闪电网络（Lightning Network）是什么？

经过10年的发展，今天的比特币已经成为了总市值数千亿美元的加密数字货币体系。我们已经可以用比特币购买很多东西了，小到一杯咖啡，大到投资房产，但是随着用户数的增长，比特币网络在承担高频支付上的弊端也逐渐暴露出来。

由于最初设计的原因，比特币网络可支持的交易频率较低、交易确认成交时间较长，无法支撑起未来高频率、实时到账的支付需求。

比特币网络为了保证交易的正确性和不可篡改性，需要将每笔交易的详细内容都记录在区块中，同时为了控制区块数据的增长速度，比特币网络将每个区块的大小限制在了1MB，每个区块的挖矿时间控制在10分钟左右，这样理想状况下，比特币每秒可处理的交易数（TPS）大约为7笔。实际上，每秒3笔左右的交易频率就已经把比特币网络的区块塞满了，因此到底经常会遇到比特币转账迟迟无法得到确认的问题。

此外，比特币网络为了确保交易的不可篡改性，一般需要等待5-6个区块确认后，收款方才认可交易成功，这样一次交易的确认等待时间就需要1个小时左右，用户体验极其不好。而且由于待确认的交易数越来越多，比特币转账的手续费也越来越高，目前主网上，为一笔普通转账支付的手续费为0.0001～0.001BTC，几块钱到几十块块钱不等。因此，现在的比特币支付网络已经不太适合于小额交易了。

针对比特币上面这些的问题，目前社区里已经有不少的扩容方案，例如采用隔离见证能减小每笔交易数据的大小，此外还有大区块扩容方案，将原先1MB的限制提升到32MB甚至128MB，但是这些方案都是治标不治本的，只能将比特币网络的支付能力提升几倍，最多也就到几十笔每秒而已，和VISA或者支付宝每秒百万级的支付频率比起来，显得微不足道。

闪电网络正是在这样的大背景下被提出的，它的目标是使得比特币网络能支持高频、实时的交易。

闪电网络（Lighting
Network）是一个二层协议，就像架在公路上的高架桥，通过一个大型的双向通道网络来进行多笔支付，无需将每笔交易都记录到比特币区块链上。这样一来，即避免了比特币交易速率的限制，又能以更低的费用享受到更快的交易速度和更大的容量。

上面这些图为例，每个闪电网络用户就是一个蓝色的点，一条闪电网络支付通道就是两个点之间的一条连线，如果这个连线足够多，使得每两个点之间都有一条路径可达，那就可以实现所有用户之间的高频、实时交易了。

1. 建立通道

我们假设用户Alice和用户Bob想使用闪电网络支付方案来进行交易，那么他们首先要构建一条他们俩之间的闪电网络支付通道，然后各自往一个2-2多签地址发起一笔链上交易，存入一部分BTC，这部分BTC相当于保证金。通过这个多签地址发送的每一笔交易都需要两人进行签名。

如果Alice向多签地址里存了1BTC，那么Alice在这个通道里向Bob可发送的最大金额不能超过1BTC，这样可以防止交易过程中有作弊行为。

用现实世界的银行系统举例，就是Alice和Bob需要一起去银行开一个公共账号，两人各自往这个公共账号里存入一部分钱，两人和银行一起签订一份合同，约定后续需要两个人同时签字的合同才可以操作这个公共账号。在闪电网络里，Alice
和 Bob 都无法作弊，一旦有一方作弊，另一方可以获得支付通道里的所有金额等。

2. 闪电交易

Alice 和Bob之间建立了闪电网络支付通道后，就可以用来进行交易了。这些交易需要两者的数字签名，并可以通过支付通道实现瞬间到账。

我们都知道比特币交易的本质是UTXO（ Unspent Transaction
Output），每一笔链上交易都需要有交易输入（资金来源），和交易输出，也就是UTXO。

在闪电网络的例子里，Alice和Bob之间通过支付通道发生的很多交易不会出现在链上，只是通过公共账户余额分配来显示。最终只有关闭支付通道的那笔交易才会上链，通过这笔交易，我们可以看到最终通道关闭时公共地址中的余额。

举个例子，如果A和B最开始都向公共地址转入了1BTC，期间两人之间发生了很多笔交易，但最后关闭支付通道时A的公共地址中只有0.5BTC，B有1.5BTC，那么上链的那笔交易就显示为A向B转账0.5BTC。

3. 路由节点

当然，个人用户无法与每一个建立一条闪电网络通道，截止2019年1月19日，闪电网络共有2.4万条通道。

如果交易节点没有直连的通道，可借助路由节点（相当于中介）进行交易，当然这需要给这些中介”支付一些路由费用。

现在已经有不少人做起了路由节点的生意，希望通过这些节点给闪电网络带来一些流动性，并可以从中收取一点费用。此外，还有一些电商平台利用闪电网络提供生活类服务，比如充话费等。

近年，虽然区块链及加密货币的风潮势不可挡，逐渐对世界各领域的传统观念产生重大冲击，当中最首当其冲的肯定为金融市场。其实，于区块链生态领域上，加密货币已为当中最“简单直接”的技术。不过近年来加密货币最惹人垢病的不足之处，肯定为其愈趋高昂的交易成本(包括时间)，亦成为其现在难以取代现行的金融制度的绊脚石。所以，闪电网络(lightning
network)的发展对加密货币以至区块链技术的可扩展性影响非常大，其链下交易一旦可行，加密货币用户的交易成本将大大减低，甚至实现零成本交易。

要了解什么是闪电网络前，必须了解到其出现的原因，就是现今加密货币生态面对最大的困境-塞车。

可从上图简单看到每个交易包含的资讯，包括交易双方，交易额以及值得留意的交易费用。

交易费用用于以激励矿工尽快将纪录交易。费用完全取决于交易方愿意付多少来加速这个交易过程。费用越高，交易越快。矿工必须考虑哪些交易获得的回报最高 –
意味着交易费用最高的交易将被列入首位。

矿工(即在区块炼网络中工作的计算机)必须决定在当前区块中包括哪些可用交易。为了帮助他们做出决定，他们考虑哪些交易获得的回报最高 –
意味着交易费用最高的交易将被列入首位。交易费用越多，处理交易的速度就越快。

这就是区块链缓慢及交易费用渐趋高昂的原因。理想情况下，区块链的应用愈普及，意味着更多的交易产生。但随着交易数量的增加，网络将变得缓慢，交易费用亦愈来愈高，从而阻碍其区块链应用及发展。

因此，闪电网络的诞生带来的技术将成为解决此问题的方案。

闪电网络理念在于并非所有交易均需要纪录于区块链上，从而减少交易费用及时间。当中重点在于建立一个链下交易频道，于区块链上只会登记其开启及终结时的交易变化，当中可能交易双方已进行无数次交易，亦不会被登记于链上及影响到其他区块。

试想象有三方交易用户，分别为Xan, Yelena 及Zeka。

因大量的交易可以从区块链上卸载下来，从而释放链的频宽。而用户亦可通过闪电网络的频道，进行数百万笔交易，而交易费用亦不会太高。据本网日前报导，已有网民成功以闪电网络交易频度以比特币购买物品，并达至无交易费用及无需等候。因此可预料到，如闪电网络发展成熟，加密货币以至其他区块链技术中的交易费用及时间将被大大减低，区块链生态的可扩展性亦大大提高。