闪电网络是一种将小额交易放到比特币区块外进行的交易方式,解决的是比特币交易确认时间过长的问题。比特币区块链网络牺牲了交易确认速度以换取极高的安全性,导致目前处理速度还是约7笔/秒。

闪电网络与区块链的关系,类似银行与支付宝的关系。银行处理交易时需要验证的信息较多,因此安全等级高,但用时较久。而将资金从银行转入支付宝,需要验证的信息相比银行要少一些,并且转账是实时的,非常快捷。当用户将资金从银行转入支付宝时,银行会进行记账。但转入支付宝后的转账银行并不知晓,也不会进行处理,而是由支付宝记录交易信息。当用户不想使用支付宝时可以将资金转回银行,银行再继续对该笔资金进行记账。

闪电网络建立的也是类似支付宝的一种支付通道,只有建立通道和关闭通道时,交易才需要区块链验证记录。这种交易就是所谓的外交易。

闪电网络的运行过程:
1. 建立通道
假设Jim和Bob想通过闪电网络进行交易,首先双方需要下载闪电网络客户端,然后在客户端内生成一个2/2多重签名地址。双方中至少一方要进行一笔上交易,将资金汇入多签地址区块链会记录这个支付通道的设立。假如Jim和Bob都转入了10BTC,账户内就有了20BTC。但系统会识别出,Jim拥有10BTC,Bob拥有10BTC。Jim能转账给Bob的最大金额,仍然是他转入的10BTC,以此避免交易作弊。

2. 闪电交易
每一次交易都可以理解为地址内资金的重新分配,这并不经过区块链
例如Jim想给Bob转1个BTC,Jim会拟一份合同一:请将20个BTC中的11个BTC转给Bob,再将9个转给Jim。Jim和Bob都对合同一签名确认后,BTC持有情况变为Jim:9BTC、Bob:11BTC。
过了一段时间,Bob需要转给Jim3个BTC,那么双方需要在新的交易合同二上进行签字,同时签名废除合同一。此时资金分配情况为Jim:12 BTC、 Bob:8 BTC。

每次交易都会要求双方对新合同进行签名,使新合同生效,并同时签名废除旧合同。从合同一的内容我们可以看出,Jim先发起的转账,但是系统分配资金时,会先分配给Bob,再分配给Jim。也就是说先发起转账的人后收到款,因此这个设定是有防欺诈功能的。如果现在Jim需要给Bob转4个BTC,但是Jim想作弊,于是拿着已经作废的合同一去执行。当系统在分配给Bob 11个BTC时,Bob发现了这一点并提出质疑,证明合同一已经作废,这时Jim还未收到资金,Bob便可以有效保护自己的财产,同时系统会对Jim做出惩罚,将地址内所有资金转给Bob。

3. 关闭通道
假如Jim和Bob认为没有进行闪电交易的需要了,双方可以拟定关闭通道的合同,并规定好地址内资金如何分配。区块链会按照合同关闭通道,并将双方应得的资金转入其填好的提现地址。这种方案是通过RSMC(Recoverable Sequence Maturity Contract)来实现的,RSMC是一种满足一定条件即可撤销的合约。显然这种通道只能在Jim和Bob之间建立,但事实是每一个人都需要跟多个人进行交易。如果按照现有的模式,则需要建立多个通道,交易步骤将变得繁琐。而闪电网络中的哈希时间锁定合约(HTLC:Hashed Timelock Contract),可以将建立的通道连接在一起,运用已有的通道达成交易。我们通过以下例子来理解:

假如Jim和Bob之间建有支付通道,Bob和Eric之间也有支付通道,但Jim和Eric之间并没有建立支付通道。这时候,Jim想转账给Eric 5个BTC,就需要通过Bob这一中介来实现。首先Eric需要将一个长度为20字节的随机数R经过哈希计算Hash(R)得到H,并将H告知Jim。Jim将与Bob签订合同:如果3天内Bob能给出一个随机数,满足这个随机数经过哈希计算得到H,Jim就转给Bob 5个BTC。由于哈希函数的不可逆性,Bob是不可能根据H倒推出随机数是什么的,于是他去跟Eric签订了同样的合同:如果3天内Eric能给出一个随机数,满足这个随机数经过哈希计算得到H,Bob就转给Eric 5个BTC。

此时Eric将R提供给Bob。Bob将根据合约给Eric 转账5 个 BTC;Bob再将随机数R提供给Jim,Bob便获得来自Jim转账的 5 个 BTC。通过建立 Jim — Bob — Eric 这样的一个通道,完成了Jim与Eric之间的交易,同时中间人Bob还可以获得手续费。因此互不相识的陌生人也会乐意作为中介协助完成交易。




使用闪电网络,交易更快捷,甚至可以不支付手续费。由于区块链上也不会有记录,因此更具有私密性。但闪电网络有可能使之间未建立直接通道的用户经历过多的中介,产生大量手续费。

总结
闪电网络的安全需要有底层区块链技术的支持,这意味着大额交易更可能是在区块链上完成。目前闪电网络的应用还不是很广泛,其处理效率还未经过大面积的证实,但可以确定的是其对比特币或整个加密系统的改善有着巨大的潜力。