比特币闪电网络白皮书：可扩展的 off-chain 即时支付（中文）.pdf

1、The Bitcoin Lightning Network:Scalable Off-Chain Instant Payments区块链南高所 翻译2016/1/20第 1 页 共 28 页比特币闪电网络：可扩展的 off-chain 即时支付Joseph PworkThaddeus Dryjarxawsomnet.org二零一五年十一月二十日草案版本 0.5.9.1摘要如今比特币协议可以涵盖全球金融所有的电子支付系统的交易量，没有单一的一个第三方保管或持有资金，或要求参加者除了有使用宽带连接的计算机之外其他的什么东西。分散式系统表明交易是被发送到一个小额支付的渠道网络（又名支付渠道和交易渠道

2、），其价值转移发生在 off-blockchain 的情况下。如果比特币的交易可以在一种新的强调延展性的类型条件下签署，这些转移可以在不受信任的双方之间通过合同沿着传送路径进行，在一系列递减时间锁链中，如果有非合作或敌对的参与者，则采取在比特币 blockchain 上强制执行的办法。1 比特币 Blockchain 可扩展性问题比特币1 blockchain 在拥有分布式分类账方面很有前景，但在不久将来的某个时间，会出现blockchain 作为一个支付平台，其本身不能覆盖全球的电子商务的情况。blockchain 是一个八卦协议，把所有国家向总帐发的更改发布给所有的参与者。国家的共识，每个

3、人的平衡通过这种“八卦协议”达成一致。如果在比特币网络中的每个节点必须了解在全球范围发生的每一个交易，可能造成阻碍网络涵盖全球所有金融交易的能力。相反，若能涵盖全球所有金融交易，并且不会使分散化和安全性受到损害，这才是我们需要的。支付网络 Visa 在 2013 假期期间2，在其网络上每秒实现 47000 交易（TPS），目前实现平均每天数亿笔交易。目前，比特币因为 1 兆字节块的限制，每秒仅支持小于 7 笔交易。如果每次比特币交易我们平均用 300 字节，并假设块大小无限制，达到与 Visa 峰值 47000/TPS的交易量同等数据容量意味着每十分钟每比特币区块将近 8 千兆字节数据。持续下

4、去，每年的数据将超过 400 万亿字节。显然，如今在比特币网络上获得 Visa 般的能力是不可行的。在世界上没有家用电脑可以有那样的带宽和存储。如果比特币在未来替换所有的电子支付，而不仅仅是 Visa，这将导致比特币网络的彻底崩溃，或者在最好的情况下，只有可以支付得起的比特币节点和矿工可以使用。这种集中化会再次打败网络分散化，使比特币安全成为具有确保总账的准确性和安全性的能力的实体。由于较大区块而只有更少的验证器不仅意味着更少数量的个人来确保总账精度，也导致在开采过程中较少的实体能够验证 blockchain，这将鼓励矿工集中化。非常大的区块，例如在上述情况下平均每 10 分钟 8 千兆字节，

5、将意味着只有少数能够验证区块。这就产生了一个实体会相信集中方的可能性。有特权的，值得信赖的集中方创建一个社交陷阱，由此集中方不会在以个人（委托-代理问题）的利益为主，如承租人通过收取较高的费用，以减轻行事The Bitcoin Lightning Network:Scalable Off-Chain Instant Payments区块链南高所 翻译2016/1/20第 2 页 共 28 页不诚实的倾向。在极端的情况下，这表现为个人给拥有客户资金的充分的监管权的集中方发送资金。这样的安排，如今是非常常见的，产生严重的交易对手风险。防止那种集权发生的一个先决条件需要比特币有这样一种能力，通过在家

6、用宽带连接的单一电脑进行验证。通过确保以较低的资金获得充分的验证，比特币节点和矿工将能够避免极端的集权和信任，确保极低的交易费用。摩尔定律无限期地继续是有可能的，并且在未来，能使节点具有以低成本高效益的计算多千兆字节的区块的计算能力，但是那不是确定的。为了实现用比特币进行每秒多于 47000 笔交易，需要脱离比特币 blockchain 本身进行交易。如果比特币网络支持以极低的费用每秒进行近乎无限数量的小额交易会更好。许多小额支付可以按顺序在两方之间发送，使任何大小的付款成为可能。小额支付将使服务变得非捆束，少信任，商品化。如支付每兆字节的互联网服务。为了能够实现这些小额用例，将需要严重降低最

7、终被公布的全球比特币 blockchain 交易的数量。虽然可以在一个小规模水平上进行，在网络上处理大量小额支付或者包含全球交易是绝对不可能的。比特币若想成功，它需要这样一种信心，如果它能变得非常流行，其目前的由权力下放所产生的优势将继续存在。为了让今天的人们相信比特币在将来能有用，比特币需要解决区块大小集中效果；大区块自主创建值得信赖的保管人和高费用的问题。小额支付渠道可以解决可扩展性问题“如果一棵树倒在森林中，没有一个人去其周围听声音，它会发出声音么？”以上引用的问题是与没有人观测到的事件是相关的，如果没有人听到树倒，无论其是否发出声音是没有意义的。同样，在 blockchain，如果只有

8、两个参与者关心日常的经常性交易，是没有必要让在比特币网络的所有节点了解该交易的。相反，在 blockchain 上只有一小部分信息是更可取的。通过推迟告诉全世界每一笔交易，在以后的日子解决他们之间的关系的方法，使比特币用户进行许多交易不用扩展 blockchain 或与一个集中的交易对手建立信任。一个有效的不可信结构可以通过使用时间锁作为一个全球共识的组成部分来实现。目前的小额支付和可扩展性解决方案将交易转交给一个托管人，由一个被信任的第三方托管来持有硬币并更新与其他各方的平衡情况。信任第三方来保存所有的人的资金可能产生交易对手风险和交易成本。相反，使用这些小额支付渠道的网络，比特币可以扩展到

9、当今在现代笔记本电脑上以强大的计算能力进行数十亿美元的交易。在一个小额支付渠道中进行大量支付使人们能够以分散的方式发送大量的资金给另一方。这些渠道在比特币上不是一个单独的可信网络。他们是真正的比特币交易。小额支付渠道3 4在双方之间建立起关系，来更新平衡，决定在双方交易时产生的总余额中被推迟公布到 blockchain 的部分。这使得双方之间的财务关系被不可信地推迟到以后的日子，没有交易对方违约的风险。小额支付渠道使用真实的比特币交易，只有通过选举的方式来决定推迟在 blockchain 中公布的部分，双方才可以保证其在 blockchain 上现有的平衡;这不The Bitcoin Ligh

10、tning Network:Scalable Off-Chain Instant Payments区块链南高所 翻译2016/1/20第 3 页 共 28 页是值得信赖的覆盖网络-在小额支付渠道发生的支付是真正比特币 off chain 的沟通与交换。2.1 小额支付渠道不要求信托就像树倒在树林里是否发出声音的老问题，如各方均同意该树在 2:45 倒下，那么该树确实在下午2:45倒下。同样，如果双方均同意，渠道内现有的平衡为0.07 BTC给Alice和0.03 BTC给 Bob，那么这就是真正的平衡。然而，如果没有密码，一个有趣的问题产生了：如果其中一方不同意有关基金的当前平衡（树倒下的时间

11、），那么双方就产生了分歧。如果没有加密的签名，blockchain 就不知道谁拥有什么。如果在渠道中的平衡为0.05 BTC给Alice和0.05 BTC给Bob，一个交易后的平衡为0.07 BTC给 Alice 和 0.03 BTC 给 Bob，网络需要知道哪个平衡集是正确的。Blockchain 交易通过使用 blockchain 总帐作为时间系统解决了这个问题。与此同时，希望建立一个系统，该系统除必要情况不积极地使用该时间戳系统，因为它对于网络来说是昂贵的。相反，双方可以承诺签署一个交易，但并不公布该交易。因此，如果 Alice 和 Bob 投入资金到 2-OF-2 多重签名地址（其要求

12、双方同意来产生花销），他们都同意目前的平衡状态。Alice和 Bob 可以要求从 2-OF-2 交易中退款给自己，每人 0.05 BTC。这份退款不会被公布到blockchain。任何一方都可以这样做，但他们更可能选择坚持进行该交易，明知自己有能力在自己希望时撤回基金。通过推迟本次交易的公布，他们可能会选择在未来某一日期改变这种平衡。要更新这种平衡，双方产生 2-OF-2 的多重签名地址的新支出，例如 0.07 给 Alice 和 0.03 给Bob。如果没有适当的设计，会产生时间戳问题，不知道哪一项花费是正确的：新的支出还是原来的退款。在时间戳和日期上的限制，不是像在比特币 blockcha

13、in 一样复杂和有序。在小额渠道的情况下，只有两个状态是必需的：当前的正确的平衡，和任何旧的弃用平衡。只会有一个正确的现有平衡，可能有很多不建议使用的旧平衡。因此，有可能在比特币中设计一种比特币脚本来判定所有旧的交易被视为无效，只有新的交易是有效的。失效是由比特币输出脚本，并迫使对方把他们的所有资金给渠道对方。通过采取所有基金作为一个惩罚给对方的方法，从而使所有旧的交易失效。这种失效过程可通过渠道的共识，其中，如果双方都同意目前的分类帐状态（和建立新的状态）过程存在，那么真正的平衡得到更新。仅在一个单一方不同意时才在 blockchain 上反映出来。从概念上讲，这种系统不是一个独立的覆盖网络

14、;它是在现行系统上的一个延迟的状态，因为强制执行仍在 blockchain 上发生（尽管推迟到将来的日期和交易）。2.2 渠道网络因此，小额支付渠道只创立双方之间的关系。要求大家与其他人建立渠道不解决扩展性问题。比特币的可扩展性可以通过小额支付渠道的一个大的网络来实现。The Bitcoin Lightning Network:Scalable Off-Chain Instant Payments区块链南高所 翻译2016/1/20第 4 页 共 28 页如果我们假定一个比特币 blockchain 渠道的大型网络，并且所有参与的比特币用户在比特币blockchain 上具有至少一个开放渠道，

15、在该网络内可以创建近于无限量的交易。在比特币blockchain 上过早地公布的唯一的交易是存在不合作渠道对手的交易。通过哈希链和时间链延迟比特币交易输出，渠道对方将无法直接窃取资金和比特币可以在无对方窃取的情况下直接交换。此外，通过使用交错休息，在没有资金中介窃取的风险的条件下通过多个在网络中的中介机构发送资金成为可能。3 双向支付渠道小额支付渠道允许交易状态简单推迟至稍后时间公布。该合同是以这样的方式执行，创造一方在一定日期之前或之后公布交易的责任。如果 blockchain 是一个分散化的时间戳系统，它可以使用时钟作为分散共识5的组成部分，以确定数据有效性，以及展示当前状态作为订购事件的

16、方法 6。通过创建特定状态的公布或失效的时间表，就可以使用比特币交易脚本创建复杂的合同。已经有前期工作的中心辐射型小额支付渠道7 8 9（和值得信赖的支付渠道网络10 11）监控今日建立枢纽和辐射网络的过程。然而，闪电定位网络的双向小额渠道要求在附录 A中所述的可塑性 Softfork，使在控制中间节点出错风险时有近乎于无限的可扩展性。通过把多个微支付渠道串联起来，有可能创建交易路径的网络。路径可以使用类似 BGP 的系统进行路由，并且发送方可以指定一个特殊的路径给收件人。输出脚本由接收者产生的散列密码限制。通过公开的输入散列密码，收件人的对方就能沿线拉动资金。3.1 频道创建中存在的问题为了参加本次支付网络，我们必须与其他参与者创建这个网络上的小额支付渠道。3.1.1 创建无签署的资金交易最初的提供的资金交易的渠道创建起来是由渠道的一方或者双方输入本次交易的基金。双方建立这项交易的输入和输出，但不签署交易。对于这笔资金交易的输出是参加这个渠道双方的 2-OF-2 的多重签名，今后命名为 Alice 和Bob 脚本。这两个参与者没有为资金交易交换签名，直到他们已经从 2-OF-2 得到