Overview概述
闪电网络作为比特币的扩容解决方案之一，保持了比特币原链的核心特征。区别于BCH、BSV两个比特币分叉项目，闪电网络技术路径并没有选择通过增加比特币区块容量大小来扩容，而是选择将大量小额交易放在链下处理的路径。
闪电网络从2015年白皮书发布，至今已发展了5年时间。于2018年正式上线后，闪电网络快速发展，至今已经拥有12,013个节点、36,117个状态通道、网络容量达到925个比特币。
但是闪电网络经历了2018年的快速发展后，从2019年6月至今，进入了发展的瓶颈。至今闪电网络所处理的BTC交易容量，与比特币全网流通量18,298,200相比，占比仅为0.0050546%。
闪电网络出现当前现状的主要原因为：
社区很多用户更期望比特币成为保值储值的数字黄金，而非支付现金；
比特币的小额支付场景有限；
安全性存在隐患；
闪电网络技术还未完全成熟。
闪电网络的未来发展还存在如下障碍：
比特币价格的巨幅波动；
通道数量有限；
节点的中心化趋势；
用户使用门槛高；
闪电网络通道存在延展性漏洞。
预计未来3至5年内闪电网络仍将会得到社区的大力推广，因为「比特币原链+隔离见证+闪电网络」的技术路径方案得到了最多的社区用户认同。如果未来闪电网络除了在修复当前存在的一些技术缺陷外，更多地去匹配商业应用场景需求，同时加强在交易所环节的应用，扩展大额支付场景，势必将会把比特币变得更加完善，得到全球范围内更多用户的认可。
Report报告
1.闪电网络介绍
1.1简介
比特币闪电网络，英文名称为BitcoinLightningNetwork，是一种旨在提高比特币交易速度的链下即时支付技术。闪电网络的完整技术主张最早见于JosephPoon、ThaddeusDryja两位开发者撰写的白皮书《TheBitcoinLightningNetwork:ScalableOff-ChainInstantPayments》，其核心技术原理是将大量交易放在比特币的链下进行，只将最终的交易结果由链上确认，从而提高现有比特币网络的交易效率。
由于比特币网络当前的交易速度备受诟病，如何安全地实现扩容一直是社区关注的重点。而闪电网络作为比特币链下扩容技术，其不会对比特币底层进行任何修改，并且开发团队为区块链行业顶尖的开发者，所以从诞生那一刻便备受大家关注。
经过将近5年左右的发展时间，闪电网络从2015年发布白皮书，到2020年3月已经拥有12,013个节点、36,117个状态通道、网络容量达到925个比特币。
1.2发展历史概述
闪电网络从2015年发布白皮书开始至今，主要经历如下几个阶段：
2015年2月份，JosephPoon和ThaddeusDryja发布了一篇闪电网络白皮书《TheBitcoinLightningNetwork:ScalableOff-ChainInstantPayments》草稿；
2016年1月14日，JosephPoon和ThaddeusDryja发布了更新版的闪电网络白皮书；
2017年1月，第一个闪电网络的实现——LND的内部测试版本发布；
2017年8月，隔离见证被激活，比特币闪电网络的基础工作完成；
2018年3月，LightningLabs发布第一个闪电网络的测试版本——LND。另外两个闪电网络版本分别由ACINQ和Blockstream团队负责开发，分别在3月底和6月底向用户发布；
2019年2月，匿名比特币持有者hodlonaut发起「闪电火炬」活动，全球范围内近300位用户通过闪电网络支付比特币，吸引了包括Twitter首席执行官JackDorsey、《精通比特币》作者AndreasAntonopoulos、投资公司MorganCreek创始人AnthonyPompliano、币安创始人赵长鹏等名人的参与。
2020年3月，闪电网络全网已拥有12,013个节点、36,117个状态通道、网络容量达到925个比特币。
1.3开发团队
目前主要有三个团队在进行闪电网络技术相关的研究开发工作，分别为：Blockstream、LightningLabs和ACINQ。上述三家团队均于2018年，分别推出了闪电网络的测试网。
三个开发团队的信息如下表所示：
表1：闪电网络三个主要的开发团队介绍
1.4技术优点
闪电网络作为比特币扩容的关键性技术，具备如下的技术优点：
1）交易速度快
比特币链上交易受限于每秒7笔的交易速度，如赶上交易拥堵，可能会出现等待半小时甚至更久的转账时间，十分不利于用户的支付体验。因此闪电网络通过把大量交易放在链下来完成的方式，可以大幅提高用户转账交易的效率。理论上闪电网络交易的确认时间可以达到支付宝等传统支付工具的水平。
2）交易费用低
比特币链上交易，用户的交易由矿工打包完成，而矿工通常会选择手续费高的交易优先打包。而闪电网络中的大量频繁的交易是在比特币链下完成的，打包交易的完成方由矿工变为了闪电网络节点。通常闪电网络节点设置的费率也普遍较低，并且用户可以选择费率最低的节点来完成支付，从而使得整体交易费低于完全通过链上完成交易的情况。
3）匿名性
比特币等数字货币并不能实现完全的匿名性，链上交易双方的地址可以被跟踪。但是由于闪电网络实现了相当一部分交易不上链，大部分数据存储在链下，因此很难追踪到闪电网络进行支付的所有笔小额交易，从而使得隐私性得到了一定程度的加强。
2.核心技术原理
2.1闪电网络的工作原理
闪电网络通过建立状态通道的方式，将部分频繁的小额交易放在链下完成，从而减轻主链的交易压力。所以，闪电网络技术的核心是建立一个安全、可行的链下支付通道，同时结合多重签名地址技术、RSMC序列到期可撤销合约、HTLC哈希时间锁定合约等技术完成支付的结算与确认，进而提高用户支付的效率。
我们可以举一个例子来阐述闪电网络的交易流程：比如Alice经常去小区门口的咖啡店买咖啡，所以她每次购买咖啡的时候都需要向咖啡店的老板Bob支付BTC，而Bob也经常麻烦Alice代购一些海外奢侈品。所以，Alice和Bob如果使用BTC链上交易的话，不仅每次支付时等待确认的时间久，而且整个期间发生的手续费也较高。
Alice与Bob可以通过闪电网络来解决上述的问题。流程如下：
1）Alice和Bob分别向多重签名地址转账5个BTC，转账的过程将广播并被矿工记录在区块链上，这个多签地址里面就拥有10个比特币。从此刻起，Alice和Bob就建立了一个闪电网络的链下支付通道。
2）Alice每购买一杯咖啡，就在通道里向Bob支付一笔BTC；Bob每次让Alice帮忙代购，Bob就在通道里向Alice支付一笔BTC；但是由于这期间双方的交易记录均发生在链下，不会向矿工广播，在BTC的链上没有记录，所以通道内的交易确认速度很快，甚至可以接近支付宝的确认速度。
3）当Alice和Bob在一个月后，计划将这个月的交易进行清算和结算时，双方将根据期间在闪电网络支付通道里的交易记录，来核算最终各自的资产情况。并将最终由双方共同确认的交易结果发送至链上，进行确认和交易广播，此时Alice和Bob建立的闪电网络支付通道将结束。
详细交易流程可见下图：
图1：闪电网络交易流程示意图
2.2核心技术介绍
1)多重签名地址
比特币多重签名地址是为了实现比特币资产的多方管理的一种技术。最初版本的比特币签名机制是单一地址管理的，即地址的持有人单独管理，只有他/她本人拥有私钥。如果该持有人丢失了私钥，将直接失去该笔链上资产。
所以，为了规避丢失私钥而丢币的风险，开发者们提出了多重签名的技术解决方案，即N个用户可以分别持有N个私钥，只要M个用户拿出私钥就可以动用某个多重签名地址里的比特币。这里的M有限定条件，需要大于等于2、小于等于N。
2)RSMC合约
RSMC合约，全称为RevocableSequenceMaturityContract，即序列到期的可撤销合约。顾名思义，RSMC合约支持交易双方在闪电网络的通道中，双向支付，并且支持可撤销的交易。每次交易双方之间发生频繁的小额交易时，需要交易双方对一定时期内的资金交易结果进行共同确认，并且这些交易都发生在链下，可以支持一方撤销交易。
为了鼓励用户尽可能久地使用闪电网络的通道，系统将对最先提出终止通道的一方资金到账时间比另一方晚。
在通道结束后，网络会将最终结算的资金返还至双方的链上比特币钱包地址，一般情况下每笔交易金额都不会超过用户放入通道内的资金规模。
RSMC合约是支持闪电网络可以实现的最重要的技术之一，我们延续上文中假设的Alice&Bob的例子，来给大家解释下其工作原理：
Alice与Bob发起双方的闪电网络支付通道；
Alice与Bob均向支付通道里的多重签名地址，划转了0.5个BTC，即下图中的FundingTx部分；
Alice发起一笔承诺交易C1a，其中包含一笔退款交易RD1a。C1a的第一个输出是RD1a，由Alice另一个私钥Alice2和Bob私钥的多重签名向Alice的地址转入0.5BTC。但RD1a包含一个seq变量以防止其马上被矿工打包确认，而是要等1000个区块后才可以被矿工打包确认。C1a的第二个输出是向Bob的地址转入0.5BTC。Alice将C1a/RD1a交给Bob签名；
Bob构造一笔承诺交易C1b，其中包含一笔退款交易RD1b。C1b的第一个输出是RD1b，由Bob的另一个私钥Bob2和Alice的私钥的多重签名向Bob的地址转入0.5BTC。但RD1b包含一个seq变量，防止其交易马上被矿工打包确认，而是要等seq=1000个区块后确认。C1b的第二个输出是向Alice的地址转入0.5BTC。Bob将C1b/RD1b交给Alice签名；
Bob对C1a/RD1a签名并返给Alice，同时Alice对C1b/RD1b签名并返给Bob；
Alice检查C1a/RD1a以及Bob的签名，确认后自己签名。同时，Bob检查C1b/RD1b以及Alice的签名，确认后自己签名；
当Alice发现某笔交易金额不正确时，可以在1000个区块对该笔交易确认前，发起验证请求，一旦被证实Bob作假，Bob的资金将会被没收以补偿Alice；
当Alice与Bob计划结束支付通道，开始清算双方资金时，支付通道将会被关闭。
支付通道结束时，双方确认后的结果将发送至链上，进行确认和交易广播。
图2：RSMC交易结构图
来源：https://blocking.net/1516/bitcoin-lightning-network-rsmc/
3)HTLC合约
HTLC合约全称HashedTime-LockContract，即哈希时间锁合约，简单说就是加了时间限制的合约，即交易双方可以对转账合约的实现设计一个倒计时。比如Alice帮Bob代购了一个价值500美金的高端化妆品，Bob为了表达诚意，会先将500美金等值的BTC支付到一个多重签名地址里，并由Alice生成的一个密码R的哈希值H(R)。
如果在一定时间内，比如第5天时，Alice已经将化妆品交给了Bob，那么Bob将会把密码R告知给Alice，从而Alice成功收到该笔预付款。如果Alice在约定的时间内，未能成功向Bob交付化妆品，则该笔BTC将取消冻结，并转至Bob的持币地址。
所以HTLC合约功能可以完美解决闪电网络中通道与通道链接的问题，能够帮助不认识的两方通过不同的支付通道相连接，从而完成小额多频次付款。
比如A希望与C建立支付通道，但是A与C并不直接认识，但是A与C都认识B，那么A与C就可以借助B来建立两个支付通道来完成支付，如下图所示：
图3：闪电网络通道连接交易结构图
HTLC合约主要由2部分构成：
哈希值锁定，确保了只有知晓最终接收方生成的密码R才可以解锁，并获得冻结的资产；
时间锁定，即确保了转账方在一定时间内无法取走，又能保证在一段时间后如果最终接收方没有取走比特币的情况下，转账方可以拿回自己的比特币。
4）其他技术介绍
除了多重签名地址技术、RSMC序列到期可撤销合约、HTLC哈希时间锁定合约等三个核心技术外，闪电网络依然还在完善的技术方案包括：瞭望塔Watchtowers、原子多路径支付AtomicMulti-PathPayments、潜交换SubmarineSwaps、中微子协议neutrino等，简要总结如下表所示：
表2：闪电网络其他技术简介
3.发展现状及原因分析
3.1核心数据表现
根据闪电网络数据统计网站1ml.com的实时数据，截止2020年3月27日，闪电网络中节点的数量达到12,013个，通道的数量达到36,117个，当前所有通道中托管的BTC数量为924.9个。具体数据如下图所示：
图4：闪电网络数据来源：https://1ml.com/statistics
另外根据统计数据，中国地区闪电网络数据情况如下表所示：
表3：闪电网络中国地区数据来源：https://1ml.com/statistics
通过上述数据整理，可以看到中国地区的闪电网络普及度极低，容量占全网比仅为0.313%，平均每个节点BTC容量仅为0.10BTC。
3.2核心指标历史表现
1)节点数量
图5：闪电网络节点数量历史表现来源：BitcoinVisuals
2)通道数量
图6：闪电网络通道数量历史表现来源：BitcoinVisuals
3)状态通道中托管的BTC数量
图7：闪电网络通道中托管的BTC数量历史表现来源：BitcoinVisuals
4)平均每个通道中托管的BTC数量
图8：闪电网络通道中平均每个通道中托管的BTC数量历史表现来源：BitcoinVisuals
3.3现状总结及原因分析
闪电网络从2018年开始正式运行，到现在经过2年的发展时间，虽然网络中BTC的容量从0增长到了924.9个，法币价值为630.7万美元，但是和比特币全网流通量18,298,200相比，占比仅为0.0050546%。
通过对当前闪电网络的数据表现进行分析，可以看到闪电网络的节点数量、交易BTC数量、通道数量在2019年整体表现比较平缓，甚至还略有下降，这说明在2019年闪电网络的发展进入一个瓶颈期。
主要原因如下：
1）社区对比特币的支付属性认可存在分歧
比特币的内在价值主要表现在两个方面，一是类似于数字黄金的价值存储，二是电子现金支付工具。而社区中相当一部分用户更倾向于比特币的价值存储属性，而闪电网络作为链下扩容方式，是希望比特币可以履行电子支付货币的功能，这与很多用户的使用心态背道而驰。
2）比特币的小额支付场景有限
闪电网络虽然通过链下扩容提高了比特币转账的交易速度，但是却没有直接提高比特币的现金支付场景。比特币如果希望成为电子支付货币，那么它必须具备货币的基本属性之一：内在价值在一段时间内相对稳定。而恰恰相反，比特币的价格常常大幅波动，并且单个币的价格也较高，从而使得用户使用比特币小额支付购买商品或者服务的整体意愿不高。
因为即使有了闪电网络加持的比特币，在小额支付场景上，依然无法和法币的方便性相比，甚至与稳定币USDT相比也难有竞争优势。用户很难有动力不使用方便、安全、价值稳定的法币，而用比特币去做日常的小额支付。所以，比特币的小额支付场景有限也直接导致了大家使用闪电网络来支付比特币的意愿不强。
3）安全性存在隐患
近年来闪电网络的安全性隐患一直受大家的关注，在2019年8月闪电网络开发者RustyRussel就表示闪电网络软件的旧版本存在严重的漏洞，如果用户不进行更新，可能会丢失比特币。
另外，由于闪电网络通道内的交易均是在链下处理，并且涉及中介路由，支付双方的交易数据容易被黑客攻击而暴露。闪电网络在支付时，要求节点必须保持在线状态，如果用户在支付时，发生节点下线，将会使用户无法支付或者资金处于冻结状态。
4）闪电网络技术还未完全成熟
闪电网络目前还存在许多需要解决的问题，比如节点掉线、路由设计、节点中心化、安全性、隐私暴露等，所提出的技术解决方案如瞭望塔Watchtowers、原子多路径支付AtomicMulti-PathPayments、潜交换SubmarineSwaps、中微子协议Neutrino等还要等待落地验证。
4.市场分析及未来展望
4.1不同扩容路径对比分析
自从上线以来，比特币网络的交易速度慢和拥堵问题一直广受诟病，比特币社区也于2015年开始探讨比特币的扩容解决方案。
社区提出的扩容解决方案核心争议点在于是否要区块扩容，即将比特币区块大小从当前的1M扩大到8M甚至更高。以比特币Core团队为代表的开发者社区和用户强烈反对区块扩容，主张以“隔离见证+闪电网络”的链下扩容方式。
截止目前，比特币的扩容方案主要分为链上扩容和链下扩容两大类，如下表所示：
表4：比特币扩容路径
闪电网络主要应用在BTC主链上，通过将链下交易来帮助BTC主链提高交易效率，从而加强比特币的货币支付属性。而BCH和BSV主要是通过扩大区块容量来提高链上的交易效率，即支付属性直接通过主链上的交易来实现。
闪电网络与BCH和BSV虽然实现的技术路径不同，但是提高“比特币”的交易速度的目的却是相同的。从这点来看，如果闪电网络能够得到大面积普及，无疑会抢占BCH和BSV在「数字货币支付市场」的市场份额。
但是短期内，由于比特币价格的巨幅波动，以及闪电网络钱包的用户使用门槛高，用户对于闪电网络小额支付的需求依然有限。只有当闪电网络支持大额支付、用户体验更优、使用门槛降低，并且比特币的价格相对稳定时，才有可能激发大家使用闪电网络小额支付比特币购买服务或商品的需求。
4.2未来应用的主要障碍
1）比特币价格的巨幅波动
当前闪电网络使用度较低的一个重要原因便是比特币的价格极其不稳定，特别社区用户对比特币的资产价格增幅还抱有较高预期，使得用户极不愿意用“具备较大升值空间”的比特币进行购买商品或者服务时的支付手段，特别是小额支付。
充当支付工具的货币首先要求具备的特征便是价格相对稳定，这也是各国政府努力维持本国货币汇率稳定的重要原因。所以，只有在比特币的价格预期相对稳定时，其充当支付货币的需求才会得到提高，进而促进大家使用闪电网络进行支付的意愿。
2）网络中的通道数量有限
闪电网络的交易处理依赖于通道和参与用户的数量，只有当更多的人使用闪电网络，才会有更多的通道供用户选择，才可以实现快速的交易体验。而当前闪电网络的通道数量仅为36,117个，如果遇到节点不在线的时候，用户很难直接找到可以匹配支付需求的通道，进而无法实现用户之间的转账交易，这也是未来闪电网络需要解决的问题。
3）节点的中心化趋势
闪电网络的交易依赖于节点中的通道和用户参与数量，所以节点具备较强的网络效应。节点内创建的闪电网络通道越多、使用的用户越多，用户就越容易选择该节点来建立闪电网络通道。但这样会进而导致强者恒强，越多用户选择头部节点，头部节点处理的BTC交易规模就越大，就会吸引更多的用户来选择该头部节点，创建更多的通道。
所以节点的中心化趋势在某种程度上有利于提高闪电网络的支付效率，但是在另一方面会造成闪电网络超级大节点的出现。这点，我们通过查看闪电网络节点容量信息就可以看到，根据1ML网站上的数据，ACINQ、LNBIG两家头部节点合计占到闪电网络总容量的62%。处于很强的寡头垄断地位。
4）用户使用门槛高
当前用户使用闪电网络，首先需要使用闪电网络钱包，然后花2-3分钟时间创建闪电网络通道，如果节点离线状态还无法使用。并且如果用户支付的另外一方没有闪电网络通道，还无法进行支付。即使支付成功，在结束通道时，还需要等待一定时间来等待剩余资金到账。
上述流程对于一个只是为了小额支付的用户而言，门槛太高了，高到很难让用户不使用支付宝、微信、银行转账，甚至是使用USDT等稳定币进行支付。
5）闪电网络中的通道存在延展性漏洞
闪电通道里的交易均是在比特币链外进行处理，很容易受到交易过载或者垃圾交易的攻击。根据耶路撒冷大学的两名科研人员进行的研究，黑客可以凭借不到0.5个比特币，在闪电网络通道里进行大量小额支付交易，抢占闪电通道的处理资源，阻塞闪电网络通道，直至整个网络瘫痪。
所以开发者需要针对此漏洞提出新的解决方案，比如调整HTLC合约或者是增加两次支付交易之间的相隔时间等，否则闪电网络的稳定性和安全性将受到极大挑战，也可能会对用户产生巨大的资金隐患。
4.3未来发展展望
预计未来3至5年内闪电网络仍将会得到社区的大力推广，因为「比特币原链+隔离见证+闪电网络」的技术路径方案得到了最多的社区用户认同，但是如果希望闪电网络真正得到更广泛的应用仍需要做很多工作，比如未来闪电网络除了在修复当前存在的一些技术缺陷外，更多地去匹配商业应用场景需求，同时加强在交易所环节的应用，扩展大额交易，势必将会把比特币变得更加完善，得到全球范围内更多用户的认可，使得全球范围内的用户享受到快捷、安全的银行服务。
1）闪电网络依然是比特币原链扩容的重要解决方案
比特币原链主张以「隔离见证+闪电网络」的链下扩容路径，主要是因为区块容量扩大会使得比特币节点的网络负载，从而使得能够同步比特币全节点的矿工也越来越少，相当于变相大幅提高了比特币全节点的门槛，直接导致的结果是提高比特币的中心化趋势，那么对于比特币的初衷来讲是致命的。
从保证比特币的去中心化核心特征不变的目的来看，选择「隔离见证+闪电网络」的链下扩容路径是最优的选择，即不改变原链的链上特征以及区块大小，就可以实现扩容。
与扩大区块容量为主的扩容方案BCH、BSV相比，比特币市值遥遥领先，分别为BCH的29.4倍、BSV的38.9倍，这也从侧面证实了「比特币原链+隔离见证+闪电网络」的技术方案凝聚了最大的共识，得到了更广泛的社区认可。
2）闪电网络技术更需要站在商业应用场景去优化
闪电网络本质上是只是一种支付解决方案，只有真正解决用户的实际需求才会得到真正的拥戴和使用。而当前闪电网络旨在解决的小额支付场景上，用户使用的动力有限，一方面是由于用户倾向于用比特币储值，而非用比特币支付；另一方面是由于闪电网络的使用门槛高、稳定性略低、BTC价格巨幅波动等问题，使得大家更倾向于使用法币或者是稳定币去做小额支付。
所以，闪电网络不仅仅只从技术角度出发去改善，更应该从商业应用场景角度去思考和优化闪电网络技术，扩展更多的闪电网络使用场景，比如大额支付、交易所提冲币等，来吸引更多的用户使用闪电网络进行支付。
3）闪电网络需要得到更广泛的交易所支持
目前由于大量的公链及DApp应用渗透率低，使得大量的币被存放在交易所中，而交易所对闪电网络的支持程度对未来闪电网络的发展起着至关重要的作用。当前，根据公开信息报道，仅在2019年12月，Bitfinex成为首家支持闪电网络的交易所，而BTC交易量最大的三大交易所OKEx、Huobi、币安还未发布支持闪电网络的公告。
如果未来有更多的交易所支持使用闪电网络，势必会极大地促进闪电网络的用户群体，对于闪电网络的生态落地也会产生极大的促进作用。
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