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比特币

利用闪电网络来解决比特币扩容问题的实现原理

本文发表于: 2018-11-05 01:03

当我们总结近几年火速窜红的名词时,「比特币」绝对榜上有名,甚至说比特币排名第二没人敢说第一也不为过。比特币仿佛与流行划上等号,不仅 IT产业、金融业、医疗业甚至是娱乐产业都想搭上这波顺风车。但在这爆炸性成功的背后,也衍生出一些亟待解决的问题。今天就让我们回归比特币的本质,一起来探讨比特币扩容问题与解决方法。本文适合的人群是对比特币区块链有一定基础的初学者。




比特币概念与扩容问题


比特币是由中本聪(Satoshi Nakamoto)于2008年提出,它包含比特币(BTC)数位货币和比特币转帐系统两个部分,并在短短的十年间逐渐改变了传统金融产业的生态。比特币其本质就是区块链技术的应用,例如当两个互相不认识的人持有比特币,他们就可以透过比特币区块链机制互相转帐给对方,在这过程中不需要依赖传统的第三方(如:银行、中介……等等)进行验证,且交易信息受到哈希加密,从而建立起一套信任制度。这一完善机制的背后付出的代价可不小,区块链的安全性是由一套共识机制所维护的,网路上各节点的矿工基于工作量证明来互相竞争验证交易(本文不加以探讨),竞争成功的矿工可以把自己挖出的区块加到区块链里并赚取费用,此模式需要消耗矿工大量的运算资源。在比特币的世界当中区块的大小上限为1MB,按照每笔交易大小为250KB和每十分钟产生一个区块来计算,比特币每秒最多只能处理7笔交易,与VISA每秒可以处里24,000笔交易量相比,简直有天壤之別。



比特币初期交易量不大用户也没那么多,因此这一速度问题并没有凸显出来。直到2013年比特币价格开始飙高,并且用户数量越来越多,矿工则会优先挑选交易手续费用较高的订单打包至自己正在工作的区块,而用户也为了避免自己的交易被延后处理因此会提高交易手续费,这就最终导致了交易费用相比8年前涨了376倍并且小额交易无法实现。网路拥塞手续费用的上升,比特币的扩容问题也随之浮上台面。




闪电网络介绍


市面上针对区块链扩容问题的解决方案五花八门,例如增加区块大小的限制,从原本的1MB扩大成2MB甚至8MB,也有随时间变化进行区块大小的动态调整,但这些改进方法大都是基于区块容量大小的调整来实现。与这些方法相比,闪电网络则独具一格。闪电网络的概念于2015年由Tadge Dryja和Joseph Poon共同提出,其主要思想是将大量小额交易移至比特币区块链外进行交易,从而实现链下交易的可能。其中的主要核心概念包括:RSMC(Recoverable Sequence Maturity Contract)和HTLC(Hash Timelock Contract)前者解决链下交易的问题,后者解决支付通道的问题。




RSMC


如上图所示,假设Alice 和 Bob双方开启一个支付通道(资金池),他们彼此都存了一些资金进去并由双方签名锁住,同时将信息发布给区块链。在此之后的交易就是由之前存进去的资金进行资金分配,每笔交易都是由双方共同签名确认的,所以当有新的交易时必须同时作废旧的状态,当有一方想要使用里面的资金时时,只要把最终交易结果写到链上,并同时关闭通道。此机制规定只要提交带有双方签名的明细,双方皆有权利关闭通道,假如有一方想要作弊的话另一方只要在一定时间内提交正确的明细,与此同时作弊一方所存入的资金将会归另一方所有。实质上这一交易过程中只有开启通道和关闭通道时需要使用到区块链,而链下交易过程仅需负担极低的交易手续,从而最终实现加快转帐速度并达成小额交易的可能。


HTLC


简单来说就是限时转帐,双方约定转帐方先冻结一笔交易,并给出一个凑值,只要用户能给出与之匹配的值,即代表拥有转帐方授权并能最终完成提现。如下图示:



今天Alice想要转一笔钱给Dave,Alice不需要直接与Dave开启通道,可以通过中间人Bob,首先Dave 先把暗号R进行哈希加密得出H并把H告诉给Alice,此时Alice先与Bob签订合同,规定在一定时间内只要Bob持有R的时候就可以获得这笔钱,所以Bob必须与Dave签订合同得到R,然后Dave就得到Bob的钱而Bob又得到Alice的钱,结果相当于Alice转帐给Dave。


集成这两套机制后,任意两人交易皆可在链下完成,当两个或两个以上的支付通道共同组成一个网络时,闪电网络的力量就会被释放出来,交易将会如闪电般发生。





结语


面对着纷繁变化的世界,人类永远没有停下寻找解决方案的步伐。本文首先带领读者从比特币的概念出发,逐渐揭示了比特币扩容问题的迫切情况,最后重点介绍了利用闪电网络来解决扩容问题的实现原理。毫无疑问,闪电网络为比特币的未来持续发展注入了一剂“强心剂”。

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