于用户可以修改监控链中的错误交易，这要求用户随时在线。用户可以设置了望台，并让了望台代表其进行监控。如果链条出现问题，看守塔可以代表其进行处罚。用户向了望台提供散列信息，因此可以保护隐私。

2、 埃尔图

Eltoo机制还可以确保通道中的最新状态上行链路结算，并确保过时交易被取消。这是一种比RSMC更简洁的状态更新机制。Eltoo将早期的通道状态替换为新的通道状态，这样可以实现安全性而无需惩罚机制。通过eltoo协议进行交易后，需要双方签字确认，输出可用于后续交易或网上结算。新交易的构建采用上一步的输出，因此上一步的结算交易将自动作废，因为系统中不会出现双花。

图4：圆圈表示输出事务

Eltoo通过更新交易以形成交易链使早期结算交易失效。用户可以使用Sigash_uunoInput跳过中间事务，并可以将最新事务与合同创建状态连接起来，而无需保存整个链。Eltoo可以与RSMC兼容，可以作为更通用的Layer2方案使用，但没有团队计划使用Eltoo来取代RSMC。

（二）跨通道路由与隐私方面

1.从HTLC到PTLC的过渡

闪电网络的渠道需要在交易双方之间建立，但在所有从事链外交易的用户之间建立渠道是不现实的。此外，每个渠道的建立都需要预存资金，这将影响流动性。闪电网络可以通过哈希时间锁定契约（HTLC）实现跨通道交易，该契约在不久的将来将被点时间锁定契约（PTLC）所取代。PTLC取消了HTLC中哈希的使用，并保护了交易的隐私和安全。

HTLC通过时间锁和哈希锁实现跨通道事务和原子事务。两个端到端信道涉及三个节点：发送方和中间节点的信道，以及中间节点和接收方的信道。对于中间节点，两个通道相互独立，分别对应入站资金和出站资金。资金不在中间节点转账。当建立跨通道事务时，接收方将告诉发送方原始图像r的散列值为h＝散列（r）。发送方向中间节点发送h，并要求中间节点在传输之前的时间T内发送正确的原始图像r，而中间节点要求接收方在传输之前的时间T内发送原始图像r，其中TT.只有当满足时间锁和哈希锁要求时，才能建立整个事务，即接收方在时间T向中间节点发送原始图像。如果事务失败，它不会给任何人造成损失，原子事务就实现了。

图5：通过HTLC付款

如果事务需要通过多个节点和通道，原理同上，但中间节点的数量会增加。HTLC的问题来自于链中的所有节点都需要知道原始图像r的散列值h，因此节点可以判断它们属于同一路径。这两个中间节点可以绕过其他节点传输原始图像r，从而获得因其他节点而产生的费用收入，同时也会导致其他节点的资金锁定和停滞，称为虫洞攻击。

PTLC技术的理念与HTLC类似。标量和支付点替换原始图像和哈希值的设置。后续节点需要不同的随机数，因此很难识别特定路径上的节点。HTLC中的接收方生成原始图像r的散列值并将其提供给发送方，而PTLC采用类似的公钥-私钥方法。私钥a可以通过单向函数转换为公钥a＝Ag，其中G是椭圆曲线上的点。通过PTLC跨信道的具体过程如下：接收方告知发送方ZG，发送方生成两个随机数x和y告知接收方。PTLC保留时间锁定的设置。发送方告知中间节点Y和（x+Z+Y）g的值，并要求中间节点在时间t发送（x+Z）g的原始图像（x+Z）。中间节点将要求接收器在时间t发送（x+Z+y）。要成功完成事务，中间节点需要计算X+Z的值，发送方需要计算Z的值。

图6：通过PTLC付款

要在整个网络中实现PTLC，需要支持足够多的节点，最好支持相同的PTLC协议。因此，PTLC尚未正式启动。

2.路由

闪电网络使用洋葱路由和源路由到达事务。洋葱路由可以保护用户隐私，确保事务的发起方和接收方在事务路径中不被知道，只有前后节点连接到自己，不能推出整个路径。跨节点交易的中间节点将收取一定的手续费，这取决于链上的费用和用户转账的金额。源路由是源节点计算整个支付路径的一种方式。因此，源节点需要下载完整的公共支付渠道列表，并进行大量数据计算。路由的改进可以帮助用户快速达成交易。

PBMC（probability based task control，基于概率的任务控制）可以辅助路由，通过多次事务了解每个节点成功路由的概率，从而了解整个网络。蹦床支付就是在这种模式下减少用户支付的计算资源。事务移交给蹦床节点后，该节点可以自动找到事务的路径。虽然这种方法提高了效率，但在这种情况下，蹦床节点知道最终收款人的地址。为了防止隐私泄露，交易可以通过多次蹦床支付达成，这使得节点不确定真正的最终接收者。集中式集线器的形式也将大大提高路由成功的概率，但这种情况将使网络更加集中，并且可能出现单点故障。

（三）流动性方面

1、 环路

在现实生活中，闪电网络渠道中的资金不是双向流动的。例如，作为消费者，他们经常充当闪电网络渠道中的转让人，企业将始终获得资金。从长远来看，转让方将面临流动性枯竭，此时只能关闭渠道。Loop是一个用于海底交换的应用程序。在不关闭渠道的情况下，实现渠道内用户与主链之间的交易。loop的目的是调整渠道中的资金余额，使资金在主链和渠道中单向流动，降低渠道切换的操作和成本。

循环分为循环输入和循环输出。Loop-in服务可以帮助用户为闪电网络钱包充值，并从链中转账。对于收款的商家和服务提供商，他们可以直接将资金转移到链上的目的地，如交易平台或冷钱包地址。循环可以循环使用通道。充值和现金提取收费，从0.05%到1%不等。

2.多路径支付

在进行交易时，特别是通过多渠道交易时，需要在每个渠道中存储足够的资金，否则交易将失败。交易金额越大，失败的可能性越高。因此，可以通过多路径支付来解决。一笔交易可分为多笔较小的交易，并支付给接收方。多径支付可以通过原子多径支付和简单多径支付来实现。原子多路径支付意味着只有当所有小额支付成功时，交易对手才能收到完整的支付；如果一些小额支付失败，整个交易将失败，资金将退还给付款人。简单多路径支付没有此功能。所有拆分交易在支付期间使用相同的哈希和原始图像。此方法对协议的更改较少，因此它在原子多路径事务之前实现。

3.闪光电池

闪存电池用于增加闪电网络中的流动性，并允许节点运营商之间买卖流动性。需要流动性的一方应向拥有资金的一方付款，以便后者能够向前者的渠道注入流动性，后者拥有对资金的控制权。这是一种非托管点对点模式。闪光电池将根据预期付款和预期收入匹配流动性需求方和提供方。此表单与DeFi的点对点非托管模式有些类似。因此，闪光电池被视为闪电网络中的金融产品。闪光电池是通过打开一个多符号通道来实现的。该通道的使用方式与普通闪电网络通道相同，但要求至少打开2016个区块。在此期间，出售流动性的一方不能关闭渠道。

四、闪电网络的未来发展预测

雷电网络在扩大使用规模时，将受到内部和外部两方面的影响。首先，闪电网络作为比特币的补充，主要用于支付场景。但比特币本身的波动性使其难以用作支付工具。事实上，几乎没有任何商品是用比特币定价的。其次，雷电网络存在的问题影响了其安全性和可用性。可用性问题源于无法交易，主要是当渠道中没有足够的资本储备或路由失败时。除了改善这些问题外，扩大应用范围也是下一步的发展方向。

在闪电在线支付方面，萨尔瓦多迈出了重要的一步。政府规定比特币为国家法定货币。如果满足接收条件，拒绝使用比特币交易的萨尔瓦多企业将面临处罚。萨尔瓦多居民使用闪电网络的频率更高，闪电网络的规模数据也证实了这一点。闪电网络可以改善基础设施，例如，商家可以在收款的同时兑换法定货币或稳定币。雷电网络技术已被反复采用。未来的技术发展将侧重于保护资本安全、用户隐私和提高比特币利用率。

闪电网络需要开发吸引用户的应用程序。除了支付之外，闪电网络还适用于实时通信应用。它以加密的方式发送信息，不仅保护信息传输路径，而且保护信息内容。然而，由于闪电网络的可编程性差，且大多数应用与增加生态流动性有关，因此闪电网络的金融应用lifi难以扩大其影响。以闪电网络为主的交易应用以闪电网络为交互工具，或将闪电网络中的资金用作存款等，不能引入新的加密资产。

五、思考与总结

尽管关于比特币存在诸多争议，但没有人否认比特币作为点对点传输的作用，而效率一直是制约比特币发展的重要因素，因此闪电网络应运而生。闪电网络将资金转移到多签名地址，并离线进行交易，以减少链上资源的使用。闪电网络一直在进行技术迭代，如eltoo和PTLC对RSMC和HTLC的改进，以及环路、闪存电池和其他应用，以提高信道移动性。萨尔瓦多采用比特币作为法定货币将带来大量闪电网络使用场景。

由于比特币和以太坊的定位不同，Layer2网络的发展方向和模式也不同。根据公链上其他两层网络的经验，闪电网络未来将朝两个方向发展：一是提高可用性和用户体验；二是进行更多的可编程实验，增加应用范围和场景。