闪电网络：比特币的扩容解决方案

比特币 （BTC） 是一种数字货币，其点对点 （P2P） 技术使用户能够以更快的速度和更高的效率参与交易。金融机构以及PayPal和Square等支付巨头逐渐采用比特币和加密货币，这标志着金融服务领域的广泛接受，推动了加密货币的发展，更好地支持其网络。

从本质上讲，这为我们带来了 Lightning Network。Lightning Network 是一种与比特币一起运行的第二层协议，旨在提高速度、多功能性和隐私性，降低成本。

关键要点：

• Lightning Network 于 2018 年上线，是一款 Layer 2 协议，可降低比特币网络上的成本和流量拥堵，从而实现可扩展性。

• Lightning Network 拥有闪电般的处理速度，无需通过中间商，即可在全球范围内实现低成本、快速的去中心化小额支付交易。

• Lightning Network 的最新升级 Taproot Assets 使开发者能够在比特币区块链上发行稳定币和法币和黄金等现实世界资产，从而将比特币升级为多资产网络。

什么是闪电网络？

闪电网络是一种在比特币区块链上运行的第二层协议，用于扩展交易验证。 它可降低比特币网络基层的支出和流量拥堵。凭借即时处理速度，Lightning Network 可在全球范围内促进去中心化微支付交易，无需中间商。

闪电网络于 2015 年首次亮相，是 Thaddeus Dryja 和 Joseph Poon 的心血结晶。两位研究人员在题为“比特币闪电网络”的论文中描述了旨在使用支付渠道运行的链下协议。使用这些渠道，不可信方可以无限期地进行小额交易，而无需向主网增加流量。一年后，Dryja 和 Poon 与其他人共同创立了 Lightning Labs，后者进一步开发了这一概念，并在 2017 年 8 月 SegWit 软叉后于 2018 年 1 月推出了 Lightning Network。

顾名思义，Lightning Network 旨在将交易从链下移除，以几乎自由、即时的方式处理交易。它与比特币的主要网络分开存在，使用其软件和节点与网络进行通信，并在完成交易时进行交易。 

闪电网络旨在减少区块链网络基层的流量，降低区块链成本，并实现各方之间的私人支付渠道。自成立以来，Lightning Network 经历了稳步增长，能够降低手续费并缩短处理时间，因此广受好评。闪电网络也扩展到其他区块链网络，包括莱特币。

即使在当前的熊市条件下，专门从事比特币技术和金融服务的River的数据也显示，闪电网络的普及率大幅飙升。自 2021 年 8 月以来，其产能实现了 1，200% 的惊人增长。截至 2023 年 9 月，已有 279，000 和 111.6 万名月活跃闪电用户。

Lightning Network 最近推出了 Taproot 资产协议，不仅增强了网络的可扩展性，还将比特币转变为多资产网络。 

从本质上讲，Taproot 资产能够直接在比特币区块链上发行稳定币和真实世界资产，例如法币、黄金和政府债券。由于这些交易通过闪电网络在链外进行，因此比特币不会受到这些活动造成的任何潜在拥堵的影响。

闪电网络如何运作？

与比特币网络类似，闪电网络由节点组成。然而，它使用智能合约来处理交易，而无需记录在区块链上。每笔交易只能由交易方私下访问，每个节点使用闪电支付渠道执行支付。闪电支付渠道在交易双方之间创建多签名地址，即可开启。内置功能有助于防止用户作弊或更改频道中包含的任何数据，支付速度仅受其互联网连接的限制。

假设 Alex 希望通过闪电网络向 Kim 支付 BTC。他们可以先将 BTC 锁定在唯一的 2 对 2 多身份码地址中，打开直接闪电通道，使他们能够将私人分类账保持在主链之外，从而发起交易。在链外闪电频道，资金池中的资金分为两方 — Alex 和 Kim 的资金。 

资金池的初始余额为 2 BTC（各 1 BTC）。Alex 在闪电网络上支付 Kim 0.5 BTC，剩下 0.5 BTC。Kim 获得 0.5 BTC，当前余额为 1.5 BTC。通道关闭后，微交易将合并为单个交易，然后验证、处理并添加到链上区块链，其余额将相应更新。

但是，如果 Kim 或 Alex 没有直接渠道，交易将使用一种智能合约 - 哈希锁定时间合约 （HTLC） 传送给 Jack。该合约用于向 Kim 承诺，她将收到 BTC，Jack 必须证明他已向 Kim 支付了商定的金额。作为回报，Jack 执行订单将获得小额手续费。 

比特币的局限性

虽然比特币使用方便，但其局限性导致了对比特币作为货币的采用的谨慎态度。因此，BTC 不被广泛接受，其价值往往会根据需求波动，并内置通货紧缩功能。如果文件丢失或硬盘崩溃，其中所含的钱包也会消失，无法收回丢失的资金。使用 BTC 购买商品时，买家也无法获得保护。 

然而，比特币的最大局限性可能与比特币的速度、成本和可扩展性有关。 

速度

比特币交易经过验证并记录在区块中。每十分钟创建一个新的比特币区块，每个区块包含特定数量的交易。矿工会根据手续费对交易进行优先排序，这意味着您可能会与其他用户竞标，以确保您的交易得到及时处理。也就是说，费率越高，交易处理速度越快。

在交易速度较慢的时期，您预计您的交易会准时处理，但在繁忙的日子或时间内，您可能会等待很长时间，或者在矿工竞相在 Mempool 中完成多笔交易时面临高额费用。

订单成本

与比特币相关的交易费用是支持网络所必需的，但往往会很高，特别是对于较小的交易。 任何希望处理交易的用户都需要在网络拥堵期间支付更高的手续费，因为每个区块只能包含数量有限的交易。传统上，在比特币网络上，挖矿者在铸造新的比特币时将获得补贴，并将交易添加到区块中的手续费。

但是，使用比特币闪电网络产生的费用仅针对以下项目：

• 打开支付渠道

• 关闭支付渠道

只要渠道开放，您就可以进行多笔交易，您支付的唯一费用就是您在打开和关闭渠道时应支付的费用。Lightning Network 可更高效地利用区块空间，从而提高比特币的容量并降低交易成本。

整体可扩展性

比特币的增长能力有限，也就是说，它存在可扩展性问题。比特币区块的大小限制约为 1 MB，每 10 分钟生成一次，处理速度约为每秒 7 次 （TPS）。与以太坊相比，以太坊的处理量几乎翻了一番（在即将到来的 ETH 2.0 过渡到 PoS 共识之前），而 VisaNet 的处理量最高可达 24，000 TPS。

这意味着上限容量限制了链上处理的交易数量，从而限制了数据库的增长。每当交易数量超过限额时，节点将无法跟上限制。从本质上讲，网络被待处理的交易堵塞，这可能会引发手续费竞价战。 

2015 年，扩展性问题首次显现出来，我们推出了多种解决方案，包括增加区块大小。比特币现金 （BCH） 硬分叉发生在 2017 年 8 月，同年，独立见证人 （SegWit） 也作为整体比特币容量问题的潜在解决方案。

了解第 2 层协议

比特币网络的基础层以支持该网络的技术框架以及货币应用为特征。它用于验证和完成交易，但正如已经讨论过的那样，它存在局限性，特别是比特币的容量和成本。第二层协议旨在解决这些局限性。 

第二层（或 Layer 2）协议也称为链外解决方案。其去中心化方式与主区块链非常相似，并提供相同的安全协议，但其主要目的是解决传统区块链技术的可扩展性问题。

在去中心化网络上，全球共识至关重要，所有参与节点均附有完整的交易副本，用于验证。这样可以避免双重支出，而无需依赖中央机构或监管机构。

基层是主（或第 1 层）安全层，用于创建数据的不可变记录。区块链充当基层。第二层协议通过允许链下交易来减少区块链上的数据量。

使用第二层协议，基本计算可以在链外运行，同时交易仍锚定在区块链上。这样可以最大限度地减少存储在基层上的数据量，释放关键资源，同时不影响安全性。换言之，采用第二层协议的区块链更具可用性和可扩展性，因此能够与更大、更集中的系统竞争。

比特币与以太坊：第 2 层协议

比特币和以太坊都推出了第二层协议，以提高速度和可扩展性。在比特币使用闪电网络的同时，以太坊还提供多种二层扩容解决方案，例如乐观的卷积、零知识卷积和等离子链。以太坊的 Layer 2 协议包括 Polygon 和 Arbitrum，旨在通过支持链下计算来解决可扩展性和成本问题。

比特币的 Layer 2 解决方案位于 Lightning Network，该网络使用智能合约实现近乎即时和低成本的交易，以及跨平台的“原子兑换”，用户无需使用交易所即可交易另一种代币。

SegWit 与第二层解决方案

独立见证人或 SegWit 是迄今为止最著名的比特币协议升级。它将交易数据与证人数据有效隔离，因此区块链上的每笔交易由两部分组成： 

• 基础数据：指比特币的移动以及与移动相关的数据。

• 见证人数据：充当签名，本质上证明 BTC 所有者已授权交易。

SegWit 是一种软叉或向后兼容的代码更改，可将交易分成两个部分。它将证人数据（或签名）从原始段移至证人段。 

SegWit 的实现基本上使区块大小翻倍，将其从 1 MB 升级为 2 MB，同时无需对现有代码进行重大更改。尽管 SegWit 不一定能解决可扩展性问题，但它支持 Lightning Network 等 Layer 2 解决方案。

闪电网络如何帮助打击比特币问题

通过将众多微交易整合到一个微交易中，闪电网络可以减少网络流量。将这些微交易从主网络中移除，可确保为更高优先级的大型交易提供充足的空间，并提高处理速度。 

闪电网络还通过链下交易和结算来提高可扩展性。

用户如何从比特币闪电网络中获益？

闪电网络的最大优势在于其速度和可负担性。如上所述，比特币网络的基层费用和等待期可能会令人望而却步。然而，使用闪电网络，您可以以比特币网络无法实现的方式发送和接收小额付款。您可以在关闭渠道并完成单笔交易前多次兑换付款，只需支付一笔费用。 

由于闪电网络作为主网络之上的第二层运行，因此它仍然为用户提供比特币的所有标准安全协议。用户还可以根据自己的需求在网络之间切换，访问比特币网络完成大型交易，然后切换回闪电网络进行微交易。与闪电网络相关的交易属于私人交易，在区块链上进行，仅记录整体结果。

最后，Taproot Assets 的最新升级将比特币技术扩展到更多主流用户，因为法币和黄金等现实世界资产可通过 Taproot Assets 协议发行。

闪电网络对比特币采用的影响

比特币网络上节点和通道的增加使其能够增加比特币交易能力。随着其产能每周不断扩大，越来越多的人采用该技术，因此使其成为比特币生态系统的关键资产。闪电网络或许是解决比特币可扩展性问题的关键方法。 

2021 年，Lightning Network 的比特币交易量超过 1，000，截至 2023 年 10 月 22 日，这一交易量已增至 5，000 BTC 以上。这也意味着比特币网络作为支付系统的可扩展性更高。 

闪电网络和比特币无缝协作，鼓励更多人使用这两种技术。已经使用比特币的用户将自然而然地转向闪电网络，以快速、小额或廉价支付。Lightning Network 提供的灵活性和效率将继续吸引更多用户使用比特币和 Lightning。使用闪电网络和比特币的人数越多，两者在传统交易所的知名度就越高，也就越能成为传统支付方式。

闪电网络的缺点

虽然闪电网络有可能解决比特币的一些问题，但它确实存在一些缺点。 

首先，闪电网络的使用成本不一定低廉。这是因为在任何一方之间进行小额支付之前，用户必须首先在链上充值。此外，交易完成的最终金额也必须记录在比特币链上。 

其次，作为区块链，闪电网络容易受到各种安全风险的影响。一个值得注意的风险是恶意行为者创建多个同时到期的渠道，压倒区块链的容量，然后可能从由于拥堵而无法提币的用户那里窃取资金。

最后，将闪电网络整合到当前的支付系统中也是一个复杂的过程。商家不一定会受到激励，以采用闪电网络，特别是考虑到比特币的波动性。

闪电网络的未来

目前，Lightning Network 系统已锁定超过 1.6 亿美元，用户可使用 Layer 2 解决方案支付商品、服务、应用程序等费用。

虽然它确实有一些局限性，但它为用户提供了更多选择和多功能性。随着人们越来越多地采用它进行闪电般的小额支付，开发者将继续开发兼容的钱包和支持系统，以构建和加强网络。

结语

闪电网络于 2018 年上线，正在迅速改变比特币的面貌。开发人员一直在不懈努力，打造强大的技术，以支持和推广网络，打造用户友好的平台。任何人都可以使用智能手机访问和使用闪电网络，为无缝支付解锁无限可能。Taproot Assets 协议的整合进一步拓展了 Lightning 对比特币及其用户的潜力。随着 Lightning Network 日益普及，比特币生态系统的愿景正在稳步实现。

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