Satashi Nakamoto于2008年10月31日（星期五）向一个加密邮件列表发送了一份关于“一个完全点对点、没有可信第三方的新电子现金系统”的提案。下个星期天，第一个回应（第一次有人公开评论比特币）来了：“我们非常非常需要这样一个系统，”James a。唐纳德：“但我理解你的建议，它似乎没有达到要求的规模。”

10年后的今天，这种批评听起来仍然正确。即使是比特币最热心的传播者也承认，它对于日常的小规模购买毫无价值。不过，闪电网络（Lightning Network）可能会改变这种局面，闪电网络是目前正在进行的最有希望的比特币规模扩张项目之一。

闪电网络

Lightning Labs首席执行官伊丽莎白·斯塔克（Elizabeth Stark）在2017年7月举行的Blockstack峰会上表示，这是对中本电子现金的第一次批评，但她表示相信比特币确实可以扩展。”谈到区块链和去中心化技术，我们基本上又回到了1995年，”她说，指的是互联网收购HTTP和TCP/IP的其他传输和应用层之前的时间。

在比特币区块链最受关注的“第2层”应用程序中，闪电网络是其中之一。lightning最早由Joseph Poon和Tadge，又名Thaddeus Dryja于2015年提出（他们的白皮书的最新版本可在此处获得），三家公司已将lightning开发成一个名为lightning rfc或“BOLTS”的功能规范，每个公司都有自己的实现：lightning Labs有lnd，Blockstream有c-lightning，而且ACINQ有eclair。还有一些非BOTLS实现正在开发中，比如thunder。

闪电网络已经开始运行了，但它还处于非常初级的阶段。真正的比特币是通过Lightning Labs、Blockstream和ACINQ的实现发送和接收的，这三种实现都是互操作的。下面的视频显示，一位aciq工程师几乎是在瞬间通过c-lightning节点将0.000001比特币（约0.01美元）从eclair节点发送到lnd节点：

为了看看这代表了多大程度的改进，我们使用移动钱包应用GreenAddress在比特币区块链上尝试了类似的交易。该应用建议向矿工支付0.00001907 BTC（0.19美元）：1907%的费用。虽然目前还不清楚这笔费用打算在几个街区内确认（我们已经联系GreenAddress了解情况），但答案很可能是六个街区，或者一个小时左右。

不过，我们永远不会知道这一特定交易实际需要多长时间：一条错误消息告诉我们，“低于546 satoshis（0.05美元）的产出被比特币视为不经济的尘埃”。请增加数值。”

Lightning实验室还使用该网络测试了跨链原子交换；这些是不同区块链之间的价值转移，在这里是比特币和莱特币，这可能标志着朝着建立分散式交易所迈出了第一步。

Lightning实现了比特币本身无法实现的小额支付，但现有的实现仍然存在缺陷。斯塔克敦促用户使用比特币的“测试网”（即使用**）来了解闪电，而不是真枪实弹的“主网”。然而，在撰写本文时，大约有价值5万美元的交易是在主网上进行的，一些人因为c-lightning漏洞而赔钱(Blockstream的核心技术工程师克里斯蒂安•德克（Christian Decker）通过电子邮件告诉我，在大多数情况下，资金最终都会被收回。）

那么闪电是如何工作的呢？

闪电是如何工作的

Lightning的解决方案基于双向、非连锁支付渠道。假设艾丽丝和鲍勃经常小额交易。在这种情况下，由于涉及费用和较长的确认时间，链上支付并不实用，因此他们决定开通一个渠道，允许他们来回、即时和免费地发送比特币。

打开频道

为了开通一个频道，Alice、Bob或两者都通过所谓的融资交易（下图中的绿色方框）向一个特殊地址提供一定数量的比特币。假设爱丽丝贡献了1个BTC。她将资金发送到所谓的2/2 multisig地址，这要求Alice和Bob用私钥对任何发送交易进行加密“签名”。正常的事务只需要与发送地址的公钥相对应的（单个）私钥的签名。

重要的是，融资交易尚未签署或向网络广播。

所有图片来源于Poon和Dryja。

接下来，Alice和Bob创建了一个“承诺交易”，将融资交易作为其“父级”：他们使用未确认的1 BTC输出作为“子级”交易的输入，该子级交易将0.5 BTC发送给Alice（输出0），将0.5 BTC发送给Bob（输出1）。如果你**比特币的协议不允许用户在不知道输入签名的情况下签署消费协议，那么这种能力是通过软叉授予的。

然后Alice对输出进行签名，向Bob发送0.5btc；Bob将0.5 BTC发送给Alice，对输出进行签名。然后，双方都签署并广播融资交易，该交易将被提交给比特币区块链（并受制于网络费用和等待时间）。

他们现在有了一个开放的支付渠道，通过这个渠道，他们可以在比特币上来回穿梭，而且不收取任何费用。爱丽丝或鲍勃可以在任何时候关闭它，并要求他们的0.5 BTC每个，或任何更新的余额。

打开一个频道…用英语

除非你已经对闪电网络的内部结构有了相当的了解，否则你可能很难理解“这里的标志，这里的首字母，花这个，广播那个——不，不是那个。”

下面是一个更具概念性的描述。融资交易听起来是这样的：它为渠道提供资金。它还充当了渠道的上限：任何一方最终的融资额都不能超过初始融资额，双方的余额加起来必须达到该数额。融资交易首先创建，但最后广播的原因是，如果它只是在一个步骤中发布到区块链，除了一个简单的普通交易之外，什么都不会完成。闪电并不能让它们更快更便宜。

通过让融资交易保持开放状态，**一个承诺交易（如下文所述，其功能类似于一种智能合约），然后关闭融资交易，lightning会撬开网络中的一种虫洞。它允许你沿着一个单一的、确定的路径来回移动比特币。你使用的是比特币协议，但是绕过了矿工们强加的延迟和费用。

让闪电不可信

假设Bob现在想用他们的开放频道支付Alice 0.1btc。双方只需更新承诺交易——无需向矿商上诉。余额，以前每个0.5 BTC，现在是0.6 BTC给爱丽丝，0.4 BTC给鲍勃。

唯一的问题是，如何安全地做到这一点？因为他们已经为最初的交易交换了签名，鲍勃可以在那笔交易上签字——而不是最近的一笔——然后用0.5 BTC而不是他实际欠的0.4 BTC离开。换言之，根据写作时的价格，他可以从爱丽丝那里偷1000美元左右。答案可能是只与你信任的人开放渠道。但是使用比特币又有什么意义呢？

找到解决这一困境的密码解决方案可以归结为一个目标：不可能签署一个旧的事务并以反映以前状态的方式关闭通道。只要这样做是一种选择，闪电就有双重花费的问题。

记住，Bob签署了承诺事务的一半（下面是commitment Tx 1a），只有Alice可以广播，因为她的签名丢失了。爱丽丝签了另一个（承诺tx1b），然后只有鲍勃才能广播。任何一方都可以这样做并关闭渠道，但使用比特币（有限的）智能合约编写功能，承诺交易的两半输出可能受到不同的限制。具体来说，一个输出可以允许接收者立即使用资金，而另一个输出可以由任何一方通过可撤销的序列到期合同（RSMC）在规定的时间段内取消，例如1000个区块，或者大约一周。

这就是为什么这是有用的。如果鲍勃被证明是狡猾和无原则的，他只能签署和广播承诺Tx 1b（以上），其中支付爱丽丝立即（交付1b）和持有一个星期的资金在可撤销的边缘（可撤销交付1b）。爱丽丝，看到鲍勃试图欺骗她，可以触发撤销和索赔不仅0.1 BTC鲍勃试图偷，但0.4 BTC他本来有权。

换句话说，如果她抓住鲍勃作弊，整个频道都会传到爱丽丝。这是可能的，因为当双方创建一个新的承诺交易（C2a和C2b），承诺实际上不会播放一个旧的承诺交易（C1a或C1b），他们把钱放在他们的嘴里。除了新的承诺交易，它们还创建了一个违约救济交易，其中两个输出（BR1a和BR1b）适用于前一承诺。爱丽丝给鲍勃她的私钥，以完成他一半的违约救济交易，反之亦然。现在，如果双方都试图播放旧交易，交易对手可以利用1000块等待期，在交易之前突然袭击，取得违规方的全部余额。

问题是艾丽丝必须半持续地注意她的频道，以免鲍勃在1000个街区里让她措手不及。Poon和Dryja建议指定某个第三方，当交易对手试图欺诈时，该第三方的职责是触发违约补救交易，即将渠道的所有资金奖励给受害方。这些费用可以从罚款中扣除。

Lightning Labs的联合创始人兼首席技术官Olaoluwa Osuntokun正在开发“望塔”作为这些第三方的执行者。尽管有人担心这些节点可能充当可信的一方，并给网络带来不安全感，但Osuntokun告诉Cointesk，给定的通道只需要一个诚实的监视塔。

此外，正如Blockstream的核心技术工程师Christian Decker在一封电子邮件中指出的那样，欺诈是有风险的。假设你要抢劫的一方至少一周不会报到一次，这是一场重大的赌博，而你渠道中所有资金的损失风险可能足以起到威慑作用。

连接通道

在现实世界中，爱丽丝不想只与鲍勃交易，鲍勃也不想只与爱丽丝交易。双方都有任何数量的交易对手，他们需要支付和获得支付。与每一方开放渠道是不切实际的。即使用户界面被简化到完美的程度，也很少有用户有必要在十几个或更多的开放渠道中使用比特币。

幸运的是他们不必这样做。如上图所示，用户可以通过中间用户的渠道进行支付路由，这样通过六度分离原则，任何人只要有一个或两个开放频道就可以支付。与单一渠道内的交易不同，这些多渠道交易可能会涉及少量费用，以激励节点为渠道提供资金并保持渠道的开放性。洋葱路由是用来伪装浏览器用户的技术，它防止中间节点看到事务所采取的完整路径，从而减轻隐私问题。

这种渠道网络在实践中的效果如何还有待观察，可以想象的是，如果支付必须走太复杂的路线——通过中间渠道的“跳跃”太多——这些用户收取的费用可能会加起来。

闪电能保持分散吗？

这些担忧与批评人士认为闪电网络存在无法克服的缺陷有关。在今天的实施中，一个渠道有一个上限：初始融资交易中比特币的数量限制了渠道中的总金额。

这种情况对资源合理有限的用户施加了一种权衡。他们既可以用大量比特币为渠道提供资金，以确保他们有足够的资金支付他们需要的任何款项，也可以为较小的渠道提供资金，并将比特币用于其他用途(因为支付可以通过链接的渠道进行，一个给定的用户可能不需要打开更多的渠道，也许只需要打开几个。）

这种选择归根结底是在闪电通道内拥有流动性，或者在闪电通道外拥有链上的流动性。如果watchtowers或其他解决方案不能防止由于疏忽而造成的资金损失，那么选择为流动支付渠道提供资金可能是有风险的。另一方面，如果支付渠道变得安全，闪电成为日常使用比特币的主要方式，那么将资金留在渠道中就不会有什么问题。正如德克所说，它们将充当“可充值的借记卡或现金”，而主链则充当储蓄账户。

斯塔克也提出了类似的论点：为闪电频道提供资金可以防止你将比特币用于其他任何事情，除了“一个由多跳连接的潜在多个节点组成的网络将立即接受比特币，”她通过电子邮件写道我们预计闪电频道的资金比链上的比特币更有用，因为它的即时速度和低的费用，”她补充说。

集线器？

但是你会和谁设置这些频道呢？选择Bob作为你的Alice是一个经济决策，而不是密码决策，对闪电网络的批评者来说，显而易见的答案是一种“枢纽”，一个拥有大量资金的节点，使其能够同时与多个政党保持资金充足的开放渠道。

相当于一个链外比特币银行业的发展可能会扰乱比特币爱好者的想法，他们认为这是网络的集中。

斯塔克反驳了这一论点。”她写道：“成千上万的用户为比特币运行完整的节点，我们相信这些用户和其他用户也会在Lightning上运行节点（这更容易，因为你不需要比特币完整的节点，而且与比特币完整的节点不同，你可以从路由中获得少量费用）。”她还指出，她的团队正在研究“拼接，“这将允许使用来自主链的比特币为频道充值。这种能力可以缓解将比特币放入渠道或留在主链之间的权衡，进而降低集线器形成的趋势。

Decker认为，很可能会形成一个“两层网络，拥有大量可靠的节点，充当网络的主干。”然而，他预计这些节点将是商家，而不是仅仅为提供流动渠道而存在的集线器。他认为，向多个用户提供这些频道将非常昂贵，需要集线器收取高昂的费用，使其与其他节点相比缺乏竞争力。

aciq首席执行官皮埃尔•玛丽•帕迪欧（Pierre-Marie Padiou）并不表示知道闪电网络可能会如何发展他通过电子邮件写道：“很难预测集权和分权之间的平衡。”当然会有更大的节点和更小的节点，但到什么程度之前很难判断。”

正确的缩放方式？

Poon和Dryja断言“利用这些小额支付渠道的网络，比特币可以以现代台式计算机的计算能力扩展到每天数十亿笔交易。”也许，但今天肯定不是这样。在编写本文时，打开的主网lightning节点不到1000个。

闪电也不是唯一的缩放方案。一个主要的竞争对手是比特币现金（bitcoin cash），这是一种有争议的比特币硬叉，允许使用更大的块。比特币现金支持者、闪电支持者和各种第三种方式的倡导者之间的辩论，即使是偶尔的反定标器，也很激烈。可能有一个或另一个会脱颖而出，他们会继续共存，或者所有人都会失败。

无论如何，闪电网络是一个很有希望的尝试，以克服自比特币2008年首个周末以来困扰比特币的可扩展性困境。