今天的 Cobo 小課堂我們請到了我司技術大牛來為大家分享一項前沿技術——閃電網路。希望讀完這篇文章後，大家能對閃電網路產生的背景、需要解決的問題以及閃電網路實現的基本原理有初步的瞭解。
閃電網路產生的背景
經過 10 年的發展，今天的比特幣已經成為了總市值數千億美元的加密數字貨幣體系。我們已經可以用比特幣購買很多東西了，小到一杯咖啡，大到投資房產，但是隨著使用者數的增長，比特幣網路在承擔高頻支付上的弊端也逐漸暴露出來。
由於最初設計的原因，比特幣網路可支援的交易頻率較低、交易確認成交時間較長，無法支撐起未來高頻率、實時到賬的支付需求。
比特幣網路為了保證交易的正確性和不可篡改性，需要將每筆交易的詳細內容都記錄在區塊中，同時為了控制區塊資料的增長速度，比特幣網路將每個區塊的大小限制在了 1MB，每個區塊的挖礦時間控制在 10 分鐘左右，這樣理想狀況下，比特幣每秒可處理的交易數（TPS）大約為 7 筆。實際上，每秒 3 筆左右的交易頻率就已經把比特幣網路的區塊塞滿了，因此大家經常會遇到比特幣轉賬遲遲無法得到確認的問題。
此外，比特幣網路為了確保交易的不可篡改性，一般需要等待 5-6 個區塊確認後，收款方才認可交易成功，這樣一次交易的確認等待時間就需要 1 個小時左右，使用者體驗極其不好。而且由於待確認的交易數越來越多，比特幣轉賬的手續費也越來越高，目前主網上，為一筆普通轉賬支付的手續費為 0.0001～0.001BTC，幾塊錢到幾十塊塊錢不等。因此，現在的比特幣支付網路已經不太適合於小額交易了。
針對比特幣以上的問題，目前社羣裡已經有不少的擴容方案，例如採用隔離見證能減小每筆交易資料的大小，此外還有大區塊擴容方案，將原先 1MB 的限制提升到 32MB 甚至 128MB，但是這些方案都是治標不治本的，只能將比特幣網路的支付能力提升幾倍，最多也就到幾十筆每秒而已，和 VISA 或者支付寶每秒百萬級的支付頻率比起來，顯得微不足道。
閃電網路正是在這樣的大背景下被提出的，它的目標是使得比特幣網路能支援高頻、實時的交易。
閃電網路的實現原理
閃電網路（Lighting Network）是一個二層協議，就像架在公路上的高架橋，透過一個大型的雙向通道網路來進行多筆支付，無需將每筆交易都記錄到比特幣區塊鏈上。這樣一來，即避免了比特幣交易速率的限制，又能以更低的費用享受到更快的交易速度和更大的容量。
以上圖為例，每個閃電網路使用者就是一個藍色的點，一條閃電網路支付通道就是兩個點之間的一條連線，如果這個連線足夠多，使得每兩個點之間都有一條路徑可達，那就可以實現所有使用者之間的高頻、實時交易了。
1. 建立通道
我們假設使用者 Alice 和使用者 Bob 想使用閃電網路支付方案來進行交易，那麼他們首先要構建一條他們倆之間的閃電網路支付通道，然後各自往一個 2-2 多籤地址發起一筆鏈上交易，存入一部分 BTC，這部分 BTC 相當於保證金。透過這個多籤地址傳送的每一筆交易都需要兩人進行簽名。
如果 Alice 向多籤地址裡存了 1BTC，那麼 Alice 在這個通道里向 Bob 可傳送的最大金額不能超過 1BTC，這樣可以防止交易過程中有作弊行為。
用現實世界的銀行系統舉例，就是 Alice 和 Bob 需要一起去銀行開一個公共賬號，兩人各自往這個公共賬號裡存入一部分錢，兩人和銀行一起簽訂一份合同，約定後續需要兩個人同時簽字的合同才可以操作這個公共賬號。在閃電網路裡，Alice
和 Bob 都無法作弊，一旦有一方作弊，另一方可以獲得支付通道里的所有金額等。
2. 閃電交易
Alice 和 Bob 之間建立了閃電網路支付通道後，就可以用來進行交易了。這些交易需要兩者的數字簽名，並可以透過支付通道實現瞬間到賬。
我們都知道比特幣交易的本質是 UTXO （ Unspent Transaction
Output），每一筆鏈上交易都需要有交易輸入（資金來源），和交易輸出，也就是 UTXO。
在閃電網路的例子裡，Alice 和 Bob 之間透過支付通道發生的很多交易不會出現在鏈上，只是透過公共賬戶餘額分配來顯示。最終只有關閉支付通道的那筆交易才會上鍊，透過這筆交易，我們可以看到最終通道關閉時公共地址中的餘額。
舉個例子，如果 A 和 B 最開始都向公共地址轉入了 1BTC，期間兩人之間發生了很多筆交易，但最後關閉支付通道時 A 的公共地址中只有 0.5BTC，B 有 1.5BTC，那麼上鍊的那筆交易就顯示為 A 向 B 轉賬 0.5BTC。
3. 路由節點
當然，個人使用者無法與每一個建立一條閃電網路通道，截止 2019 年 1 月 19 日，閃電網路共有 2.4 萬條通道。
如果交易節點沒有直連的通道，可藉助路由節點（相當於中介）進行交易，當然這需要給這些“中介”支付一些路由費用。
現在已經有不少人做起了路由節點的生意，希望透過這些節點給閃電網路帶來一些流動性，並可以從中收取一點費用。此外，還有一些電商平臺利用閃電網路提供生活類服務，比如充話費等。
