BSP:深入解读闪电网络:探寻比特币支付通道的前世今生

原文作者:Twitter@EvieEvieXia

原文编辑:Twitter@binary_dao

中本聪在 2009 年创造比特币的时候,就有了关于支付通道的想法,并在 Bitcoin 1.0 中包含了支付通道的代码草稿。之后的几年里,支付通道和闪电网络的实现方案,一直在被比特币社区的极客们推动着向前,其力求实现比特币的初心——搭建点对点的电子现金系统,即便这是一条难而远的道路。

推特创始人 Jack 称,将闪电网络集成到 Twitter 或 BlueSky 中只是时间问题,并在 2021 年宣布 Twitter 可以支持第三方闪电网络打赏服务。近期火热的去中心化社交应用 Damus 内置的比特币闪电网络支付功能,再一次引发了大家对闪电网络的关注。

闪电网络将交易环节放在链下进行,只有最终的交易结果才在链上确认,从而提高比特币网络的交易效率,让用户能够以更低的成本、更快的速度完成支付。

闪电网络的用例包括社交平台打赏支付、跨境汇款、商户支付、转账交易等,能够满足多样化的支付场景需求。

2021 年萨尔瓦多将比特币法币化后,闪电网络的支付数量和金额迅速上升。截止至 2023 年 2 月 8 日,闪电网络一共有 1.6 万个节点,近 7.7 万个支付通道,通道资金约 5356 枚比特币(约合 1.24 亿美金)。

2022 年,闪电网络领域也出现了多笔大额融资,包括a16z、Paradigm在内的顶级机构也参与到了相关项目的投资中。

当然,闪电网络在普及化的路长还存在着许多挑战,如何让用户从心理和行为层面接受用加密货币支付,以及如何基于用户构建起巨大的支付网络,这些都还有很长的一段路要走。但较为乐观的是,闪电网络已经有了不少真实有效的用例,在 Strike、Lightning Labs 等的共建下,随着技术的不断成熟,以及使用场景不断丰富,或许有一天,闪电网络之于比特币,将如同 Visa 之于货币。

央行上海总部:深入推进金融科技创新监管试点:5月12日,央行上海总部发布通知称,下一步将加强对金融科技应用创新试点工程的组织领导,并会同上海市地方金融监管局等单位,深入推进金融科技创新监管试点,提升金融科技支撑能力。中国人民银行于2020年4月26日支持在上海等6市(区)扩大金融科技创新监管试点,这标志着金融科技创新监管工作正式在上海启动,也为加快推进上海金融科技中心建设再添助力。

近年来,人民银行上海总部把大力发展金融科技作为推动上海国际金融中心和科技创新中心联动发展的重要着力点,积极探索设计上海金融科技中心的建设与发展路径,发布了《关于促进金融科技发展 支持上海建设金融科技中心的指导意见》(银总部发〔2019〕67号)。

央行上海总部明确,下一步将以《发展规划》为指引,加强对金融科技应用创新试点工程的组织领导,并会同上海市地方金融监管局等单位,深入推进金融科技创新监管试点,加大试点项目横向交流和成果共享,深化金融市场科技应用,提升金融科技支撑能力,为把上海建设成为与国际金融中心地位相适应的金融科技中心提供有力支撑。(中新经纬APP)[2020/5/12]

闪电网络(Lightning Network)是比特币的 Layer 2 解决方案,在比特币的支付场景中,闪电网络能够帮助用户节省成本,提升效率。

闪电网络最早的概念叫“支付通道”,其设计思路是,使用交易替换的方式更新未确认的交易状态,直至其被广播到比特币网络上为止。中本聪在 2009 年创造比特币的时候,就有了关于支付通道的想法,并在 Bitcoin 1.0 中包含了支付通道的代码草稿,其允许用户在交易被网络确认之前更新交易。在 2013 年,Mike Hearn 在比特币开发邮件组中进一步阐述了中本聪对支付通道的想法。

在后来的几年里,陆续出现了相关的解决方案,但都没有带来太大影响。直到 2015 年 2 月,由 Joseph Poon 和 Thaddeus Dryja 写的白皮书——“The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payment”发布。就此,闪电网络横空出世。

声音 | 中国互金协会副秘书长:我国区块链在金融领域应用总体处于早期尝试向深入探索转变的过渡阶段:金色财经报道,11月20日,“金融进化论:2019新京报金融科技论坛”上,中国互金协会副秘书长杨农表示,当前,我国区块链在金融领域应用,已在供应链金融、金融数据共享和金融信息存证等场景中形成了一些落地案例,总体处于早期尝试向深入探索转变的过渡阶段,且呈现出探索性应用数量较多、参与主体较为多元、底层技术原创有待加强等特点。同时,区块链在我国金融领域的应用探索也面临着如下几个方面的挑战:技术层面仍难以兼顾部分金融应用场景对安全、功能和性能的要求;研发层面自主创新有待加强,对国外开源程序的广泛应用可能导致技术依赖风险;业务层面部分金融应用环节尚存在模糊地带,部分机构在开展区块链应用创新时缺少权威的第三方评估意见作为参考;治理层面存在法律规制困难,如链上资产和智能合约等方面的法律有效性界定不清晰。[2019/11/22]

闪电网络的支付信道网状路由

2015 年 12 月,Gregory Maxwell 在比特币开发者邮件中提出了一份扩展方案路线图,其中突出地包括了闪电网络。该路线图获得了比特币技术社区大部分人的支持,并在 Bitcoin Core 项目中实施。这一下,就激发了大家对闪电网络的期待。随之,带着满腔热情的开发者们构建了闪电网络的协议栈——BOLT。基于这个标准,闪电网络能够兼容比特币、莱特币(或其他类比特币的 Token)。

2018 年 3 月,Lightning Labs 发布了 beta 版本的闪电网络实现方案,其功能可以支持早期用户使用,这标志着闪电网络发展的一个里程碑。同时 Lightning Labs 宣布获得了 250 万美元的种子轮融资,投资人包括 Twitter 的创始人 Jack Dorsey。之后有关闪电网络的协议和应用逐渐丰富起来,比如 BOLT 协议的加强版——OmniBOLT、可支持比特币闪电网络的支付平台 Cash APP 及 Strike 等等。在 Damus 推出后,闪电网络又一次迎来了新的突破……

动态 | 区块链等技术已经在平安银行多项业务中深入运用:据人民网消息,据统计,平安集团每年都拿出营收的1%来投入科研,基于这样的科技优势,目前,互联网、大数据、区块链、人工智能、物联网等前沿技术,在平安银行的现金管理、互联网支付结算、电子政务、贸易融资等产品和业务中都已有深入运用。此外,区块链的应用降低了银行的管理和运营成本和提高了风险控制能力。以平安银行的供应链应收账款服务平台“SAS”为例,该平台通过区块链技术确认交易的真实性,从而给核心企业上游的中小企业发放贷款。[2018/11/6]

闪电网络的核心思路并不复杂,即将交易环节放在链下进行,只有最终的交易结果才在链上确认,从而提高现有比特币网络的交易效率,其运作方式如下:

交易的双方在首笔交易时建立一个链下的支付通道,本质上就是待交易双方共持的记账本,用于保存交易记录。交易双方在通道中锁入一定数量的资金,然后通过私钥进行签署交易。

闪电网络的运行逻辑,来源:https://www.youtube.com/watch?v=FOT6NqaEtfc

双方之间的资金转移不在链上进行,而是只保存在彼此的账本上,当其中一方或双方决定不再需要该通道的时候,结算的余额再在主网上广播。

但是闪电网络不仅仅只是双方的直接连接,其可以使得大量单条的通道串联起来,从而形成一个相互连接的、广阔的支付网络(如下图)。也就是说,假设 C 和 A 有通道,C 和 B 没有通道,但是 A 和 B 有通道,那么 C 就可以通过 A 间接地来和 B 进行交易,而作为中间商的 A 可以收取路由费用。在闪电网络中,网络会找到最少节点、最少交易费的路径来完成交易。

现场 | 姜海:密码学将随着黎曼猜想等理论研究的深入迎来大发展:金色财经现场报道,今日,2018可信区块链峰会在北京召开。在主题为“区块链安全焦点关注”的区块链安全论坛上,丁牛科技有限公司CEO姜海结合最近黎曼猜想被证明引起了密码学界的高度关注,分析了黎曼猜想与区块链密码安全。他提出,尽管黎曼猜想的证明对于传统密码安全有极大的冲击,但是区块链技术的安全建立在SHA-256、椭圆曲线、算法校验等基础之上,在使用过程中能够极大地抵抗密码攻击。尽管最近有很多的安全事件发生,而其根本原因在于程序的违规操作。未来随着随机发生器、量子计算机以及黎曼几个等基础理论的研究,密码学将会有更大的发展空间。[2018/10/10]

闪电网络运行逻辑,来源:https://www.youtube.com/watch?v=FOT6NqaEtfc

比特币网络当前每秒最多可以执行的交易数量为 7 笔,网络使用的增加可能导致交易确认被延迟,十分不利于用户的支付体验,然而 Visa 每秒可执行的交易数量达数千笔。由于闪电网络支付在通道内的交易都是在链下的,只需智能合约来执行,无需全网确认,所以大大提升了处理效率。从理论上讲,闪电网络每秒可实现的交易数量达百万级别。

闪电网络的 tps 优势对比(来源:Blockstream)

闪电网络可以用单个比特币划分的最小单位"聪"来支付(1 比特币= 1 亿聪),这满足了日常小额支付的需求。

比特币区块空间属于稀缺资源,需要用户之间相互竞价,才能够确保自己的交易及时纳入区块空间。对于矿工而言,肯定会优先纳入手续费更高的交易。如果没有多少用户做交易的话,可以把手续费设置的很低,这样交易可能会纳入到下一个区块,但是如果同时交易的人很多时,就会导致手续费大幅上涨。当前比特币交易手续费在 1.5 美金左右,而在 2021 年市场巅峰时期则突破了 60 美金(如下图)。对于数千美金的交易而言,这点手续费可以在接受范围内,但对于日常的小额支付,如买咖啡,加上手续费的话就很不划算了。Visa 和万事达卡每笔交易会收取 2% ~ 3% 的手续费,而使用闪电网络, 100 美元的交易费不会超过 1 美分。由于极大地降低了交易费用,闪电网络使得用比特币作为日常支付变得经济可行。

动态 | 贵阳青年代表团与立陶宛深入交流区块链人才培养等问题:据贵阳日报消息,日前,贵阳市青年代表团赴白俄罗斯、立陶宛、波兰进行交流访问,在立陶宛期间,代表团考察了维尔纽斯区块链研究中心,双方就开展区块链人才培养、技术合作等进行了深入交流。[2018/9/25]

比特币的交易手续费,数据来源:https://bitinfocharts.com/zh/comparison/bitcoin-transactionfees.html#3y

2021 年萨尔瓦多将比特币法币化后,闪电网络得到了更多的应用,通道中的BTC数量也在快速增长(如下图)。截止至 2023 年 2 月 8 日,闪电网络一共有 1.6 万个节点,近 7.7 万个支付通道,通道资金约 5356 枚比特币(约合 1.24 亿美金)。

闪电网络中的 BTC 数量,数据来源:https://river.com/learn/files/river-lightning-report.pdf

闪电网络通道的集中地主要在美国、加拿大、德国。仅美国的通道数量就占了 30.15% ,而在亚洲,仅新加坡的通道数量占比相对较高(1.644% )。由于闪电网络在亚洲的使用极少,东西方之间对闪电网络存在着认知差。

闪电网络全球的节点及通道情况,图片来源;https://explorer.acinq.co/2.使用场景

在技术逐渐成熟的基础上,支付及社交巨头们在推动着闪电网络的普及。当前闪电网络的使用场景包括:

社交平台支付打赏:近期火热的 Damus 支持了闪电网络支付及打赏功能,用户可选择使用 Strike、Cash App、Blue Wallet 等数十个钱包。

跨境汇款:数字支付平台 Strike 于 2023 年 1 月宣布与 Send Globally 合作,使得美国和菲律宾的用户之间可以通过闪电网络进行快速、安全、低成本的汇款。通过 Send Globally,美元可以转换成比特币,通过闪电网络发送至收款人所在国家的第三方合作伙伴,再转换成当地货币并直接发送到收款人的账户。

商户支付:Strike 和 Shopify、Blackhawk Network、NCR 合作建立了比特币支付系统,该系统允许商家在客户使用加密货币付款后快速接收美元。目前支持该支付系统的商家包括麦当劳、CVS、Walgreens、Whole Foods 和沃尔玛等。

转账交易:Jack Dorsey 领导的支付公司 Block 旗下的支付平台 Cash APP 可支持通过闪电网络发送和接受比特币。

对于普通用户而言,通过支持闪电网络的钱包即可简便地完成充值及支付。以较为常用的非托管钱包 Phoenix 为例,它可以为用户自动创建支付通道。在创建通道时,Phoenix 会收取 1% 以及约 3000 聪的费用,但若使用已有的通道支付,则是免费的。另外,它拥有兑入和兑出功能,用户可以无缝发送和接收链上交易。除了 Phoenix 外,当前支持闪电网络支付的应用还有 Blue Wallet、Muun、Strike、Cash App 等,这些应用近年来也在不断地优化迭代,极大地降低了用户使用闪电网络的门槛。

支持闪电网络的支付方式,图片来源:file:///Users/xiayiwei/Downloads/the-state-of-lightning-volume-2.pdf

2022 年,闪电网络领域也出现了多笔大额融资,包括a16z、Paradigm 在内的顶级机构也参与到了相关项目的投资中:

2022 年 4 月,专注于比特币业务的公司 Lightning Labs 完成 7000 万美元 B 轮融资,Valor Equity Partners 领投。

2022 年 5 月,由 Meta 加密货币主管 David Marcus 创立的比特币闪电网络公司 Lightspark 完成了一轮融资,本轮融资由a16z和 Paradigm 领投。

2022 年 9 月,基于比特币闪电网络建立的加密支付应用 Strike 宣布完成 8000 万美元 B 轮融资。

关于闪电网络的缺陷,网络上有观点认为其节点运行可能走向中心化、通道容量较高时路由可能遇到流动性问题等,但闪电网络还处于非常早期,出现一些问题和不足是非常之正常的,且相关的基础设施和生态都在完善之中,只要闪电网络是有价值和意义,且有真实用户需求的,我们不妨可以多给它一些耐心。当然,从闪电网络的普及方面来看,用户教育确实是个不小的挑战,如何让用户从心理和行为层面接受用加密货币支付,以及如何基于用户构建起巨大的支付网络,这些都还有很长的一段路要走。

总体而言,闪电网络为比特币用于日常支付开辟了新的路径,也为比特币实现“点对点电子现金系统”的初心而努力着。闪电网络从想法提出到 2018 年正式落地,一直在艰难中前行,至今仍处于早期阶段。但较为乐观的是,闪电网络从 2021 年起发展迅速,逐渐在用户群体间形成共识,并扩展了真实有效的用例。

Damus 作为去中心化社交应用,支持了闪电网络,用户可以在应用中进行支付和打赏,通过这种方式或将有效培养用户使用比特币进行小额支付的习惯。另外,Strike、Lightning Labs 等也在持续推进闪电网络的发展。或许有一天,闪电网络之于比特币,将如同 Visa 之于货币。

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