比特币扩容的未来：闪电网络和替代方案简介（BCH 与 LBTC）

基于比特币POW的链上扩容可能需要在去中心化程度上做出妥协，因此人们开始考虑通过链下扩容来解决比特币交易处理能力低、交易费用过高的问题。通过基于密码算法构建支付通道，闪电网络仅在支付通道建立或关闭时才消耗链上资源，从而使双方能够在通道内进行任意数量的无交易交易。

本文介绍了构建闪电网络的两种基本交易模式——RSMC和HTLC，并解释了为什么闪电网络作为一种链下扩展方式，也可以像链上交易一样去信任。

但是比比特币更好的替代项目，闪电网络所需的基础设施仍然缺乏，维护支付渠道的成本很高，使得闪电网络在发展过程中很可能会产生大规模的专业化金融机构。银行。这就是比特币正在对抗并试图取代的中心化机构。因此，闪电网络也引发了比特币支持者的激烈争论。

闪电比特币 (LBTC) 是比特币的一个分叉版本，它试图以另一种方式解决比特币的扩容问题。 LBTC 在保留比特币 UTXO 的基础上，结合 DPOS 共识机制，以这种创新的方式满足了可扩展性的需求，虽然相对于 POW 会牺牲一点去中心化程度。

LBTC认为，在比特币POW的基础上扩大区块容量，边际收益有限，潜在危害巨大（如BCH）；和链下扩张可能导致比特币生态系统回归中心化中介机构统治的传统模式（例如闪电网络）。在比特币的扩容之路上，以闪电网络为代表的链下扩容和以LBTC为代表的链上扩容，可能是解决比特币扩容问题最有潜力的两个实验。

LBTC1.比特币扩容问题

1.1 比特币交易TPS及流程费用引起的问题

比特币区块大小为 2M，大约每 10 分钟产生一个区块。基于此，我们可以计算出比特币的理论TPS：

TPS(BTC)

= 块大小 / TX 大小 / (10 * 60)

= 2 * 1024 * 1024 / 500 / (10 * 60)

≈7

可以看出，比特币平均一秒可以处理7笔交易另外，随着使用比特币的人数增加，比特币交易激增，很可能造成比特币交易拥堵。当出现拥塞时，交易形成队列，等待链上处理，给用户带来一些麻烦。

此外，交易拥堵还会造成另一个严重后果，那就是交易费用暴涨。比特币交易由矿工打包处理，矿工通过挖矿奖励和交易手续费获得报酬，因此矿工增加了交易手续费的动力。由于用户想要更低的费用，而矿工想要更高的费用，市场将形成平衡并达到可接受的费用水平。但是，如果交易拥堵，市场的供需平衡就会被打破，平衡就会倾斜，矿工可以要求更高的费用（理论上矿工有权选择被处理的交易和先打包）。

比特币交易TPS及手续费

历史数据（上图：纵轴为美元交易手续费）显示，2017年底比特币单笔交易手续费一度达到40+美元，高峰时稳定在15美元平台-20 甚至在前后两个月。在不活跃期间，交易费用一般可以维持在 0.3-1.$5 之间。

虽然淡季的费用看似可以接受，但要满足于现状是不可能的。毕竟比特币是一种被寄希望于大规模应用的加密货币，应该具备应对大规模交易的能力，正因为如此，比特币的可扩展性问题（Scalability Problem）成为了最受诟病的缺陷。

1.2 比特币的链上可扩展性

正如我们上面提到的，比特币追随者已经意识到比特币扩容问题的严重性和紧迫性。那么如何扩容呢？这是争议的核心部分。

第一种扩容思路称为链上扩容。所谓链上扩容，顾名思义，就是通过修改共识协议的参数来实现更高的TPS数据。对于比特币来说，增加出块的时间间隔，增加出块容量，减少交易的容量占用，都是理论上可行的思路。但是，作为当今市值最大的加密货币体系，比特币的修改可以说是牵一发而动全身，不得不极其谨慎。事实上，为了防止由于全节点门槛高而没有去中心化，比特币想要缩短出块时间间隔几乎是不可能的。因此，可能性被压缩为块大小和事务大小占用。

在交易能力方面，比特币的框架决定了交易的形式和内容，减少的空间有限。隔离见证（SegWit）升级后，交易结构得到了一定程度的优化，但是这方面带来的变化肯定是非常有限的。

我们不得不将注意力转向块大小。由于最初的比特币协议规定区块大小为 1M，在当前互联网基础设施快速发展的时代，这似乎并不构成任何压力。一些支持者提出可以取消容量限制，提高容量上限。事实上，比特币的分叉协议比特币现金（BCH）就是这样做的：BCH直接将区块大小增加到32M，并威胁未来将继续大幅增加。比特币在隔离见证升级后也获得了近 200 万的区块容量。

但是，这种扩容思路值得商榷：原因在于扩容带来的好处非常有限，而去中心化的损害却很大。

我们可以做一个简单的比较：

·比特币现金（BCH）将区块大小增加到32M，相比比特币（BTC）可以实现16倍TPS的提升；

·闪电比特币（LBTC）通过基于UTXO的DPOS，TPS比比特币（BTC）提升约200倍。

但是，增加BCH的块大小会大大提高全节点的门槛，以及P2P网络中块流的效率和速度。这是比特币原教旨主义的一个非常令人担忧的问题。也正因如此，比特币（BTC）在增加区块容量方面极为谨慎，一直不愿放宽限制。

1.3另一个想法

如果链上扩容的好处有限，潜在的损害很大，我们可以把注意力转向链下扩容思路吗？

答案是肯定的。链下扩容可以通过链下（Off-Chain）或跨链（Cross-Chain）的思路来解决。

我们先说跨链。跨链是指通过将比特币网络连接到具有更高 TPS 的区块链来实现显着更高的 TPS。但这样做需要一个公认的、可行的跨链技术方案，以及子链生态系统的解决方案。这很尴尬，因为我们必须引入一个全新的区块链。

链下扩容是最受关注和可行的解决方案。著名的闪电网络就是这样一种链下扩容解决方案。

链下扩容的意思是指交易在链下完成，不占用链上资源；当一系列交易完成时，最终结果将传达给链。通俗的说，你可以想象一个小银行，帮助你完成一系列转账交易，然后周期性地将余额数据传输到链上。

下面，我们将详细描述闪电网络的运行机制，并评估这种扩展方式是否真的有效。

2.闪电网络基本工作原理

2.1个支付渠道

很多人会有一些疑问，比如：闪电网络既然是链下交易，我们为什么可以信任它？

这是个好问题！如果你问这个问题，至少你对区块链有一定的了解。闪电网络确实在链下完成交易，但我可以保证它的运行机制是非常可靠的。闪电网络依靠一系列密码安全的方案来完成支付通道的建立、支付和余额变更，甚至节点路由等功能。

这里我们引入一个新名词：支付渠道。支付通道听起来很抽象，但你可以这样理解：它是在两个交易者之间开设并由两个交易者维护的账户。当交易发生时，该交易记录在该账户中。经过一段时间和几次交易后，账户余额将被记录在比特币链上。

Lightning Network 是一个支付渠道网络。除了支付通道的创建和关闭需要通过链上交易来实现，其他操作都是链下的。基于此，闪电网络实现了良好的链下扩展性，极大地扩展了比特币的交易潜力。

2.2 支付渠道和 RSMC 交易

支付通道的开通、关闭和余额变化都是通过一种称为RSMC的交易类型来实现的。

RSMC的全称是Revocable Sequence Maturity Contract，意思是一个Sequence Maturity Contract，由一系列交易组成，以实现特定的功能。

支付渠道和RSMC交易

我们以 Alice 和 Bob 互相转账并在他们之间建立支付渠道为例。尝试尽可能简单地解释建立支付渠道的过程。

整个通道的构建步骤如下：

1）Alice 和 Bob 各自取出他们的初始 BTC 并构建一个 Funding 交易。这笔交易的输入是他们各自取出的BTC；输出是 2-of-2 多重签名条件。此时，Funding 交易还没有被两者签名，也没有被广播。

2）Alice 创建两个 Commitment 交易。

第一笔交易的输入花费Funding交易，交给Bob签名（此时Alice不签名）；交易包含2个输出的结构，第一个输出需要Alice和Bob的多重签名（Alice2代表Alice的另一个私钥），第二个输出需要Bob的签名。

第二笔交易指向第一笔交易的第一个输出，由 Bob 先签名，其自身的输出指向 Alice 的地址。本次交易有Sequence条件，即要求上一笔交易必须经过Sequence确认后才能打包入块。

3）Bob 也创建了两个 Commitment 交易，交易结构与 Alice 创建的交易完全对称。

4）完成上述Commitment交易设置后，双方签署Funding交易并进行广播。

让我们简单解释一下：

Funding交易的作用是让双方拿出资金建立通道；后者承诺交易的作用是允许双方单方面要求退还（refund）资金。 Alice 和 Bob 都有权单方面触发退款。不过，无论谁先触发退款，对方都能立即得到退款，而他必须等待序列时间才能得到退款。这样一来，Alice 和 Bob 可以随时取消通道并终止合作，双方的资金安全都可以得到保障。

2.3支付渠道余额更新

现在支付通道已经创建好了，如果 Alice 和 Bob 想要互相转账，应该怎么做？

具体思路是：当双方协商发起一笔交易时，双方共同构建另一套Commitment交易来替代原来的Commitment交易，并更新交易内容中的余额信息。

问题是，原来的Commitment交易还在，双方都交换了签名，怎么能放弃呢？

解决方案也很巧妙。当双方创建一个新的 Commitment 交易时，需要发起者的签名来对应一个新的私钥（我们称它为 Alice3、Bob3）；此时 Alice 告诉 Bob 她的原始私钥 Alice2 ，Bob可以将原来的交易修改成新的惩罚性交易，交易的输出是自己，取消Sequence限制；这样万一Alice私下签署了Commitment交易，Bob可以广播修改后的交易来实现惩罚，结果，Alice 损失了自己的资金。因此，一旦 Alice 告诉 Bob 关于 Alice2 的事情，就相当于宣布原来的 Commitment 交易无效。Bob 这边也是如此。

原理确实有点复杂吧？给出一个简单易懂的结论：当交易余额需要更新时，交易双方可以构造一个新的Commitment交易，保证任何一方都不能单方面篡改资金余额，为自己谋取利益。

至此，我们支付渠道的问题已经彻底解决了。在支付通道的构建、关闭和余额变化过程中，可以保证双方在没有互信的情况下实现关联交易的构建。因此，即使是链下的支付渠道也是完全无信任的。

3.闪电网络节点路由

3.1 为什么需要节点路由

支付通道的建立，保证了任意两个交易方都可以在链下建立一组账户，用于记录交易余额的变化，实现去信任框架下的交易行为。

但是，还有一个问题尚未确定。解决方案。我们知道小额支付的频率很高，而且对象也不固定，那么是不是说当任何两个人需要完成一笔支付或转账交易时，他们之间就必须建立支付渠道呢？当然不可能！如前所述，支付通道的建立和关闭都是通过链上交易实现的。如果闪电网络的用户需要在支付前与交易对手建立支付渠道，这与直接链上交易相同。交易没有任何区别。这显然是荒谬的。

为了解决这个问题，我们需要构建不同支付渠道之间的路由机制。

例如，假设 Alice 与 Bob 建立了支付渠道，Bob 也与他的朋友 Kevin 建立了支付渠道。现在 Alice 想给 Kevin 转账，那么他们可以使用 Bob 作为中介，通过 Alice→Bob→Kevin 的路径来实现支付行为，不需要建立新的支付渠道！

3.2 支付通道路由和HTLC交易

HTLC 交易全称 Hashed Time-lock Contract，即被哈希时间锁定的合约。简单的理解就是合约被一个哈希值和一个过期时间参数锁定。

相信大家已经厌倦了那些极其复杂的技术解释。下面是一个简单的例子来说明HTLC的基本原理。

在上面的例子中，我们找到了一条路由路径 Alice→Bob→Kevin。假设 Alice 想付给 Kevin 1BTC。

首先，Bob做了一个保险箱，存了1BTC，交给了Kevin； Alice 也做了一个类似的保险箱，存入 1BTC 并给了 Bob。两个保险箱的密码相同，需要由 Kevin 提供。当 Kevin 提供密码时，密码将被公开，这意味着任何人都可以看到密码。

交易执行时，Kevin会提供密码打开Bob发送的保险箱，获得1BTC； Bob知道密码后，会打开Alice发送的保险箱，获得1BTC。

我们注意到Bob相当于交易中的中介（Escrow），他的存在使得Alice→Kevin的交易得以实现。因此，理论上，Bob 可以收取一定的佣金作为匹配 Alice 和 Kevin 之间的交易的奖励。例如，Bob 可以将 0.99BTC 放入 Kevin 的保险箱，留下 0.01BTC 作为这笔交易的佣金。

虽然我们的类比可能不完全符合实际情况，但相信也能大致说明HTLC的原理。 HTLC 也是无需信任的。这意味着我们可以通过由众多 RSMC 和 HTLC 合约构成的庞大网络来支持链下的高频小额支付活动，而无需担心资金安全。

4.闪电网络VS。 LBTC：关于如何扩张的争论

4.1 对闪电网络的一些评论

不得不说闪电网络是一个非常天才也非常成功的想法，至少它已经在大规模实施的路上了。目前，比特币社区十分关注闪电网络的实施，闪电网络内部的交易也有一定的活跃度。

然而，闪电网络远非真正的大规模应用。我认为闪电网络可能存在几个问题，或者至少存在一些问题：

1）闪电网络对基础设施的要求很高。由于闪电网络的定位是小额高频支付，因此必须有配套的设备和软件应用来支持闪电网络所需的算法。但是如果你看现在的情况，你会发现大部分能够支持闪电网络的钱包都是托管钱包，而不是真正的去中心化钱包。然而比比特币更好的替代项目，真正的去中心化钱包距离被普通用户接受还差得很远。在这样的背景下，闪电网络的意义值得怀疑。

2）闪电网络作为一种链下支付工具，对中介和交易双方的要求比链上更高！具体来说，中介机构需要在线操作，并且双方都必须在线，才能提供签名并构建 RSMC 和 HTLC 交易。这样的模式对中介机构提出了挑战，能力弱、规模小的中介机构必然难以生存。相比之下，链上交易对中介和节点没有那么严格的要求；新生成的比特币交易只需要扔进P2P网络，等待交易打包出新区块，无需太担心。很多问题。

虽然提到了一些缺点，但不得不说，在实际使用中，闪电网络到货快、手续费低的优势是存在的。此外，由于闪电网络的链下结算特性，还具有交易隐私保护等诸多侧面优势。

闪电网络

4.2 加深闪电网络内部矛盾

闪电网络有很多争议，最值得注意的是：闪电网络重新鼓励了中心化机构的创建，而这正是比特币试图取代的。

如上所述，闪电网络需要依靠一些中间节点来匹配网络内的交易对手。这些中间节点（我们暂称它们为Hub）需要保持在线以不间断地提供服务，获取客户并匹配他们的交易，维护大量的支付渠道，并储备足够的BTC来满足流动性需求。当闪电网络出现时，整个网络必然需要一些大规模、优秀的服务Hub来匹配交易。

闪电网络的内在矛盾

作为结算中心，Hub还可以提供类似于传统银行为机构和个人客户提供的预付款、交易结算、临时贷款，甚至长期抵押贷款等金融服务。比特币的形式。在这个过程中，比特币退化为闪电网络中的结算工具，逐渐失去了资产属性，就像今天的贵金属在金融体系中的地位一样。

更夸张的是，Hub 的比特币资金调度和结算功能，以及庞大的资金量，很可能促使监管部门对 Hub 施加各种限制。这些枢纽将逐步成为高度专业化和持牌的金融机构，监管部门也将对企业或个人设立枢纽的高门槛。这些大型 Hub 可能会在很多方面被纳入监管体系，例如持有 BTC 资产的流动性、法定准备金率、对客户的授信以及资产负债的到期管理等。银行受监管机构监管相同。

然后问，这些 Hub 不是比特币创造者嘲笑并打算取代的银行吗？

更可怕的是，在比特币的资产属性和货币属性都不那么流行的时候，闪电网络可能会直接催生一个以比特币作为结算媒介的在线金融机构系统。进一步调解 BTC 交易。这真的是一件很容易失控、很可怕的事情。

4.3 闪电比特币是比特币扩容的另一种选择吗？

作为闪电比特币（LBTC）的支持者，有必要介绍一下LBTC解决扩容问题的思路。

LBTC采取了另一种思路：他既不希望像闪电网络那样通过线下中介方式解决小额高频支付的问题，也不希望像BCH那样扩大区块容量。提高TPS。 LBTC认为，链下扩容与去中心化原则背道而驰，单纯在POW机制下扩容是治标不治本。

BCH 毫不犹豫地通过扩大区块容量来提高 TPS。这个想法在理论上当然是可行的。但是，这种改进的边际收益很低。因为当BCH将区块容量增加数十倍时，去中心化程度将受到极大威胁。

部分POW原教旨主义者认为LBTC采用的基于UTXO的DPOS机制不够去中心化？我可以肯定的告诉你一个结论：如果BCH的TPS甚至可以达到LBTC的零头，那么它的去中心化程度肯定会降低到甚至DPOS机制；而如果BCH保持着类似DPOS的去中心化程度，那么它的TPS肯定远不如LBTC。

原因是巨大的区块难以在P2P网络中流通，POW挖矿生态会不可逆地收敛，导致去中心化程度的崩溃。如果 BTC 从 1M 增加到 2M 网络完全可以承受，那么从 2M 增加到 128M 几乎处于危险边缘。

我不是在这里批评 BCH。 BCH的价值在于它仍然凝聚了相当数量的算力，但它也极度依赖这种算力。在真正的扩容方面，我相信只有比特币闪电网络和LBTC才能同台竞技。但也许两者都会在各自的领域取得成功。

4.4 如果你不熟悉LBTC...

其实这篇文章并不是想为LBTC做广告，毕竟它的知名度远不及BCH和闪电网络。但是由于很多朋友会混淆LBTC（Lightning Bitcoin）和Lightning Network（闪电网络）的概念，所以有必要简单介绍一下。

LBTC 与闪电网络同名，但不相关。据 LBTC 团队介绍，该名称最初是用来表达 LBTC 交易确认速度快的应用场景以及小额高频支付的愿望，与闪电网络无关。希望你不要混淆。

LBTC采用基于UTXO的DPOS，更具创意。他们认为 UTXO 非常健壮，因此不愿取代比特币设计的精髓 UTXO。 LBTC的DPOS是一个固定的时间块，目前应该是3秒左右。 LBTC 认为这种共识机制不仅可以保持一定程度的去中心化，还可以实现 POW 无法达到的高速和高效。

在比特币白皮书中，中本聪明确定义比特币是一种点对点的电子现金系统。 LBTC 团队认为，实现这一目标的最佳方式是在效率和比特币的稳健性之间取得平衡，使提高效率的边际收益最大化。很抱歉，BCH 是一个反例，因为我不认为 BCH 是解决比特币扩容问题的出路。