引言
比特币是现今最成熟的数字货币系统，无需任何中间人，用户可在比特币的网络里转移货币，实现对商品和服务的支付能力。但作为实用的支付系统，比特币还存在着一些缺陷。比如，比特币平均每秒只能处理大约7笔交易，每笔交易要等到1小时后才能基本确认；对微支付来说，交易费用可能太高，相比之下，Visa平均每秒处理1700笔交易，声称每秒能处理65000笔交易。比特币网络可以改变其协议，通过增加区块大小或减少区块时间来允许每秒更多的支付，但这将牺牲比特币的安全性，与比特币的核心价值主张相悖。
实际上，很多人忽视了比特币的闪电网络和侧链的发展。闪电网络代表了在不损害比特币网络安全的情况下解决比特币吞吐量缓慢的解决方案。利用闪电网络，数百万人可以在同一时间以近乎即时的速度发送一部分比特币。
从理论上讲，闪电网络每秒能够完成数百万笔交易，远远超过Visa和万事达等全球支付提供商，而且闪电网络交易的成本非常低，没有区块大小限制。基于闪电网络开发的各种应用已经逐步成熟并进入实用阶段，未来的闪电网络可能会激活数十亿甚至数万亿的加密市场。
闪电网络
闪电网络由JosephPoon和TadgeDryja在2015年首先提出，被认为是比特币创立以来最重要的革新。它利用了比特币的安全特性，在线下提供高速的实时交易处理能力。用户既可通过点对点的直接支付方式，也可以通过网络路由的方式实现间接支付。闪电网络并没有发明新的加密形式，也没有使用新奇的比特币脚本，却巧妙地实现了离线支付的功能。
一、闪电网络发展现状
闪电网络自2018年推出以来，一直仅有一些小众应用。但最近的发展表明，这种情况正在迅速改变。自2020年底以来，闪电网络的被使用量已经显著增加，尤其是去年萨尔瓦多政府支持比特币作为国家法定货币后。
1、闪电网络基础数据稳步增长
闪电网络通道中BTC?的数量：从2018年7月1日的26个，到2019年5月9日增长至1104个，一年增长了4倍；从2021年1月1日的1058个，到2021年9月30日增长至2968个，9个月增长近3倍。
截至今年10月9日，闪电网络所有通道累积的比特币容量约为4940个
同时，约有1.7万个节点在网络上运行，以及来自全球各地的8.5万个连接节点的通道。
LightningNetworkNodes
LightningNetworkChannels
虽然对比“跨链?”到以太坊、BSC等链的各种“锚定”比特币，闪电网络的规模距离wBTChBTC(1.29万个)等仍有较大差距，但是从用户数量上，闪电网络的发展仍然值得期待。根据ArcaneResearch的统计和预估，去年夏天，全球仅有超过10万用户使用闪电支付，而到了2022年3月，估计有8000多万人在已安装的应用程序上使用闪电网路。
通过收集实际交易数据，可以观察到通过闪电网络进行支付的数量和金额正在迅速上升。去年，付款数量大约翻了一番，付款价值增加了400%以上。
二、闪电网络基本原理
闪电网络的主要思路并不复杂，作为比特币的Layer2?解决方案，其核心是将大量交易过程放到比特币区块链之外进行，只把关键环节放到链上进行确认。
闪电网络利用一个由智能合约驱动的支付通道网络，在点对点之间发送交易，构成闪电网络的核心概念主要有两个：
RSMC，序列到期可撤销合约；
HTLC，哈希时间锁定合约。
RSMC的原理是双方在链下互持一个对己方不利的合约来记录当前的交易状态。要更新状态时，互相把“把柄”交给对方来将上一个状态作废掉。在这个过程中只有在提现时候才需要通过区块链。另外，即使双方都确认了某次提现，首先提出提现一方的资金到账时间要晚于对方，这就鼓励大家尽量都在链外完成交易。通过RSMC，可以实现大量中间交易发生在链下。HTLC哈希时间锁定合约，可以将其理解为限时转账，通过智能合约，双方约定付款方先冻结一笔比特币用于付款，收款方会生成随机信息R，并会将R的哈希值H提供给付款方，如果在一定时间内(t2，且t2<t1)，有人能提供信息R给付款方，则该节点可以拿到该笔锁定的比特币。HTLC机制可以扩展到多个人的支付场景。
RSMC保障了两个人之间的直接交易可以在链下完成，HTLC在RSMC的基础上解决了比特币跨节点传递的问题，保障了任意两个人之间的转账都可以通过一条支付通道来完成。这两个类型的交易组合构成的闪电网络实现了任意两个人之间的交易都能在链下完成。
BasisofLightningTechnology(BOLT)
上面介绍了闪电网络的核心概念，然而若是想要实际使用闪电网络，尤其是基于闪电网络进行项目开发，还需要一个协议对其进行规范，BOLT就是闪电网络中的这类协议。BOLT规范定义了所有闪电网络软件都应运行的一系列功能，以便互操作，BOLT包括各个层面的子协议，如网络连接、消息传递、P2P、路由和支付层等。
以上仅是对闪电网络技术原理的概括性描述，想深入了解闪电网络的读者可参考白皮书等公开资料。(https://lightning.network/lightning-network-paper.pdf)
三、闪电网络生态系统
随着闪电网络技术的不断迭代和发展，以及使用闪电网络的用户量和资金量日益增长，越来越多的公司正在进入闪电网络生态系统。
从上图可以看出，使用闪电网络的产品和项目已经相当丰富，包括节点和流动性服务、支付基础设施和商户解决方案、钱包/银行、金融和贸易、甚至有游戏、播客、流媒体和社交应用等。
使用人数比较多的有：
CashApp
一个金融服务平台，除了提供银行服务外，还提供比特币服务，可用于支付、消费和投资等。正如上文提到的，今年3月份，预估有8000多万人在通过CashApp使用比特币闪电网络支付。
Strike
自从萨尔瓦多将比特币与美元一起列为法定货币以来，Strike已经成为闪电网络上最受欢迎的应用程序之一。
但是，除了一些基础设施外，以上的各种服务基本都是仅限于闪电网络中比特币本身的支付/转账/收款等功能，虽然这是目前其最大的使用场景，但站在比特币网络和比特币生态来看，因其不能够将更多资产带入闪电网络，因而并不能给比特币生态带来其他更多的可能行。
OmniBOLT
为了解决这个问题，OmniBOLT协议应运而生。OmniBOLT可以看作是比特币闪电网络的延伸。它专注于更快、更便宜地转移代币。它不仅专注于比特币，还整合了闪电网络上的其他智能资产。
Omni是区块链界的老品牌，可以追溯到2012年的Mastercoin，它得到了OmniFoundation的支持。Omni最大的贡献是,通过在协议级别,在不改变比特币基础、不产生替代技术来处理新规则的情况下，使用现有比特币构建了具有新程序的新货币层。
OmniLayer建立在比特币之上，支持智能合约和发行代币等功能。加密世界中众所周知的USDT最早就是基于OmniLayer发行的。
OmniBOLT?是继OmniLayer之后的第二个重要协议，两者均由OmniFoundation提出。同时，OmniBOLT背后也是OmniFoundation的核心成员。
上文已经提到，BOLT代表闪电网络技术基础，这是闪电网络的实际标准。基于这个标准，闪电网络能够兼容比特币、莱特币。但是，那些基于OmniLayer的Token被排除在外。
为了解决这个问题，Omni提出了OmniBOLT协议，使得以USDT为代表的一系列Omni-aware资产和稳定币都可以接入闪电网络。此外，它还允许多链资产在onionnetwork网络内交互。随着OmniBOLT的出现，使得通过一个协议将所有区块链和相关的数字资产进入按照闪电网络规范设计的通道成为可能。通过OmniBOLT标准，它完整实现了可感知资产的闪电网络节点，并且致力于链接不同的公链和生态，提供对外一致的接口和用户环境，其核心的产品和标准除了OmniBOLT协议外，还包括OBD网络。
OBD网络
OBD网络实际是一个无托管OmniBOLT守护进程。OBD设计中把通道和底层公链网络解耦，从而支持更多公链的资产进入OBD网络流通。
OBD实现了OmniBOLT规范，也是一个开源的链外分散平台，构建在OmniLayer网络之上，在智能资产闪电网络通道上实现基本的多跳HTLC支付、多货币原子交换和更多的链外合约。此外，OBD是专为入境流动性提供商设计的。守护程序允许数千个远程light客户端连接，包括来自LND钱包的连接。
OmniBOLT的工作原理
1、链上协议是Omnilayer，是发行和结算层；
OmniBOLT本身不发行代币。所有代币均在OmniLayer上发行，通过P2(W)SH支持的通道进入OmniBOLT网络，锁定在主链上，可随时在Omnilayer主链上兑换。
2、主要构成OmniBOLT的网络协议包括通道管理对等协议，RSMC和OmniLayer交易，HTLC，以及支付路由等。
需要注意的是，仅比特币地址不能感知除了比特币之外的任何资产信息。当用户将Omni资产转账到不支持Omni层的比特币地址交易通道时，很难或不可能恢复所转移的Omni资产。因此，OmniBOLT及其实现中的地址必须是Omnicore创建的Omnilayer地址。这也是当前lnd通道不能成为OmniBOLT通道的原因，不久的将来，OmniBOLT将更新为“OmniLayer安全隔离见证地址格式”。
据我们了解，OmniBOLT也会拥有自己的节点，这些节点预计将分布在全球各地，其数量将与LN相同或超过LN。此外，支持OmniLayer的节点也可以升级成OmniBOLT闪电网络节点。
3、应用层由各种应用的合约组成，也是构成比特币?DeFi?的核心应用，如去中心化交易平台、抵押借贷平台、线上商店等更多应用。
比特币DeFi值得关注的项目
一个公链或者L2协议的生态想要发展壮大，其生态系统的重要性不言而喻。Uniswap?出现之前和出现之后的Ethereum,几乎就是两个不同的世界。目前，基于比特币的DeFi项目虽然还不是很多，但是已经初步显现出构建比特币DeFi版图的轮廓，值得投资者长期关注。
Uprets
Uprets是由OmniLab开发的基于比特币闪电网络技术的DEX,是比特币闪电网络的延伸，Uprets的闪电网络就是原生的token通道，能够将更多资产直接带入闪电网络。用户和比特币矿工能够直接在比特币OmniLayer上进行比特币和其他资产的交易而无需转入到中化交易所。该项目已经得到USDT发行方Tether的支持，项目目前处于开发测试阶段，部分功能已经进入社区公测阶段。
Taro
Taro是由LightningLabs开发的一种新的Taproot支持的协议，用于在比特币区块链上发行资产，可以通过闪电网络进行即时、大容量、低费用的交易。Taro依赖于比特币的最新升级Taproot来构建新的树结构，允许开发人员在现有输出中嵌入任意资产元数据。Taro的核心是利用比特币网络的安全性和稳定性以及闪电网络的速度、可扩展性和低费用，可以与闪电网络上的多跳交易一起使用。与新协议一起，Taro于今年4月初，宣布其完成了7000万美元的B轮融资以进一步建立闪电网络基础设施并帮助增加人数。
RGB
RGB是用于比特币和闪电网络的可扩展和保密的智能合约系统。RGB基于PeterTodd关于一次性密封和客户端验证的研究，并被GiacomoZucco和社区在2016年设想为比特币和闪电网络上更好的资产发行协议。我们可以将RGB定义为一组允许我们以可扩展和保密的方式执行复杂智能合约的开源协议。它并非一个特定的网络，每个智能合约只是一组能用不同通信通道进行交互的合约参与者。RGB利用比特币区块链作为其状态承诺层，并在链下维护智能合约的代码和数据，借此实现可扩展性。
Kollider
Kollider是使用比特币闪电网络的实时结算的衍生品交易所。在Kollider上，用户目前可以用法币进行5种加密资产的交易，并可以最大加到100倍的杠杆。该项目采用永续合约模式，暂时交易量并不大，社区基础相对薄弱。
Portal
Portal是使用比特币闪电网络的点对点交易所，之前官宣过融资信息，由Coinbase?领投。项目目前正在开发一款跨链的原子化交易应用。
除了通过闪电网络，也有一些项目在其他路径上丰富着比特币的生态，比如通过智能合约、侧链、跨链协议等，其中比较知名的有RSK，Stacks和Liquid等项目，以及各种“跨链”到以太坊、BSC等链的各种“锚定”比特币。
RSK
我们把RSK理解为比特币主链的一条侧链，在无需分叉?或更改原始的比特币的前提下，通过智能合约等附加功能对其进行扩展。RSKMainNet网络已于2018年1月初发布。智能比特币是RSK的原生代币，用作在RSK网络中执行交易的GAS。RBTC以1:1的比例与比特币挂钩，可以通过所谓的“比特币–RSK桥接机制”自动在BTC和RBTC间转换，从而将比特币和RSK协议结合在一起。
此外，RSK具有很好的兼容性，在以下各个层面与以太坊高度兼容：执行虚拟机、javascript编程接口、节点进程间连接和智能合约编程语言。RSKVM提供EVM中不具有的其他功能，要利用这些改进，需要对智能合约源代码进行一些更改。此外，RSKVM还具有特定的预编译合约，可以提供与比特币的桥接功能。
目前，RBTC的数量约为3076个，流通市值约为0.61亿美金。官方在最新的博客中表示，RSK网络Liquality集成了Rootstock并提高了比特币DeFi的可见性。
Stacks
Stacks是比特币主链的另一个知名侧链，原名Blockstack?，2020年第4季度更名为Stacks。与RSK不同的是，Stacks将其发行的STX作为Stacks网络的原生加密货币。它用于为比特币的智能合约提供燃料，奖励开放Stacks网络上的矿工，并使持有者能够通过Stacking赚取比特币。
作为比特币侧链，Stacks通过其转移证明(PoX)共识机制直接与比特币区块链连接来实现这一点，该机制让矿工支付BTC以铸造新的Stacks(STX)代币。此外，STX代币持有者还可以stack(notstake)他们的代币以赚取比特币作为奖励。
Stacks引入了一种新的智能合约编程语言，称为Clarity，由于其明确的语法，它的设计既安全又易于构建。根据其官网显示，目前已经有30个Dapp运行在Stacks上，涵盖了Data、DAO?、DeFi、NFT?、钱包等。
LiquidNetwork(Blockstream)
LiquidNetwork是由加拿大Blockstream公司开发的比特币主链的一条侧链，可以实现快速以及隐私转账，也可以在该侧链上进行数字货币发行，如发行证券型代币和其他数字资产。
去年11月，萨尔瓦多政府计划发行的10亿美元“比特币债券”就将发在LiquidNetwork上。该债券为10亿以美元计价的10年期债券，票面利率为6.5%。所募资金的一半将用于购买比特币，并持有五年，其余的将用于资助与比特币有关的建设项目。萨尔瓦多政府开创了这种以比特币作为基础资产担保的新的债券发行方式，也可能会成为比特币DeFi的一种新玩法。
其他的比特币侧链项目还有如Nomic，Impervious等，但是目前还有待开发。
以上这些项目虽各有不同，但都是构成比特币DeFi拼图的一部分，那么比特币上的DeFi究竟是如何实现的呢？下面以OmniLab开发的项目Uprets为例(Uprets为暂定的项目代号，后期可能会更名)，浅析基于比特币闪电网络技术DEX的基本原理，以及对比特币生态发展的展望。
Uprets——LightningSwap
一、自动做市商模型分析
UpretsVS.Uniswap
DEX最重要的就是其AMM模型。相信大家都已经熟知诸如Uniswap、Curve?和Balancer?的AMM模型。
AMM模型简单来说，就是通过定义全局常量不变量，在AMM模型上运行，确保成交确定性和链上交易资本的有效使用。他们的智能合约持有各种代币对的流动性储备，交易员直接针对这些储备进行Swap交易。
在此模型中，价格是根据常数乘积x*y=k模型自动设置的，其中x是令牌a的数量，y是池中令牌B的数量。当交易者卖出x’代币a换y’代币B时，池中代币a的数量增加，代币B的数量减少，但产品保持不变：*=x*y=k。
通过收取交易费激励流动性提供者(LP)。这也是2020年DeFiSummer爆火后，各大公链竞相模仿并推动各类DeFi创新的底层逻辑，可以说2020-2021年的整个市场上涨正是由DeFi及其衍生品的持续创新推动。
比特币上的DEX和传统的DEX机制完全不同。想要了解Uprets在闪电网络上AMM工作的核心机制，需要将套利者加入模型。我们假设读者对闪电网络和AMM都很熟悉了，省略对基本概念的介绍。为了便于理解，我们对比Uniswap来说明。
1、流动性池
闪电网络已经有资金通道支持多跳HTLC支付。由某种代币出资的通道形成了一个逻辑网络，在这个网络中，即使没有直接通道，Alice也可以向Bob付款。支付路径上的节点提供流动性，如果支付成功，通道则会收到部分费用。参与交易的Alice和Bob通过闪电网络收付款和交易，并不会产生额外的Gas费用。
在Uniswap的AMM模型中，流动性提供者扮演着类似的角色：如果Swap成功，将资金存入LP池的人将根据其对流动池的贡献比例获得佣金。但用户在交易时，实际上调取了智能合约，因而需要支付网络Gas费用。
2、流动性挖矿
节点提交流动性范围后，在该范围内交换时将收到佣金。LightningNetwork没有为流动性提供商收取佣金的合约，而是利用路由协议，使流动性提供商的通道资金能够用于交易，因此这些通道直接赚取佣金。
增加流动性
为闪电网络增加流动性很简单：只需与你的交易对手打开一个通道并为其提供资金。lightningnetwork会发现新的通道并更新网络图，以便你的通道为全球支付流动性做出贡献。
移除流动性
撤回已签署和提交的订单和范围内的流动性，或者关闭通道并将代币撤回到主链。
需要注意的是，为通道融资需要BTCgas。但增加流动性没有成本。
3、通道状态
在闪电网络中，交易、增加或者移除流动性，都会改变通道状态
4、运行匹配引擎的跟踪器
当OmniBOLT节点在线时，它必须通过其连接的跟踪器向网络宣布自己，作为集合点，通知其邻居更新其令牌类型、通道数量和流动性储备。Omnibolt应用跟踪网络来注册节点，并更新节点图的状态。任何跟踪器都可以是允许节点连接的集合点。
5、费用结构
代币A到代币B的交易：在A中支付0.3%的费用。该费用将在原子交换支付路径中的节点之间分摊，这意味着尽管池中有许多流动性提供者，但对于每笔交易，并非所有提供者都得到支付。跟踪器平衡了整个网络的工作负载：如果一个节点忙于处理HTLC，则会选择另一个节点作为跳点并赚取交换费。如果流动性提供者认为他所联系的追踪者不够公平，他可以选择另一个。每个跟踪器应发布其路径/节点选择策略。而在Uniswap中，是通过智能合约自动分配。
6、非永久性损失
Uprets中支付流动性提供商几乎永远不会面临任何损失。
Uniswap的LP提供者希望利用流动性赚取交易费用，可能出现潜在损失。
下图显示无常损失如何发生以及损失有多大的示例。
7、小结
UpretsLigntningSwap与Uniswap式的AMM模型对比表
3）基于闪电网络和zkRollup的二层计算，没有GAS费，交易滑点低，速度快，能够满足大额交易和高频交易的需求。
回顾与展望
闪电网络现在已经成为全球最受欢迎的加密货币支付协议。OmniBOLT是继OmniLayer之后，由OmniFoundation提出的第二个重要协议。
可能很多人不知道的是，USDT(应该)是除了比特币之外的第一个基于比特币网络的区块链应用。早在2014年，第一批USDT于比特币网络上诞生，大概在2015年2月正式上线几大主流交易所。在2018年之前，USDT的转账路径只有一条，那就是基于比特币网络的Omni-USDT。
后来随着以太坊网络开始流行，基于以太坊开发的项目开始井喷式增长，Tether在2018年发行了基于以太坊网络的ERC20-USDT。而现在被使用最广泛，发行数量最多的USDT是Tether在2019年开始，基于波场发行的TRC20-USDT。虽然TRC20-USDT在安全性方面没有比特币和以太坊网络上的USDT高，但使用TRC20-USDT的转账成本更低，速度更快，更迎合了市场的需求，因而被广泛使用。
目前USDT已经成为全球使用最广的加密稳定币，同时还在BSC，AVAX?、EOS?等多个区块链网络发行。目前总供应量超过685亿个,其中TRC20-USDT超过341亿个，Omni-USDT大约为8.88亿个。
(来源：https://tether.to/en/transparency)
虽然基于比特币网络的Omni-USDT发行最早，享受了比特币网络的安全等级，但是Omni-USDT在使用体验上，也继承了比特币网络的弊端：转账手续费太高，到账时间比较长，完全不适合频繁的小额转账和支付。因而逐步被大家所忽视，发行量常年在几十亿美金当量。
如果，Omni-USDT能够通过OmniBOLT和Uprets无缝接入闪电网络，与TRC20-USDT相比，支付/转账/交易的速度更快，费用更低，同时还更安全，那将会会发生什么？
事实上，在今年年初，Tether就曾在Twitter上官宣，2022年，Tether会联合Synonym一起，通过OmniBOLT将代币带入闪电网络来推动比特币经济的发展。
并于今年三月，Synonym通过OmniBOLT，在比特币闪电网络上完成了第一笔USDT稳定币交易
值得期待的是，OmniLab开发的OmniBOLT协议和Uprets产品有望在1-2个月后发布内测版。以USDT为首的Omnilayer资产和其他公链资产如能通过其顺利接入闪电网络，凭借比特币网络自身的安全性，闪电网络的便捷性，以及比特币网络巨大的资产体量和良好的流动性，如今有了原生的交易对手(USDT)，未来比特币的交易可以彻底不再依赖CEX，相信在DEX等比特币DeFi上交易量将会十分惊人。另外，从OmniBOLT核心团队得知，该团队正在用零知识证明实现BTC/OmniBOLT上面真正的智能合约，基于支付网络的智能合约是又一个潜在杀手级功能。沉寂在OmniLayer上超10亿个的USDT必定会被激活，经过一定时间的积累，发行在比特币网络上的Omni-USDT数量可能会超过发行在其他所有链上USDT的总和，推动比特币DeFi和区块链行业走向一个新的高度，进而吸引更多开发者、社区和投资者，以及传统商业，投入到比特币DeFi研究、创新和建设，更复杂的需求被满足，更丰富的应用被发布，更庞大的资产进入加密领域，更有价值的创新融入现实世界，在比特币网络上建立真正的商业帝国。
1、https://lightning.network/lightning-network-paper.pdf
2、https://arcane.no/research/reports/the-state-of-lightning
3、https://arcane.no/research/reports/the-state-of-lightning-volume-2
4、https://arcane.no/research/the-lightning-network-is-bringing-payments-back-to-bitcoin
5、https://bitcoinvisuals.com/lightning
6、https://mirror.xyz/huzhiwei.eth/J2Kv1ATWo0_d3ZidG-8BDrIJcYX7DFew_ruQ2p03sgU
7、https://omnilab.online/
8、https://github.com/omnilaboratory/OmniBOLT-spec
9、https://github.com/omnilaboratory/obd
10、https://github.com/omnilaboratory/OmniBOLT-spec/blob/master/OmniBOLT-06-Automatic-Market-Maker-and-DEX.md
11、邹钧、张海宁．区块链技术指南［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2017．220-226．
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