OIN:閃電網絡的歷史：從頭腦風暴到測試版本（上）_COIN

幾周以前，第一個閃電網絡實現?lnd?已經正式推出beta版。第二個實現?eclair?在上周發布，第三個實現?c-lightning?也快要來了。因此，這個在比特幣上實現便宜和即時支付的覆蓋層網絡，已被大部分其開發者認為可以安全地用在比特幣主網上了：這是這項技術在經年開發之后的一個重大里程碑。

這個故事，說起來可就長了。

第一串火花

閃電網絡在觀念上的起源最早可以追溯到比特幣本身。

閃電網絡用到的第一個概念叫做“支付通道”。而支付通道本質上就是兩個比特幣用戶之間的比特幣余額；而且只需要他們彼此知道就好，其他人既不需要知道，也不需要關心他們相互之間的關系。重要的是，他們彼此的余額無需任何鏈上的比特幣交易就能更新；而且A的余額增加，就意味著B的余額減少同樣的數量。

在他們完成交易，心滿意足之后，他們只需在網絡中廣播一筆交易就可以結算他們的支付通道：這一筆交易會基于他們的通道余額，給雙方分發應得的數額。對于他們雙方來說，這也意味著通道的更新相對更便宜，因為不需要付礦工手續費，而且也更快，因為不需要區塊鏈的確認。

這個觀念，整體上可以說跟中本聰在2009年放出的比特幣軟件一樣早。Bitcoin0.1就包含了一個代碼草稿，是允許用戶在交易被網絡確認之前更新這筆交易的：

比特幣閃電網絡網絡容量突破4500BTC 創歷史新高:金色財經報道，1ML網站數據顯示，比特幣閃電網絡（Lightning Network）的節點數量為17,771個，同比增長0.42%；通道數量為87,205個，同比增長1.7%；網絡容量為4,521.87BTC，同比增長7%。[2022/8/10 12:14:19]

Bitcoin0.1包含的支付通道草稿

雖然這份代碼很粗糙，中本聰后來在跟?bitcoinj?開發者私聊時MikeHearn講了更多支付通道如何工作的細節。

幾年以后，Hearn在比特幣開發郵件組中公開了中本聰對支付通道的解釋：

中本聰對支付通道原理的解釋，曝光自MikeHearn

第一個支付通道

雖然支付通道作為一個概念，可以說與比特幣同樣久遠，中本聰的設計是不夠安全的。更重要的是，支付通道中的一個用戶可以跟礦工合起伙來讓區塊鏈確認一個舊的交易，從而獲得比自己該得的數量更多的比特幣。

閃電網絡節點數量已達18504個:金色財經報道，據1ML.com數據，目前，支撐網絡的節點數量達到18504個，相較30天前數據，環比上漲7.75%；通道數量為40705，相較30天前數據，環比上漲6.5%；閃電網絡承載能力目前為1163.3BTC，約合6485.11萬美元。[2021/3/29 19:24:45]

這個問題的第一個解決方案出現在2011年。Bitcointalk論壇用戶“hashcoin”?構想了一種雙層的支付通道hashcoin，需要用戶交換部分簽名的多簽名事務，以及與這些多簽名事務相互依賴的時間鎖事務。如果一個參與者消失了了，另一方可以在等待一段時間后拿走通道中的所有資金。不過，這一設計的缺陷在于，這種支付通道是單向的。Alice可以給Bob支付任意次，但Bob沒法用同一個通道給Alice支付。

另一個類似于hashcoin的想法在2013年早期浮出水面，而這一次它不再只是想想而已。在這一年的4月份，JeremySpilman在比特幣開發郵件組中描述了一個支付通道的概念。他甚至寫了一份概念驗證代碼。這個設計又由MikeHearn調整過，后來成為BitcoinCore軟件貢獻者、Blockstream?公司聯合創始人和?ChaincodeLabs?開發者的MattCorallo在?2013中段把它從概念變成了?bitcoinj?上可以工作的代碼。

兩位比特幣開發者建議利用UTXO所有權證明解決閃電網絡通道阻塞問題:11月26日，BitMEX發文稱，比特幣核心貢獻者和研究員Gleb Naumenko和開發者Antoine Riardwe已探索出一種新方法可以用來緩解閃電網絡通道干擾。他們建議使用比特幣未花費交易輸出(UTXO)所有權證明（也稱為權益證明）解決閃電網絡通道阻塞問題。UTXO所有權證明可以證明其整體資金歸屬，閃電網絡節點可根據其證明觀察其余額，付款人支付受到該余額的限制，且該規則由路由節點強制執行，防止網絡自由通道阻塞。[2020/11/27 22:17:02]

又過了一年，AlexAkselrod首次提出了雙向的支付通道。Alice可以給Bob支付任意多次，而Bob也可以使用遞減的時間鎖，在同一個通道中給Alice支付——只不過次數是有限的。不過，不像單向的支付通道，這個解決方案從來沒被代碼實現過。

第一個支付網絡概念

在第一個支付通道的概念出現的同一時間，其他人——包括BitcoinCore開發者?PeterTodd?和?GavinAndresen?——也在思考離鏈的支付網絡。如果Alice可以通過鏈下的交易給Bob支付，而Bob可以通過一筆鏈下的交易給Carol支付，那么Alice也應該能通過Bob給Carol支付、無需讓交易上鏈才對。

數據：比特幣閃電網節點數量為14245個:據1ML數據，當前比特幣閃電網絡節點數為14245個，過去30天內增加2.34%；通道數量為35571個，過去30天內下降3.9%；網絡容量達到1040.11個BTC，過去30天內下降6%。[2020/10/25]

CornéPlooy也一直在研究比特幣的支付層，根源于他在?2011年提出的一個初步想法。

?Plooy的支付層層的一個早期圖示，后來成了閃電網絡的前身AmikoPay

在BitcoinCore的開發者和未來Blockstream公司的CTO?GregoryMaxwell，以及Ripple創始人?RyanFugger的建議之下，這個想法?經過?了?多年?的發展，變成了比特幣和原初的Ripple基礎的集合體，并產生出了一個Plooy叫做“AmikoPay”的系統。AmikoPay更早的草稿沒有用到支付通道的，因此需要為這個系統注入信任：如果某個用戶拒絕與另一個用戶結算余額，后者沒有任何辦法。

一個使用了支付通道的早期支付網絡構想由數學家、后來成為?BitcoinemBassyTLV?合伙人的MeniRosenfeld在2012年提出。在Bitcointalk論壇上，Rosenfeld描述了一個由支付處理商替代Bob，服務于Alice和Carol的例子。這個支付處理商，反過來，也跟其他的支付處理商開設了支付通道，所以整個支付通道網絡是一個車輪模型。?

閃電網絡節點數量約為12082個:金色財經報道，據1ML數據顯示，當前比特幣閃電網絡節點數為12082個，過去30天內增加3.94%；通道數量為36256個，過去30天內下降0.1%；網絡容量達到935.38個BTC，過去30天內上升4%。[2020/4/5]

這種解決方案在過去幾年中出現了很多次。例如，BitcoinCore的貢獻者PeterTodd就曾在2014年在比特幣開發者郵件組中提出過這種概念。與此同時，支付處理商?BitPay?也在2015年初公開了一份有關類似的通道內支付方案的白皮書。而一個相似的解決方案也由瑞典的創業公司?Strawpay?實現了出來，叫做?Stroem，就在幾乎同一時間——但這些進展都沒有造成很大影響。

現已倒閉的Strawpay小額支付公司的Logo

一個更早的、建立免信任的支付通道網絡的嘗試，來自AlexAkselrod。他在2013年提出了一個草案，在2014年這份草案轉化為一份概念驗證代碼。Akselrod的解決方案花了很大力氣，在理論上解決了這個問題。但在實踐中，問題依舊。比如說，如果一筆支付在路由過程中失敗了，用戶沒有任何追索權，只有等支付通道的時間鎖解除后資金釋放，而這可能要經歷幾個月的時間。

與此同時，到了2015年，Plooy的AmikoPay已經進化到了可以免信任工作的地步。不過，他的設計需要對比特幣協議進行相對深遠的更改，以至于需要回滾特定類型的交易。雖然在技術上是可以做到的，但這樣對比特幣的更改會不會被接受，并不那么顯然。

這一年的年底，來自蘇黎世聯邦理工學院的研究員、ChristianDecker博士和RogerWattenhofer在他們的白皮書“AFastandScalablePaymentNetworkwithBitcoinDuplexMicroaymentChannels”中提出了另一種覆蓋層網絡設計。他們的解決方案重度依賴于時間鎖來作為通道有效性的“倒計時裝置”，以及一種叫做“無效樹”的密碼學技巧來作廢陳舊的通道交易。

Akselrod的解決方案、AmikoPay后來的草案，還有Duplex小額支付通道都在某些方面類似于閃電網絡，也都可以在不同的假設下正常工作。如果閃電網絡沒有發明，這里的任何一個方案都有可能成為比特幣擴展層的基礎。

但是，歷史沒有如果，閃電網絡橫空出世。

閃電網絡

支付通道和網絡設計演化了多年之后，終于在2015年初集齊了所有的拼圖。

智能合約交易平臺?Mirror?的CTOThaddeus“Tadge”Dryja和JosephPoon一起撰寫了一份名為“TheBitcoinLightningNetwork:ScalableOff-ChainInstantPayments”的白皮書，在2015年的2月首次出版。

事實證明，它扭轉了乾坤。

閃電網絡白皮書提出了多種解決方案，來實現一個完全免信任的支付通道網絡：任何人，只要想欺詐，就要冒著失去自己在通道中所有余額的風險；而且傳遞支付交易的中介也別想偷走一分錢。此外，這個解決方案只需對比特幣協議做相對較少的變更，并且承諾比已經有的其它方案更靈活、對用戶更友好。

這個白皮書所描述的關鍵創新是“Poon-Dryja通道”。跟早期的其它支付通道設計一樣，Poon-Dryja通道也依賴于參與者交換部分簽名且未廣播至全網的交易。但與前輩們不同的是，這種新的通道還需要額外的一步：雙方需要不斷交換秘密數值；這一設計使得通道可以在任意“方向”上更新。Alixe可以給Bob支付任意次，而Bob也可以在同一個通道中給Alice支付任意次。

此外，閃電網絡還利用了?哈希時間鎖合約。這個概念一般認為是TierNolan?提出的，設計初衷是用于跨區塊鏈交易；舉個例子，用于免信任地互換比特幣和萊特幣。在閃電網絡中，這種工具用于把多個支付通道串聯起來。

Poon和Dryja在2015年2月的舊金山比特幣開發者研討會上首次展示了他們的構想。

在這之后的幾個月，整個2015年的春天和夏天，比特幣的擴展問題和區塊大小上限的分歧演變成了公開的爭執。在這種危機氣氛中，人們在2015年底召開了連續兩場大會：9月份召開了?ScalingBitcoinMontreal，10月份是?ScalingBitcoinHongKong。在蒙特利爾，Poon和Dryja?再次登臺演講，并且?Poon?和?Dryja?都在香港作了第二次更深入的演講。

就在香港的大會之后，GregoryMaxwell在比特幣開發者郵件組中提出了一份擴展方案路線圖。這張路線圖突出地包括了閃電網絡。它獲得了比特幣技術社區大部分人的支持，并且變成了BitcoinCore項目在事實上的路線圖。

如果人們原本對閃電網絡的期待還不夠高，這下就完全夠了。

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