闪电网络旨在帮助比特币网络能支持高频实时的交易

闪电网络产生的背景

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，因此大家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。

针对比特币以上的问题，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。

闪电网络的实现原理

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。

以上图为例，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。