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未(wèi)来闪电(diàn)网络会是什么(me)样子(zǐ)?

2018-5-10 17:07

来源: 巴比特

经过多年(nián)的概念开发,比特币(bì)的闪电网络现已处于测试(shì)阶段。因此,每天都有越来越(yuè)多(duō)的节(jiē)点出现在闪电网络上,越来越多的用户正互相开(kāi)放闪电网络通道,有(yǒu)些(xiē)商家(jiā)甚至开始(shǐ)接受闪(shǎn)电支(zhī)付。

当然,现在仍(réng)处于(yú)闪电网络(luò)的(de)早期阶段。虽然其主要实现、钱包及其他相关应用程序(xù)都可用,但(dàn)其(qí)覆盖支(zhī)付网(wǎng)络(luò)预计将在未(wèi)来几年内从网络架构(gòu)、安全(quán)性和(hé)可用性等方面进行改进。

未来闪电网络会是什么样(yàng)子?


以(yǐ)下是目前正处于开发阶段的一些(xiē)主要(yào)的闪电网络相(xiàng)关项目。

双(shuāng)出资通道(Dual-Funded Channels)

闪(shǎn)电网(wǎng)络由一系列的支(zhī)付通道组成。支付通道存(cún)在于(yú)两两(liǎng)用户(hù)之间,允许资金(jīn)在(zài)他们(men)之间被来(lái)回发送。

但是(shì)在(zài)现在这样的早期发展阶段,支付通道只能由双方中的(de)一方提供资金(jīn)。出资(zī)方必须先向另一方发起交易(打开通道(dào));只有这样另一(yī)方才能在(zài)同一支付通道(已打开(kāi)的(de)通道)中(zhōng)返回款项(xiàng)。

闪电网络白皮书(shū)提出了“双出资通道”(Dual-Funded Channels),Eclair母(mǔ)公司ACINQ现也提出了相关(guān)规(guī)范提案(àn)。顾(gù)名思(sī)义,双出资通道可以让用户双方各自发送比特币到闪电网络通(tōng)道上抵押、合(hé)资开通通道。这将使得闪电网络的应用变得更加灵活,用户随后可以在已(yǐ)开启(qǐ)的(de)通道(dào)上实现即时(shí)支付。

潜交换(huàn)(Submarine Swaps)

为了(le)实现闪电(diàn)支付,用户(hù)必(bì)须预先将(jiāng)资金存入闪电网络通道中(zhōng)。一旦(dàn)资金存入通道,这些(xiē)资(zī)金就不能被发送到常(cháng)规(链上)比特币地址上(除非该频(pín)道一开始就被(bèi)关闭了)。这意(yì)味着闪电网络通道中的比特币与普通钱包中(zhōng)的比特币是不同的,就像支(zhī)票账户(hù)中的资金与储(chǔ)蓄账户中的资(zī)金也是不同(tóng)的。

现在(zài)有一些解决方案(àn)使得用户可(kě)以在(zài)闪电网(wǎng)络与(yǔ)链上间无(wú)缝切换交易。

一(yī)种解决方案是“潜交换”(Submarine Swaps)。这是由Alex Bosworth开发的(由Lightning Labs首席技术官Olaoluwa Osuntokun所构思的),潜交换允许用(yòng)户向(xiàng)闪电网络(luò)中的中间(jiān)商发送通(tōng)道中的比特币(bì);而(ér)该(gāi)中间商会(huì)将相应数量的比特币(bì)发送到常规(链上)比特币地址上。反(fǎn)过来也可以:用户可(kě)以定期在链上支付给中间商比特币;然后该中(zhōng)间人将相应数量的(de)比特币发送到(dào)闪电网络(luò)上的(de)接收(shōu)节点上。

重(chóng)要(yào)的是,这在(zài)潜(qián)交换中是“自动完成的”。使用已经嵌入在(zài)闪电网络中的方(fāng)法(fǎ),闪电(diàn)支(zhī)付和链上支(zhī)付可以被有效地(dì)相互关联起(qǐ)来。这使得中(zhōng)间商无法(fǎ)通过不付款来窃(qiè)取(qǔ)资金。(而通(tōng)过与(yǔ)用户(hù)达成协议,反而可以收(shōu)取少量服务费。)

拼接(jiē)(Splicing)

另(lìng)一种更无缝(féng)的闪电网络交易解决方案(àn)称为“拼接”(Splicing)。实质(zhì)上,拼接可以让用户在现有的闪电通道中“充值”资金,或者从通道(dào)中“取出”资金,同时保持(chí)通(tōng)道畅通。

这个想(xiǎng)法很简单(dān)。任(rèn)何闪(shǎn)电通道都始于开放交易,这就确保了用(yòng)户双方都同意(yì)在通道中转(zhuǎn)移资金。闪电网络通道其余部分由用户间的一系列后(hòu)续交易组成,这些交易通常不(bú)会被传播到比特币(bì)主网上。在通道关(guān)闭之前,通道中的交易资金是不会被转移的(de)。

当(dāng)使用“拼接”(splicing in)时,用(yòng)户可以采用开放交易(yì)(opening transaction),代替(tì)将(jiāng)资金发(fā)到新的(de)包含更多比(bǐ)特币(bì)的替换开(kāi)放交易上。一旦该新交易在(zài)区(qū)块链被上确认,通道就会被充满。在(zài)确认新的(de)开放交(jiāo)易之前,用户双方(fāng)都可以同(tóng)时更新旧通道和新通道,以(yǐ)避免出现“通道故障”。

而(ér)当使用“剪切”(splicing out)时,用户可以使用(yòng)开放(fàng)交易将资金发送(sòng)到常规(链上)地址上,并(bìng)可以使用相同的方法(fǎ)将其中的一部分保留在通道中。通过这种方式,用户可以在闪电网络通道上进行链(liàn)上(shàng)交易。

Eltoo

每次(cì)进行新的(de)付款时(shí),用户之间的闪电通道都会更新以(yǐ)反映它们的总余额(é)。目前用(yòng)来实现这一(yī)目标的方法(fǎ)包括惩罚试图(tú)广播旧余额的用(yòng)户(hù)(可能(néng)是因为旧的余额会(huì)使他们拥有更多(duō)的钱)。欺诈用户可能(néng)会失去他们通道中所有的资(zī)金。

问题在于广播旧余额并不总是(shì)因为人们想尝(cháng)试(shì)作(zuò)弊(bì)。很多情况下(例如(rú),由于(yú)软(ruǎn)件错误或备份出错),用户可能(néng)会意外地广播旧的余额。在这种(zhǒng)情况下,通道资金的彻(chè)底丢失对他们来说是一项相当(dāng)重的惩(chéng)罚。

eltoo是在2018年4月30日首次发布的,由Blockstream的c-lightning开发团队Christian Decker和Rusty Russell以及(jí)Lightning Labs的Osuntokun共(gòng)同(tóng)开发,eltoo通过构建时间(jiān)锁定交易链( a chain of time-locked transactions)来更新(xīn)通(tōng)道,每笔交易花(huā)费都(dōu)会(huì)更新前一笔交易的资金以反映(yìng)最(zuì)新的通道余额(é)。

如果用户广播(bō)了较旧的交易(代表较(jiào)旧的通道余(yú)额),则她的交易对(duì)手就有一些时(shí)间来广播最新的交易(代表最新(xīn)的通道余额)。

像(xiàng)这(zhè)样的(de)解决方案(àn)目前可能奏(zòu)效,但在故障的情况下则是不实际(jì)的。这需要将(jiāng)整(zhěng)个交易链(liàn)广播并记录在比(bǐ)特币区块链中,或多或少地地使闪电网络的(de)目的(de)变得不(bú)明确。因(yīn)此,Decker提出了对比特币协议进行(háng)软分(fèn)叉(chā),以在这些类型(xíng)的(de)交易中引入一(yī)种层(céng)次结构:任何较新的交易都可(kě)以覆盖任何较旧(jiù)的交易,而不要求广播整条链中的所有交易。

如(rú)果这个软叉在(zài)比(bǐ)特币网(wǎng)络上被采用激活,闪电网络用户就可以根据他们的(de)喜(xǐ)好创建(jiàn)闪电(diàn)通道。(像现在这样或(huò)者使用eltoo,取决于他们喜欢用什么)

紧凑型客户端(duān)区(qū)块过滤(Compact Client-Side Block Filtering)

虽(suī)然闪电网(wǎng)络是第二层协议,但(dàn)在安(ān)全性上,比特(tè)币区块链本身(shēn)也(yě)与闪电网络相(xiàng)关。具(jù)体(tǐ)来说,闪电网络用户必(bì)须密切关注区块链,看看特定交易是否被打包。这可能是要消(xiāo)耗大量资源(yuán)的,特别是对于手机(jī)用户。

有一种解(jiě)决方案称作简化支付验证(zhèng)(SPV),这在(zài)比特币白皮书中有所描述。当前的(de)SPV钱包使用称为“Bloom过滤器”(bloom filters)的(de)方(fāng)法来(lái)确定是否(fǒu)有相(xiàng)关交易产生(shēng)。

不幸的是(shì),bloom过滤器在隐私保护上有所欠(qiàn)缺,因为钱(qián)包本质上把用户所(suǒ)有的地址都展示给了(le)比特币网络上的节点。它也(yě)有一些扩容问题和可(kě)用(yòng)性问(wèn)题,因(yīn)为每个单独的SPV钱包都会占用至少一个比特币(bì)全节点的(de)资源。

为(wéi)了(le)解决这些问题,Lightning Labs的Osuntokun和Alex Akselrod以及Coinbase开发者Jim Posen设(shè)计出(chū)一种名为“紧凑(còu)型客(kè)户端区块过滤”(Compact Client-Side Block Filtering)的新解决(jué)方案,他(tā)们正在Neutrino钱(qián)包(bāo)中应用该(gāi)解决方案。

紧凑型客户(hù)端区块过滤(lǜ)技术基本上颠覆了当(dāng)前SPV钱(qián)包使用的方(fāng)法。通过(guò)创建Bloom过滤器并将其发送到众多全节点,接着全节(jiē)点为所有的Neutrino钱包创建过(guò)滤器,从而替代通过钱包请求(qiú)相关交易。然(rán)后Neutrino钱包使用这个过滤器来确(què)定相关交易没有发生(shēng)。这确(què)实是所有用(yòng)户需要知道的(de),以确保他们(men)没有被骗。 (如果(guǒ)过(guò)滤器产生匹(pǐ)配,Neutrino会提取相关的区块,以查(chá)看匹配是否确实涉及确(què)切的交易而不是(shì)误报)

有趣的是(shì),虽然这(zhè)个方法的灵感(gǎn)来自(zì)闪电网络,但它也可以用(yòng)于(yú)普通的轻(qīng)钱(qián)包。

瞭(liǎo)望(wàng)塔(Watchtowers)

为避免被欺骗,闪电网络用户必须跟踪可能与其(qí)相关的潜在链上交易。

虽(suī)然紧凑(còu)型客户端区块过滤会让(ràng)这件事变得更简单,但用户确实(shí)需要偶尔“检查”一下,以确保他(tā)们(men)没有(yǒu)被骗。如果他们忘记(jì)检查,则会产生安全(quán)风险。

“瞭望塔”(Watchtowers)是一种可能的解决方案,这(zhè)可以(yǐ)追溯到闪(shǎn)电(diàn)网络(luò)的白皮书,它由闪电网络白皮书合著者(zhě)和lit开发者Tadge Dryja等人(rén)开发。顾名思义,瞭(liǎo)望塔技术可以让用户将监控区(qū)块链这一任务外包(bāo)给第三方(fāng)。

目前的瞭望塔技术在设计上并非一成不变,但大(dà)致是(shì)这样工作的。无论用(yòng)户何(hé)时更新(xīn)通(tōng)道,都会发送一个(gè)小数据包到瞭望塔。这个数(shù)据(jù)包的(de)第一部分(fèn)是用户应(yīng)注意的(de)交易“提示”(hint),这个提示本身并没有透(tòu)露任何交易内容;用户也(yě)因此不会泄露隐私。

但(dàn)是,如果相关交易出现在(zài)比特(tè)币(bì)区块链中,瞭望塔可(kě)以使用(yòng)该提示(shì)来(lái)识别它。然(rán)后通过区(qū)块(kuài)链(liàn)本身的交易数据,瞭(liǎo)望(wàng)塔可以使(shǐ)用他们收到的数据包(bāo)的第二部分重新构建交易惩罚。该交易(yì)惩罚(fá)会将通道中的所有资金发(fā)送(sòng)给被(bèi)骗的用户(或以eltoo为例,它只广播正确的通道余额(é))。交易惩罚(fá)也可以设计为(wéi)让瞭望塔宣布将(jiāng)部分资金作为(wéi)激励其工作的奖励。

用户(hù)可以将通道监控(kòng)的任务外(wài)包(bāo)给多个瞭望塔。这样即使一个瞭望塔出故障了,另一个也没事,从而将闪电网络的使用风险(xiǎn)限制在可以忽略不计的程(chéng)度。

原(yuán)子(zǐ)多路径支付(Atomic Multi-Path Payments)

使闪电网络成为(wéi)一个网(wǎng)络的原(yuán)因是用户之间(jiān)的支付通道是相互关联的。用户可以通过(guò)闪电网络中(zhōng)的中间商(shāng)进行跨(kuà)通(tōng)道支(zhī)付。

但是,现在单次支付的路由也只能(néng)是(shì)单向的。如(rú)果一个用(yòng)户想要支付5mbtc给(gěi)另一个用户,那么他(tā)不(bú)仅必须(xū)在单通道上有5mBTC,而且该路由上的所有中间商还必须在通道中准(zhǔn)备(bèi)好5mBTC才(cái)能(néng)转发(fā)。支付额越大(dà),出现这种情况的(de)可能性就越小。

原(yuán)子(zǐ)多路径支付(Atomic Multi-Path Payments))可以很好(hǎo)地解决这一(yī)问题(tí)。这一技术最初由Lightning Labs的Osuntokun和Conner Fromknecht提出,想法(fǎ)也(yě)很(hěn)简单:大额付(fù)款可(kě)以(yǐ)被“分割”成(chéng)小部分,这些小部分再通过不同的中(zhōng)间商从付款人转移到收款人手里。

这一解(jiě)决方案面临的挑战是,闪电(diàn)支付可(kě)能会失败(bài),在这(zhè)种情况下(xià)意味着只完成了部分支(zhī)付。然而,部(bù)分支(zhī)付很容易(yì)引起一个比不支(zhī)付(fù)更大的问题:商家对部分支付不满意,而客户也(yě)不乐意花钱购(gòu)买任何东(dōng)西。

解决这个问题的方法是原子(zǐ)多路径支(zhī)付,它使用了哈希(xī)时间(jiān)锁定合约(hash time-locked contracts)进行扩(kuò)展,这(zhè)些合(hé)约已(yǐ)经被闪电网(wǎng)络路由所使用,且通过网络传输加密数(shù)据。使用的(de)是类似于HD钱包(deterministic wallets)所(suǒ)使用的方法(从单一种子生成多个比特币地址),部分支付只能由收款人进(jìn)行(háng)兑换,但(dàn)如果某(mǒu)些加密数(shù)据不通过整(zhěng)个(gè)路(lù)由,那么就(jiù)会支付失败。

原(yuán)子交换(Atomic Swaps)

闪电(diàn)网(wǎng)络(luò)被设计为比(bǐ)特币的(de)扩容层。但是由于许多竞争币是比特币的分叉,因此为这些竞(jìng)争币创建类似的(de)扩容层并不困难。小(xiǎo)型的莱特币闪电网络已经出现(xiàn)了,未(wèi)来可能(néng)还会出现更(gèng)多的闪电网络。

有趣的(de)是,在未(wèi)来这些闪电网络之间并没有被隔(gé)离。

使用被称为“原子(zǐ)交换”(Atomic Swaps)的闪电网络基本构件(首先由Tier Nolan提出,由Lightning Labs的Fromknecht在闪电网(wǎng)络上实现(xiàn)),闪电网络的支付通道(dào)就可(kě)以跨区块链而相连(lián)。换句话说,用户可以用比(bǐ)特币进行跨币种支付(fù),只要网(wǎng)络上有一个节点愿(yuàn)意(yì)进行交换,交换后另一个用(yòng)户就可以收到等值的莱特币。

当(dāng)然,这(zhè)也(yě)意味着用户可以自己(jǐ)进行这样的(de)交换:他(tā)们(men)可以(yǐ)给节点发出比特币(bì)而(ér)收到莱特币。实际上,闪电网络可以建立一个(gè)无需信任(rèn)的加(jiā)密货币交(jiāo)换(huàn)网(wǎng)络。

通道工(gōng)厂(Channel Factories)

闪电网络的主要好处是,它(tā)可以(yǐ)大(dà)大增加比特币交(jiāo)易(yì)的(de)容量上限,而(ér)不(bú)会增(zēng)加对比特币网(wǎng)络的负担。只要用户双方在(zài)他们的通道中都存有资金,他们(men)就可以(yǐ)相互进行无数次转账,而只需要进行两次链上交易:一次是打开支付通道,一(yī)次是(shì)关(guān)闭支付通道。

尽管如此,如(rú)果随着时间推移比(bǐ)特币和(hé)闪电(diàn)网(wǎng)络被广泛采(cǎi)用(yòng),这样的链上交(jiāo)易次数无疑也会增多。

苏黎(lí)世联邦理工学院的研究人员Christian Block(同时(shí)也是(shì)Blockstream的员(yuán)工)和Roger Wattenhofer、Conrad Burchert提(tí)出的“通道工厂(chǎng)”(Channel Factories)也许能进一步降低每个支付(fù)通道所需的链上交易平均次数(shù)。

根(gēn)据Decker和Wattenhofer在2015年(nián)提(tí)出的类(lèi)闪电网络协议(yì),通道(dào)工厂是一种可以供(gòng)多用户使用的支付通道,同时,像其(qí)它(tā)支付通道一样(yàng),通道工厂也需要进行两次(cì)链上交易。 (如果Schnorr签名是(shì)在比特币(bì)上实现的,那么会涉及到很多用户(hù),这些交(jiāo)易结构就可能会变得相当紧凑。)

反过来,通道工厂可以充(chōng)当(dāng)闪电网络的“子(zǐ)通道(dào)”。通道工厂内的使用者们(men)可以互相打开(kāi)和关闭几乎无限量的闪电通道,而无需(xū)进(jìn)行额外的链上交易。通过这(zhè)样做,理论上他们可以将闪电(diàn)网络所需的链(liàn)上交(jiāo)易数量降低(dī)一个(gè)数量级。

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