原文標題：《深度剖析閃電網路》
撰文：談國鵬，ownbit 創始人
閃電網路（lighting network）是比特幣的二層擴容方案，由 joseph poon 和 thaddeus dryja 在 2015 年提出，並在 2016 年撰寫了其白皮書。
起源
閃電網路的起源可以追溯到比特幣白皮書裡的微支付通道。微支付通道是一種單向的閃電網路，因此支持者們認為閃電網路起源於中本聰（satoshi nakamoto）的設計。
隨著比特幣的發展，比特幣網路的兩大弊病逐漸突顯：確認速度慢 和 礦工費用高。
而閃電網路的設計目的就是為了解決上述兩個問題。在閃電網路白皮書釋出兩年後，2018 年，閃電網路實驗室（lightning labs）成立，正式開始將閃電網路推向落地。閃電網路實驗室主要由 blockstream 公司主導，並獲得了眾多知名機構和投資人的投資，其中包括推特的創始人，jack dorsey.
原理
比特幣的白皮書闡述了微支付通道的實現，可以讓雙方之間開啟一個單向的支付通道。其主要的流程如下：
- 建立 2-2 多籤賬戶，並生成存款交易 a；
- 使用 locktime 引數，生成 refund 交易 b；
- 將交易 a 廣播至網路（注意順序，先要拿到 refund 交易，才能廣播 a，為什麼？可以思考下）；
- 下面就是不斷地更新 refund 交易 c、d、e...，新的 refund 交易的 locktime 為 0，因此比 refund 交易 b 擁有更高的優先權；
- 將 refund 交易 n 廣播至網路，通道關閉，兌現比特幣。
原生的比特幣網路不能實現雙向的微支付通道，其主要的原因是交易延展性。交易延展性是指在父交易被簽名之前，可以先簽名子交易（花費尚未完成簽名的父交易的交易）的能力。因為交易在完成簽名前其交易雜湊（txhash）尚未確定，而子交易簽名時需要用到父交易的交易雜湊，因此這是一個矛盾的需求，在原生的比特幣網路下無法實現。
隔離見證（segwit）的啟用解決了這一問題。
在隔離見證環境下，交易雜湊的計算將不包括簽名部分。因此在父交易完成簽名之前，它的交易雜湊已經可以確定，進而實現了先簽名子交易、後簽名父交易的需求。
隔離見證的啟用給閃電網路帶來了可能。具體來說，閃電網路是在隔離見證環境下，利用了 rsmc (revocable sequence maturity contract) （利用 sequence 引數）來實現雙向的微支付通道。
多個微支付通道之間可以互相打通，形成網路。例如 ab 之間開通了閃電網路通道，bc 之間也開通了閃電網路通道，當 a 要給 c 轉賬時，可以利用 b ，形成了 a -> b -> c 之間的通道。從全域性來看這就形成了點對點之間的快速轉賬的通道網路，因此稱為閃電網路。
現狀
閃電網路主網 beta 版於 2018 年 3 月 15 日上線。上線兩年多以來，取得了一定的發展，但是總體資料並不理想。
截止 2020 年 11 月 7 日資料，比特幣閃電網路一共執行著 14,381 個節點（其中 7,411 個節點開通了活躍的通道）。一共開通了 35,043 個通道，並鎖定了 1,030 枚 btc。
比特幣閃電網路鎖定 btc 數量
btc 在閃電網路中的總質押（鎖定）量相當於當前總流通量的 0.0056%。跟閃電網路獲得的關注和期望相比，這一資料顯得尷尬。可以看出閃電網路當前在實際使用中並沒有取得成功。
缺陷
閃電網路在實際使用場景中的遇冷，跟其本身的缺陷密不可分。閃電網路的缺陷可分為設計缺陷和安全漏洞兩大類。
使用閃電網路的前提是開通道和質押。因此它不符合偶發的需求。例如路過一家咖啡店，想用比特幣買一杯咖啡。在你當前和該咖啡店之間沒有通道的情況下（也沒有其他路由），閃電網路就非常不適用。因為如果使用閃電網路，你即將面臨開啟通道、關閉通道兩次操作，而每次通道操作其性質是向比特幣主網路傳送交易，這些都是需要花費手續費的。而不使用閃電網路的情況下，你只需要花費一次手續費。
另外一點的設計缺陷，是我們之前談到的 a -> b -> c 的路由。在這些路由中，最小的一筆通道質押將成為整個路由的瓶頸。例如 ab 之間通道的質押有 10btc，而 bc 通道之間的質押只有 1btc。那麼透過路由 a 向 c 之間最多隻能轉移 1btc，而不是 10btc。
這兩點設計缺陷，已經讓閃電網路在使用場景上大大受限。另外，閃電網路在實際的執行中，頻曝安全漏洞。
在此之前，研究人員 jona harris 和 aviv zohar 發表了一篇名為《洪水與掠奪：閃電網路的系統性攻擊》的論文。該論文闡述了透過同時關閉大量閃電網路通道，進而造成比特幣網路擁堵，以至無法關閉通道，來實現的一種攻擊方式。
此外，在 2020 年 6 月 2 日，antoine riard 和 gleb naumenko 發表了另一篇有關閃電網路漏洞的論文，稱為「時間擴散攻擊」。naumenko 和 riard 披露了有關時間擴散攻擊的一個令人恐懼的事實，報告稱「目前有可能透過使節點僅遮蓋 2 小時就可以竊取所有的通道資金」。
在此問題發生後不久，antoine riard 又討論了另一種易受攻擊的漏洞，稱為「pin 攻擊」（pin 是透過傳送 icmp 包進行網路測速的一個工具）。riard 指出，「當前部署的閃電網路伺服器在 [某些 pin 攻擊] 場景中並不安全。」
除此以外，我們應該看到二層解決方案增加了系統的複雜性，從而導致了更多的安全風險。例如，我們無法從協議層面讓閃電網路可以有效地抵禦 ddos 攻擊。
結語
最近比特幣網路又持續擁堵，使得比特幣對擴容的需求變得更加迫切。然而本被寄予厚望的閃電網路並未能在此時發揮作用。
早在 bch 分叉之前，比特幣社羣對隔離見證和閃電網路就存在大量質疑。期間分成了大區塊擴容方案和閃電網路擴容方案兩派。如今從資料看來，在擴容方面，除隔離見證給比特幣網路帶來了 60%左右的擴容外，由 blockstream 主導的閃電網路方案几乎未起到任何作用。
基於以上種種缺陷，閃電網路並不適用於偶發性需求的交易。而偶發性需求一直都是主要需求，想要全面擴容比特幣，我們唯有期待更加創新的方案。
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