无声经典defi闪电网的现状如何？了解其技术应用、发展和面临的挑战

除了高频小额比特币支付外，闪电网还可用于数据传输和比特币衍生品。

原文标题：钱百钧著《长鸣闪电网》

闪电网络是比特币的一种链外支付协议，旨在解决比特币的可扩展性问题。虽然闪电网尚处于发展初期，但链下支付和“净抵消”的概念有助于提高比特币的交易效率，降低交易成本，在一定程度上强化比特币作为交易媒介的属性。

本文将分为三个部分。第一部分介绍了雷电网络的市场情况，第二部分分析了雷电网络的**技术应用，第三部分讨论了雷电网络的未来发展和瓶颈。

雷电网络简介

节点数、信道数和BTC负载

2020年以来，雷电网节点数、BTC承载能力、信道数较2019年略有增加。根据比特币可视化数据，目前闪电网络节点数为6069个。2020年节点数持续增长，自2020年1月以来增长23%。自2020年以来，闪电网络频道的数量没有太大变化，到2020年8月23日增加了6%。目前，闪电网信道数为33174个。BTC的承载能力从2020年1月的853.98上升到2020年8月23日的1023.17，增长了20%。

图1:lightning网络信道数（左）与lightning网络节点数（右）的关系

值得注意的是，过去比特币价格与比特币承载能力之间存在极强的负相关关系。当比特币价格处于较低水平时，投资者的比特币被困在二级市场，无法变现。闪电网络频道成为投资者的比特币存放地，当比特币价格上涨时，投资者会选择在二级市场兑现比特币，闪电网比特币的承载能力下降。然而，下图显示，从2020年开始，闪电网比特币承载能力与比特币价格之间的关系已经断开。无论货币价格涨跌，闪电网的比特币承载能力都将稳步增长。

图2：比特币美元价格（左）和比特币承载能力（右）

应用

Lightning网络应用尚处于开发初期，但其即时性和低手续费吸引了支持闪电支付的应用，包括钱包、游戏、购物、加密资产交换、餐饮、即时通讯等，支持闪电在线支付的商户有387家，自2020年以来增长了17%。市场上有30个加密钱包支持闪电在线支付。例如，7月初，传统加密钱包electrum宣布推出新版本，以支持闪电网络、望塔和潜艇交换。

图3：支持闪电在线支付的商户增长

雷电网络技术的发展

目前，闪电网被认为是一个去中心化的、无证的比特币链支付网络。其主要功能如下：一是提高比特币网络的可扩展性。闪电网设计RC和HTLC机制，提供在链下进行点对点小交易的能力，不仅缓解了比特币链的压力，也为用户提供了便捷的支付方式。第二，减少交易时间和资金成本。在闪电网的点对点交易模式下，双方只需签署双方认可的交易协议即可提交，双方在线时即可实时达成协议。频道的持续时间不受限制。用户可以在频道中反复交易，然后将资金下拨情况广播给主链，确认交易后的资金下拨。闪电网的路由费用很低，约占主链交易费用的1%-20%。第三，拓展比特币生态系统。比特币生态还不能像以太坊那样发展去中心化的应用生态，应用场景总是局限于支付和价值存储。闪电网络可以为比特币生态的扩张贡献更多样化的应用场景，为比特币生态的扩张创造一个良性循环。

去年，开发者社区推出了许多lightning网络扩展技术和相关服务，以解决应用难题，包括望塔、海底交换、原子多径支付和中微子协议。这不仅解决了数据隐私问题，而且提高了可用性。2020，雷电网络有三个技术和应用进展：节点认证、数据传输网络和比特币衍生品，这为上层应用开发奠定了基础。

节点身份验证

提高闪电网络支付稳定性的一个重要因素是节点身份认证。当一个节点创建支付渠道时，用户可以看到该节点过去的相关信息，与现实世界中的节点身份完全脱钩，节点不需要信任第三方来管理身份。以传统平台为例，用户在进行网上支付或访问网站时，往往需要提交电子邮件、信用卡信息、账户密码等多项个人数据，相当于被迫承担数据泄露的风险。闪电网络上的身份具有自主性，可以随意进出。开发人员可以在平台上开发有利可图的工具和应用程序，而无需提供个人信息。

目前，lightning网络采用两种方式进行节点身份认证。首先，公布信用评分。Lightning network根据各种公共变量（节点运行时间、服务费用、信道质量、信道质量等）计算路由节点的信誉度得分。这个分数允许闪电用户参考并分配他们的流动性，以实现利润**化。第二，闪电网络认证协议（LSAT）。LSAT是lightning实验室推出的一种身份认证协议，具有在线身份认证和支付回执功能。这些收据被称为杏仁饼，是API认证标准。当用户试图访问需要付费的资源时，LSAT通过HTTP提供服务并提供lightning网络收据。用户无需输入用户名和密码，即可通过lightning网络支付收据后享受服务。同时，收据经过加密和验证，服务企业或平台将不知道付款人的真实身份，为最终用户提供更多隐私。

与传统的HTTP身份验证相比，LSAT有几个优点：第一，良好的灵活性。除了设置具有到期日的访问权限外，用户还可以通过衡量支付来购买服务。用户还可以分割并出售自己的LSAT，或者授权其他节点使用。LSAT是介于订阅系统和一次性支付系统之间的一种定价模，它更灵活、更合理。第二，可持续性。如果HTTP网络使用LSAT作为用户登录的API接口，用户可以通过lightning网络进行支付，并使用LSAT作为支付凭证在网络上购买电子书内容或视频。用户以后只需登录到服务器并重新检索，而不必在本地下载或再次购买。通过LSAT，服务器可以知道产品是否已传输到其他节点。LSAT将成为服务提供商的重要基础设施，传统互联网服务的定价模式和支付逻辑将发生创新性变化。同时，LSAT可能会对现有的数据服务所有权分割支付方式产生长期影响，这些资金流将通过闪电网实现，有利于闪电网生态的扩张。

数据传输

lightning网络路由结构有三个特点：第一，lightning网络采用洋葱路由来保护交易数据传输过程中双方的隐私。洋葱路由的基本逻辑是利用多个节点发送消息，通过密码学，每个节点只能获得局部信息，而不能获得全局信息。其次，lightning网络有一个由节点组成的路由环路，可以进行支付和数据传输。第三，闪电网的版本将在2020年更新。Lightning network允许用户将一定数量的数据附加到支付上，并且可以使用keysend支付。节点可以在不为每个事务生成发票的情况下完成收集。基于以上三点，我们可以发现，闪电网络不仅可以进行高频、小额的比特币支付，而且具有发展数据网络的潜力。目前，闪电网络数据传输技术还处于起步阶段，开发者对用户发送内容的大小和形式都有限制。为了斯芬克斯聊天室例如，用户只能上传不超过30MB的文本或多媒体内容。

传统的消息传递是通过加密的方式从双方组织传递给加密的消息。除了第三方组织的可信度问题，还有单点失败的风险。闪电网络作为一个数据传输平台有三个优势：第一，隐私。Lightning network通过隐藏传输信息（路由长度或节点标识等）来保护网络免受中继节点攻击。第二，去中心化。闪电网络信息的传输由数千个节点执行。用户可以通过直接通道与接收者发送消息，而无需任何中介。第三，闪电网络具有激励机制。激励机制在很大程度上是生态维护的关键。闪电网络节点默认中继节点可以向用户收取费用，维持生态扩张。

闪电网络上的通信应用正在逐步实现，如whatsat斯芬克斯。聊天震撼钱包和神像。传统的中心化式组织Telegram或WhatsApp证明了从通信市场向小额支付市场发展的可行性。它利用社区网络通讯软件建立货币网络效应。lightning network是利用比特币的全球通用性开发一个开放、可互操作和高保密性的通信数据层的尝试。

比特币衍生品

Defi产品和协议是通过将金融交互规则编码到不需要许可证的区块链中来实现的。因此，目前几乎所有的DeFi项目都是使用智能合约功能在以太坊上开发的。虽然比特币是加密市场流动性最强的加密货币，但其主链并不支持智能合约，因此很难拓展其金融衍生品的生态。目前，比特币实现去中心化金融有三种方式：一是利用去中心化交易所的链上托管和跨链原子交换功能，提供去中心化金融服务。第二，代币通过侧链发行，比特币在两个方向锚定。三是利用比特币主链搭建中间层通道，如闪电网。许多闪电网络的开发团队正在尝试创建与实物资产挂钩的比特币衍生品。将比特币衍生品在线接入闪电网络的方法是离散日志合约（DLC），这是由麻省理工学院数字货币项目提出的。DLC是将外部信息引入比特币网络的一种方式，它可以将类似智能合约的功能与闪电网络相结合。DLC的实施有三个步骤：第一，双方就下注内容达成一致，并将一笔押注资金抵押给支付渠道，资金由2/2方签字锁定。然后，双方在链下发起交易，由对方签字，说明双方获得下注金额的条件。条件是否成立由预言家决定。**，预言机广播结果，如果条件是真的，交易方可以完成签名并取回资金关闭频道。

DLC有几个优点：第一，灵活性高。借助DLC和lightning network，这些衍生品合约和预测市场可以基于比特币创建。其次，DLC使用Schnorr签名隐藏预言机的合同细节，保证预言机不改变合同输出，保证用户的隐私。第三，它具有很强的可扩展性，大部分交易数据不需要存储在比特币的主链中。然而，DLC与lightning网络结合的实现存在许多缺陷，而关键在于预言机的可信度。预言机涉及现实世界信息和区块链之间的联系。如果外部信息以未经审查的方式进入，就会出现真实数据不可信的问题。然而，如果预言机机器被委托给第三方，抵抗审查的能力是有限的。另外，闪电网目前还没有经过一次认真的安全测试，通道安全能否承载大量资金尚不得而知。

雷电网络应用的发展与瓶颈

应用程序开发

随着雷电网络节点和信道数量的不断增加，2020年以来雷电网络的应用取得了长足的进步。加密货币交易所Bitfinex宣布支持闪电网的现金进出业务，多家flash在线钱包与商家的合作也取得了进展。

在闪电网传统的支付功能中，支付效率高、服务费用低的特点为用户提供了更加友好的比特币购物体验。许多在线企业已经开始支持闪电在线支付，比如BitRefill支付公司还有coinmall。此外，传统电子商务也开始支持基于Lightning network的电子商务平台，如nanopos、Amazon、Starbucks等。在Lightning网络游戏中，donnerlab发布了一款在线射击游戏，玩家可以通过投掷物品、杀死其他玩家的奖金等任务来收集比特币。游戏的后端完全运行在闪电网络上，游戏相当娱乐。未来，闪电网有可能成为游戏运营的平台，并以比特币作为激励工具，实现整个游戏生态。此外，还有很多其他的应用活跃在lightning网络上，比如小费支付、广告，甚至还有一些嵌入式硬件的实验。

瓶颈

虽然闪电网络的应用不断进步，但仍有三个瓶颈需要克服。

节点与资本中心化度

由于lightning网络交换机信道的设计成本，用户多开一个信道就会有更多的交换信道费用，而且每个节点的服务是高度同质的，区别主要是其他节点连接的数量。因此，用户倾向于找到一个与其他节点有更多连接的节点，这不仅使得交易更容易成功，而且需要更低的信道费用。从经济角度来看，中心化式超级节点是用户的理想选择。然而，超级节点也导致了资金中心化的问题。据统计，2018-2019年闪电网资金分布不均衡：10%的节点承载80%的资金，50%的节点持有99%的资金。中心化式节点还可以缩短路由路径，提高交易效率，但也会导致隐私和单点故障。

网络安全与稳定

闪电网络节点通过多个端到端的支付通道连接形成支付路径，并通过哈希时间锁定契约（HTLC）进行有条件支付。HTLC允许参与者通过不可信的中间节点进行支付，以确保没有一个节点会偷钱。如果中间节点试图盗取资金，另一方可以在有限的时间内将交易广播到区块链以索取资金。

攻击者可以通过创建源节点和目标节点（交易双方）从中间节点窃取资金。假设Bob设置了两个节点，意图从中间节点窃取Carol资金。Bob将向Carol提供原始图像r以获得Carol资金。另外，当Carol向Bob设置的源节点提供r并试图获取资金时，Bob会直接关闭频道并拒绝交易，迫使Carol在一定时间内将交易广播到区块链请求资金。当Bob同时攻击多条路径时，大量中间节点会向比特币主链索要资金，区块链会出现拥塞。Bob可以利用区块链拥塞来窃取截止日期前未收集到的资金来完成攻击。希伯来大学工程与计算机科学学院副教授阿维夫·佐哈尔（Aviv Zohar）模拟说，即使区块内所有可用空间都分配给受害者的拥塞交易，攻击者也可以通过同时发起85个通道攻击，成功地窃取钱财。

图4:HTLC攻击示意图

另外，通过闪电网支付的成功率会随着金额的增加而逐渐下降。平均支付成功率只有50%左右，稳定性不高。

路由可扩展性

Lightning网络实现了洋葱路由以获得高隐私性。在洋葱路由中，每个节点只知道两个节点前后的地址，因此不可能恢复整个链或确定收款人的身份。中间方只在需要知道信息的基础上传递信息。实际中的问题是，不可能知道哪个节点在线，哪个节点可以连接到目标用户。一旦中间节点发送失败，发起事务的用户不仅要重新发送事务，还要从起始节点重新计算发送速率，造成时间浪费和用户体验下降。当网络规模不断扩大时，如何实时更新整个网络节点的连接信息和支付信息将成为一大挑战，而路径均衡分配的选择将带来可扩展性问题，制约着闪电网络的发展。

从技术角度来看，雷电网络的设计和实现还处于比较早期的阶段。今年发布的新版本C-闪电还支持大渠道支付，取消了0.16个BTCS的支付上限，为未来雷电网络的金融应用提供了坚实的基础。未来技术发展的重点将中心化在支付网络的稳定性、隐私性和可用性上，并逐步向主流金融业和企业应用发展。