小白科普 | 闪电网络

闪电网络（Lightning Network）是一个去中心化的系统。闪电网络的卓越之处在于，无需信任对方以及第三方即可实现实时的、海量的交易网络。

闪电网络起源于比特币的扩容问题，详见：比特币扩容为什么选择2MB？

闪电网络是基于微支付通道演进而来，创造性的设计出了两种类型的交易合约：序列到期可撤销合约RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract，哈希时间锁定合约HTLC（Hashed Timelock Contract）。

RSMC解决了通道中币单向流动问题，HTLC解决了币跨节点传递的问题。这两个类型的交易组合构成了闪电网络。

RSMC 创建

我们先来创建一个序列到期可撤销合约（RSMC），爱丽丝和鲍伯是合作方，经常有比特币往来，所以他们决定各拿出0.5BTC放入通道中，便于业务往来。

解释一下下方RSMC交易的结构（图X），左侧为爱丽丝的视角，右侧为鲍伯的视角。中间Funding Tx为共同可见，C1a和RD1a为爱丽丝持有，C1b和RD1b为鲍伯持有。交易图中带有尖括号的签名表示待填入。

RSMC交易的结构图

1、双方各拿出0.5BTC，构建Funding Tx，输出为爱丽丝和鲍伯的2/2多重签名。此时， Funding Tx未签名，更不广播。
2、爱丽丝构造Commitment Tx：C1a和RD1a，并交给鲍伯签名。C1a的第一个输出为多重签名地址，爱丽丝的另一把私钥爱丽丝2和鲍伯的2/2多重签名，第二个输出为鲍伯 0.5BTC。
3、RD1a为C1a第一个输出的花费交易，输出给爱丽丝0.5BTC，但此类型交易带有sequence，作用是阻止当前交易进块，只有前向交易有sequence个确认时才能进块。
4、鲍伯构造Commitment Tx：C1b和RD1b，并交给爱丽丝签名。结构与C1a、RD1a是对称关系。
5、鲍伯对C1a和RD1a进行签名，并将签名给爱丽丝；同理，爱丽丝对C1b和RD1b签名，完成后给鲍伯。此时，由于并未对Funding Tx进行签名，任何一方均无法作恶，任何一方也不会有任何损失。
6、双方均完成对commitment Tx的签名并交换后，各自再对Funding Tx进行签名，并交换。此时，Funding Tx是完整的交易，广播之。

上述过程以及结构图的描述，就是创建RSMC的全部过程。

C1a, C1b两笔交易花费的是同一个输出，故他们两个交易只有一个能进块。若爱丽丝广播C1a，则鲍伯立即拿到0.5BTC（C1a的第二个输出），而爱丽丝需要等C1a得到1000个确认，才能通过RD1a的输出拿到0.5BTC。另一方，若鲍伯广播C1b，则爱丽丝立即拿到0.5BTC，鲍伯等待C1b得到1000个确认，才能通过RD1b拿到0.5BTC。也就是说，单方广播交易终止合约的那一方会延迟拿到币，而另一放则立即拿币。

交易更新

爱丽丝和鲍伯各自0.5BTC的余额，此时爱丽丝从鲍伯处购买了一件商品，价格为0.1BTC，那么余额应该变为爱丽丝 0.4BTC，鲍伯 0.6BTC。于是创建新的Commitment Tx，对于爱丽丝来说是C2a 和RD2a，对于鲍伯来说是C2b和RD2b，过程与上面类似。

交易更新时的交易结构

此时两个状态均是有效的，那么最核心的问题来了，如何才能彻底废弃掉C1a和C1b呢？
RSMC采用了一个非常巧妙的方法，在C1a的第一个输出中，采用了爱丽丝2和鲍伯的多重签名，爱丽丝将爱丽丝2 的私钥交给鲍伯，即表示爱丽丝放弃C1a，承认C2a。

交易更新时的多重签名

爱丽丝交出爱丽丝2的私钥给鲍伯，那么鲍伯就可以修改RD1a的输出给他自己，形成新的交易BR1a。若爱丽丝破坏合约存在C2a的情况下依然广播出C1a，那么爱丽丝的惩罚就是失去她全部的币。爱丽丝交出爱丽丝2的私钥，或者对交易BR1a进行签名，两者是等同的，都是对C1a的放弃。

反之亦然，鲍伯交出鲍伯2的私钥给爱丽丝即意味放弃C1b，而仅能认可C2b。

引入sequence的目的是，阻止后续交易进块（RD1a），给出一个实施惩罚窗口期，当发现对方破坏合约时，可以有1000个块确认的时间去实施惩罚交易，即广播BR1a代替RD1a。若错过

1000个块时间窗口，则无法再实施惩罚了（RD1a进块了）。

交易关闭

关闭RSMC，直接按照最终的余额构造出一个Commitment TX即可，例如输出为爱丽丝0.1BTC，鲍伯0.9BTC，无需再设置多重签名，构造惩罚交易等。

中转交易

爱丽丝想要支付0.5BTC给鲍勃，但她并没有一个渠道来和他进行交易。幸运的是，她和查理有一个交易渠道，而查理正好和鲍勃有一个交易渠道。这样爱丽丝就能借助查理的交易渠道，通过哈希时间锁定合约（HTLC）来和鲍勃进行交易了。

中转交易示意图

为了完成这次交易，爱丽丝就会给鲍勃发短信说：“嘿！我要给你付笔款。”这时鲍勃自己将收到一个随机数字（R），接着鲍勃便会回一个被哈希的数字（H）（你可以认为被哈希的数字R是随机数字的一种加密形式）给爱丽丝。然后爱丽丝的钱包紧接着就会联系查理说：“嘿，查理。如果你给我生成（H）的未加密值（R），那么我就同意更新我们渠道的支付分配，这样你就可以得到的就会比0.5BTC多一点，我得的比0.5少一点。”尽管查理并不知道R，但他也会同意。之后查理便会去找鲍勃说：“嘿，鲍勃。如果你给我那个能生成H的未加密的值R，我将同意更新我们渠道的支付分配，这样你就可以得到的会比0.5BTC多一点，我得到的比0.5少一点。”

因为R就是从鲍勃这里生成的，所以他肯定知道。接着他马上将R告诉查理，并更新了其渠道的支付分配。然后查理将R告诉给了爱丽丝之后也更新他们的渠道，最后交易完成，爱丽丝以脱链的形式付给鲍勃0.5BTC。

总结

RSMC通过巧妙的设置Commitment TX的多重签名输出，以及sequence的延迟进块形成惩罚窗口期，解决了在微支付通道中的币单向流动问题。