闪电网络综述:比特币网络的L2解决方案(上)

构建互联网原生交易链其实是一场马拉松,而不是短跑,而我们正处于一个拐点,但也处于曲线的起点。

Arcane的《The State of Lightning》强调了闪电网络是如何让世界各地的人们更容易接触到比特币的。归根结底,构建互联网原生交易链其实是一场马拉松,而不是短跑,而我们正处于一个拐点,但也处于曲线的起点。在本文中,我们可以看到闪电网络已经使人们能够通过互联网本地全球交易即时汇款,在新兴市场有巨大的机会。

来源:Arcane Research

编译:陈一晚风

闪电网络现状概述

比特币是一种不受中央控制或任何银行或政府监管的数字货币。比特币持有者可以依靠比特币网络巧妙的技术设置和激励机制来保护他们的价值,而不是信任中央银行或政府来确保他们所持货币的价值。

比特币批判人士认为,作为一种支付网络,比特币的发展速度太慢。这种说法在一定程度上是正确的,因为比特币的链上吞吐量峰值为每秒7个交易包。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,但也存在一定的弊端。一直以来,缓慢的验证和生成时间以及对矿工的激励,是比特币的核心价值主张。

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。

图1 -每秒visa交易量vs.比特币链上每秒交易量vs.闪电网络

1.闪电网络使用量的增长速度比公开数据显示的要快

2015年,Joseph Poon和Thaddeus Dryja在一份白皮书草案中首次描述了闪电网络背后的关键想法,但随着2018年闪电网络的推出,导致将这一概念转化为工作代码则需要三年时间。早期的几年主要是技术开发和小众应用,而我们现在仍然处在这个阶段,但自2020年底以来,闪电网络使用量已经显著增加。

图2 -比特币闪电网络生态系统

据公共统计数据所显示的总信道容量和节点数量,闪电网络正在迅速增长。下图显示了闪电网络今年BTC容量的指数级增长。

图3 - 闪电网络:2018-2021年公共BTC容量  

然而,公共指标并不能显示真正的使用量增长幅度。由于来自闪电生态系统中重要角色的高度详细的输入数据,我们已经能够对闪电网络的历史使用情况进行详细的估计。过去一年,钱包支付量的增长远远超过了最广泛引用的增长指标——渠道总容量。从2021年初到8月底,钱包支付量每月增长20%,而公共渠道容量的相同数字为10%。今年9月,这种差异进一步扩大,支付量几乎翻了一番,而公共渠道容量增长了26%。

图4 -闪电网络钱包支付量的增长(美元)与公共容量(BTC)的增长

自2020年底以来,闪电网络的使用量一直在急剧上升,到2021年9月,增长呈抛物线形。这主要还是因为萨尔瓦多国家引入了比特币作为法定货币。截至10月1日,萨尔瓦多总统Nayib Bukele表示,已有270万萨尔瓦多人加入了Chivo的钱包。Chivo用户的数量并不直接等同于活跃的闪电网络用户的数量。尽管如此,现在仍有270万萨尔瓦多人可以在手机上通过闪电网络进行支付,而其他知名公司也在启用闪电支付。例如,拥有700万用户的Paxful于9月14日宣布其闪电网络集成。此外,Twitter于9月23日推出了一项与闪电网络集成的小费服务,使Twitter的1.86亿用户能够利用闪电网络相互发送小费。

2.闪电网络服务的使用正在从由在线服务主导转向日常使用

使用闪电支付的用户数量的增加并不等同于闪电使用量的迅速增长。但我们的闪电网络钱包统计数据显示,上述的支付量在9月份翻了一番,而且随着新用户开始使用闪电支付,支付的构成正在发生变化。除了闪电钱包之间的转账,交易和赌博等在线服务的支付占据了支付量的主导地位。9月份的数据显示,这种情况正在迅速发生变化,商户支付和礼品卡等更典型的日常使用的个人转账和支付的增长速度是在线服务的两倍。

图5 -使用闪电付款的用户  

 

图6-钱包用户的闪电支付和个人转账

3.闪电网络仍处于早期阶段

比特币和闪电网络可以为数十亿没有银行账户的人提供进入一个运转良好的货币系统的途径,为数百万已经有银行账户的人提供更便捷的途径。从采用浪潮开始,我们已经确定闪电网络活动的潜在影响范围,基于一组基于人口统计数据的假设,如无银行账户的人数、有互联网接入的人数、互联网使用率的增长等,我们对闪电网络的使用情况做出了预测。广泛的闪电网络应用可能需要一段时间,但当比特币站稳脚跟时,使用量可能会呈指数级增长。在萨尔瓦多采用闪电支付的潜在情况下,到2026年,近90%的成年人口将可以使用闪电支付。闪电网络的使用曲线呈S形,每月的家庭支出和汇款额将增至约6.5亿美元,每月的交易量将达到2000万笔。

图7 -萨尔瓦多到2030年的家庭支出和汇款中使用闪电的潜在情景  

如果成功,其他国家将尝试效仿萨尔瓦多的做法。第一个紧随其后的国家可能是其他银行准入条件差、本币升值或被取消的国家。我们在高度依赖汇款和严重依赖美元的银行状况不佳的国家中,列出了潜在追随者的“热门名单”。这些国家总共有8.5亿人口,其中650人目前没有银行账户。如果在2030年之前,有10%的国家使用比特币,那么到2020年代末,闪电用户将增加5000万。到2030年,这些用户的闪电支付年交易额将超过170亿美元,通过家庭支出和汇款支付的闪电交易将超过12亿美元。这些数字将在21世纪30年代增加,仅通过增加使用,更不用说更多的国家也会赶上来。

图8 -到2030年,其他银行状况不佳和美元化国家的家庭支出和汇款使用闪电的可能情景。

4.闪电网络可以扰乱服务的提供方式

闪电网络的应用范围并不仅限于在银行状况不佳的国家作为交易媒介。在下图中,我们显示了不同类型转账的传入交易量和交易计数,个人转账除外。从数量上看,从早期存款到交易和赌博服务的提款占主导地位。然而,在下面的图中更靠右的地方,我们发现了闪电网络唯一性的证据。游戏奖励和收益仅占约4000美元的交易量,但却有18.9万笔交易,这意味着平均交易规模为2美分。这些交易清楚地证明了在闪电网络上进行小额支付的可能性,可能允许用户和公司几乎立即进行结算,从而降低交易对手风险。

图9 - Lightning钱包统计-传入交易分布(2021年)年8.月)不包括钱包对钱包

闪电网络和即时小额支付的可能性,极有可能改变我们为某些服务支付的方式。我们已经看到了第一步,但在未来,流动货币的替代方式将给许多受欢迎的服务带来革命性的变化。

现金流的可能性可能会颠覆我们今天所知道的商业模式。为什么我们不能按Spotify上听歌曲的每分钟付费,或者按Netflix上看电影的每秒钟付费呢?如果你可以直接从你的闪电钱包支付而不泄露任何关于你自己的信息,为什么你要把你的信用卡细节给内容服务?

对闪电网络活动的潜在影响可能是巨大的,可以带来数以百万计的用户,如果不是数十亿的话。下面,我们列出了一些服务的全球用户数量,在这些服务中,闪电支付可以成为支付这些服务的另一种方式。没有理由停止使用这些服务。然而,这三种类型的用户中有大量的用户,说明了这些类型的服务对闪电网络活动可能产生的极端影响。下图展示了闪电网络的潜在影响,显示了通过闪电网络为游戏、视频和音频服务付费的用户数量的增长。

图10 -使用闪电支付的游戏、视频和音频服务用户

为了估算闪电网络的游戏、视频和音频潜在用户数量,我们采用了报告中详细解释的一系列假设。到2030年,我们估计将有7亿用户通过闪电网络为游戏、视频和音频付费。

另一个可能会让你大吃一惊的估计是潜在闪电交易的数量。根据每天在这些服务上花费1小时的保守估计,以及平均25%的时间用闪电支付消费服务,我们的估计相当于到2030年每年不少于364万亿笔闪电交易。

虽然这只是一个估计,但如果通过改变传统的支付流模式,将权力从供应商转移到用户,那么新的、创新的公司和服务将会出现。到2030年,使用闪电服务的用户超过7亿并非不可能。然而,问题是,他们会使用Steam、Netflix和Spotify,还是一个围绕闪电网络建立服务的全新服务?

所有这些估计似乎都有些牵强和荒谬。然而,我们不能忘记过去几十年我们在许多领域看到的创新和极端增长。互联网对全球信息共享的影响是无法预测的。许多人对互联网以及它如何用于传输文件、电子邮件、音频和其他内容持怀疑态度。这些技术挑战的解决速度比许多人预期的要快。如今,有50亿人使用互联网,我们每天发送600多亿条WhatsApp消息,据估计,到2025年,我们每天将发送3760亿封电子邮件。比特币和闪电网络也基于开源协议和软件,就像互联网一样,这使得另一个互联网故事更有可能发生,有来自世界各地的创新和贡献。

比特币支付的新标准

1.什么是比特币闪电网络?

比特币批判人士认为,作为一项支付网络技术,比特币发展缓慢。然而,比特币缓慢的吞吐量是比特币核心价值主张的基础,这让它具有最先进的安全性。闪电网络代表了比特币缓慢吞吐量的解决方案,作为比特币区块链作为Layer 2替代方案的扩展,实现快速、廉价和大量的交易。

1.1比特币链上网络

比特币是一种不受中央控制或任何银行或政府监管的数字货币。比特币持有者可以依靠比特币网络巧妙的技术设置和激励机制来保护他们的比特币价值,而不是信任中央银行或政府来确保他们所持货币的价值。作为设置的一部分,比特币网络使用区块链存储网络信息。

简而言之,区块链是一个公共分布式账本,所有的交易都记录在这里。每个区块包含具体的信息,如时间、金额和每笔交易的交易对手。它还包括一个复杂的数学难题的答案,这是独特的每个块。

尽管如此,比特币的技术也有其缺点。作为一个点对点电子现金系统,有两个局限性。第一个是吞吐量,它是通过事务块的大小来度量的。最初,这并没有受到显式限制,而是受到任何给定块中P2P协议消息的最大大小32 MB的隐式限制。然后,在2010年9月,Satoshi Nakamoto在协议中增加了1 MB的块大小限制。最初的目标是防止服务器攻击,因为此时事务数量远未达到极限。

随后,在2017年8月,对比特币协议进行了升级,称为SegWit,通过引入权重概念,极大地改变了区块的测量方式。区块大小限制被400万单位的区块重量所取代,这相当于在完全采用SegWit的情况下将最大区块大小增加到大约4MB。随着比特币的日益普及,可扩展性问题已经显现出来,尽管这是为了解决可扩展性问题,但在它能够处理人类每天进行的数百万笔小额交易之前,可扩展性的能力最终会达到一个上限。

图11 - 比特币链上每秒交易vs. Visa每秒交易

第二个限制是高额的交易费用。在比特币交易被包含到一个区块之前,它会进入内存池,同时等待矿工的验证。由于有大量交易等待验证,矿商受到激励,首先验证收费较高的交易。换句话说,交易费用与确认时间有关,并随着网络流量的增加而增加。

然而,这些限制本身并不是弱点。缓慢的验证和生成时间,以及对矿工的激励,是比特币的核心价值主张,安全性的基础。比特币是数量级上最安全的区块链。因此,有必要理解区块链中的参数更改,例如增加块大小或减少块时间,将以安全性为代价。这就是闪电网络的天才之处:交易不记录在区块链上,因此不需要挖矿,使闪电支付即时且成本极低。这一切都是在使用比特币。

1.2 闪电网络的创新性

比特币网络和闪电网络之间的区别是,比特币网络向链广播每一笔交易,而闪电网络根据链验证通道状态。由于链上交易需要传输大量的数据,比特币区块链每秒可以处理有限数量的交易。相比之下,信用卡供应商声称每秒最多可处理65,000笔支付交易。由于闪电网络是建立在比特币之上的,在大幅提高交易能力并降低成本的同时,它代表了传统支付提供商和真正的点对点电子现金系统的一个有竞争力的选择。

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。此外,闪电网络交易的成本非常低,没有块大小限制,在供应方面成为瓶颈。总之,闪电网络的速度和成本效益有可能颠覆整个行业。

图12 - 比特币链上每秒交易vs. Visa每秒交易vs.闪电网络

1.3闪电网络的使用

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。支付通道是闪电网络中称为节点的两个交易方之间的连接。每个交易对手都承诺了一定数量的比特币,这些比特币可以发送到另一方的渠道。

两个对等方可以决定通过在区块链上创建多签名交易来打开一个支付通道,允许他们之间转移资金,而不需要在区块链上广播他们的交易。最终,当任何一方或双方决定不再需要该通道时,将向区块链广播与双方最终余额相对应的交易。

闪电网络是比特币网络的Layer 2解决方案,这意味着它建立在比特币的基础上。我们可以通过检查闪电网络的一个通道的开口清楚地看到这一点。当两个对手方(节点)决定在闪电网络上开通一个通道时,他们需要通过比特币区块链上的交易为该通道提供资金。在开盘交易中,每个节点提交存储在区块链上的比特币数量,为其渠道一侧提供资金。在下图中,Alice和Bob在开始交易时各自向他们这边的通道提交了1个比特币。他们通过在区块链上签署多重签名UTXO(未花费的交易输出)来实现这一点,他们在区块链上分别提交1个比特币。简单地说,他们现在在区块链上锁定了1个比特币,只能通过闪电网络通道的新输入来移动。根据下面的说明,我们已经从图左下角的链上打开交易移动到图左上角的Alice和Bob之间新打开的通道。

图13 -闪电网络的支付通道示意图

一旦通道打开,Alice和Bob就可以开始相互发送支付。首先,Alice付给Bob 0.5比特币。图中显示了在Alice向Bob发送0.5 BTC后,从左上方新打开的通道移动到右上方。然后Alice这边的信道减去0.5 BTC加上Bob这边的信道。交易结束后,Alice有0.5个比特币,Bob有1.5个比特币。现在,Bob想给Alice发0.25比特币。Bob在他这边有足够的资金,因此可以向Alice发送0.25比特币。在这次交易之后,Alice现在有0.75比特币在她这边,Bob有1.25比特币在他这边。

Alice和Bob现在可以永远继续通过闪电网络相互发送比特币交易下去。然而,在我们的例子中,Alice决定不再需要Bob的支付通道。因此,她决定关闭该通道。Bob不能阻止Alice这样做,但他可以阻止她向区块链发送错误信息。如果Alice试图在她这一边发送一个超过0.75比特币的最终账本,Bob可以用他的证据来反驳,他的证据是Alice在两者之间的最后一笔交易后只有0.75比特币。为了防止人们试图通过虚假的结帐声明窃取比特币,闪电网络有一个相应的惩罚协议。如果Alice发送了错误的信息,而Bob证明了这个信息是错误的,那么通道中的所有资金都会转移到Bob这边。换句话说,Alice会因为愚弄Bob而损失0.75比特币。

但是Alice并不想从Bob那里偷东西,Bob也同意关闭通道。因此,他们关闭了合作渠道。他们在结案声明上签字,确认Alice持有0.75比特币,Bob持有1.25比特币。结算交易现在可以参与区块链。还记得Alice和Bob吗,他们在开始的交易中各自承诺了1个比特币。在交易结束时,闪电网络发布的交易结束公告告诉我们,这一数额将被重新分配,这意味着Bob现在将其链上持有的比特币增加到1.25比特币,而Alice将其链上持有的比特币减少到0.75比特币。

上面是一个双向通道的示例,它仅限于两方进行事务处理。然而,全球可行的支付网络并非建立在双向支付渠道之上。一种叫做哈希时间锁定合约(HTLCs)的技术允许通过支付通道的路径发送支付,而不是向网络上的每个其他人和公司建立一个直接的支付通道。

闪电网络是一个支付通道网络,这意味着每个节点都连接到另一个节点1。在我们的微型闪电网络中,为了便于说明,我们把通道网络做得非常简单。Alice和Bob又开了一个通道,两边各有一个比特币。另外,Bob和John开了一个通道,John又和Sarah开了一个通道,Sarah也和Charlie开了一个通道。

图14 -小型闪电网络示意图

Alice现在想给Charlie发送0.3比特币。Alice和Charlie没有直接的通道,正如我们在微型闪电网络的草图中所看到的。但是,我们可以通过连接的通道寻找找到Charlie的方法。Alice可以联系到Bob,Bob以联系到John,John可以联系到Sarah,Sarah可以联系到Charlie。Alice这边有1个比特币因此她可以给Bob 0.3个比特币,Bob可以给John,John可以给Sarah,再给Charlie,这只是部分正确。由于支付渠道的构建方式,资金不能从一个渠道转移到另一个渠道。因此,转移必须通过重新平衡从Alice到Charlie路线上的所有通道来完成。

图15显示了如何在闪电网络上完成这一操作。Alice从她这边和Bob那边把0.3比特币转移到Bob那边。为了将支付转寄给Charlie, Bob现在在与John的通道中从他这边拿走0.3个比特币,并将它们转移到John那边。John在他的通道和Sarah做了同样的事,Sarah也在她的通道和Charlie做了同样的事。该路由的净效果是,Charlie这边的Sarah增加了0.3个比特币,Alice这边的Bob减少了0.3个比特币。当您将Bob、John和Sarah在他们的两个渠道中的持股组合起来时,他们的净收益都为零。按照支付的逆时针方向,这三个人持有的流入方比特币增加了0.3个,流出方比特币减少了0.3个。

图15 -插图Alice支付Charlie 0.3 BTC

在我们的例子中,Alice支付给Charlie, Bob, Sarah和John既没有损失任何东西,也没有得到任何东西。为什么他们要费力地传递Alice的报酬呢?为了解决这个激励问题,Bob, John和Sara可以要求为Alice支付的转接费。这个费用是如何计算的必须提前广播,以便Alice可以决定她是否想要发送付款。例如,在我们的例子中,Bob垄断了Alice向其他三个人的支付。在这个例子中,Bob可以利用他的垄断权力要求为Alice的支付收取高额费用。幸运的是,实际的闪电网络与上面的示例完全不同。在节点之间,多种支付方式阻止了这种垄断力量的产生。

在展示闪电网络如何增加比特币网络的交易能力之前,我们想要解决另外一件事。在上面的例子中,是什么阻止Bob简单地保留Alice转移到他这边的0.3比特币,而不继续Alice的支付。请记住,我们之前曾写过一种名为HTLCs的技术,它允许通过支付通道的路径发送交易,现在仍然是这样。HTLCs消除了拦截和保留支付的可能性。简单地说,HTLCs使用密码学,要求接收者确认他已经收到了付款。如果Charlie在一定的时间内没有确认收到付款,付款将被退回给发件人。所以,如果John试图保留Alice给Charlie的0.3比特币,Charlie在期限内不会确认支付,0.3比特币就会返回给Alice。

到目前为止,我们试图用非技术术语解释闪电网络是如何运作的,而没有明确说明它如何解决比特币链上网络的规模问题。为了做到这一点,我们提供了一个简单的例子,说明我们的微型闪电网络如何在不增加比特币区块链交易数量的同时,在闪电上相互发送大量支付。

在图16中,我们从与前面相同的网络开始。我们的微型闪电网络由四个通道连接五个节点组成。建立这个网络需要四个链上开放交易。现在,如果每次支付都在支付人和接收人之间可能的支付金额的范围内,网络中的所有5个节点都可以自由地相互发送支付。微型闪电网络账本记录了人们在网络上的所有交易。前20笔付款按时间顺序列在总帐的第一页,第二页是渠道记帐。这20笔支付完成后,支付渠道重新平衡,如图右侧所示。最重要的是,这20笔交易不需要任何链上交易。现在,我们网络中的人可能会保持他们的渠道开放,并继续相互发送支付。但是,即使他们都决定在第20笔交易后关闭他们的通道,他们仍然可以节省区块链上的空间,因为在20笔交易后,只需要4笔关闭链上交易来结算最终的总账。

图16 -微型闪电网络的多个交易

1.4现实生活中的闪电网络

在前面的展示中,我们演示了一个程式化的闪电网络,其中有5个参与者执行20个交易,以可视化闪电网络的内部工作。事实上,闪电网络由近10万用户组成(2021年8月),创建的系统比我们之前描绘的要复杂得多。下文涵盖了闪电网络主网自2018年上线以来的真实增长和趋势。

1.4.1网络容量

在其近3年的历史中,闪电网络已经发展到拥有近3000个比特币的比特币容量,约有1.7万个节点在网络上运行,以及来自全球各地的73,700个独特的连接节点的通道。截至撰写本文时,闪电网络平台上公开的比特币容量超过1.2亿美元,全球用户都发现,以非常微不足道的费用进行近乎即时的小额支付的选项具有价值。

图17  闪电网络上的BTC容量

闪电网络经历了两个截然不同的成长阶段。第一个成长阶段在闪电主网发布后不久就开始了,可以归类为一个非常实验性的阶段。在2019年下半年和2020年之后,用户采用缓慢。然而,尽管采用率很低,开发人员还是全力以赴地改进网络,创建工具和服务,为新的采用率阶段做好了准备。在2021年,几股力量创造了完美的风暴,点燃了闪电的第二个主要采用阶段。

让我们从第一个成长阶段开始。我们将闪电网络从2018年6月到2019年5月的第一个采用阶段描述为闪电的实验时代。在这一时期,出现了一些巨大的节点、戏剧和神秘的社区驱动的努力,以传播人们对闪电网络能力的认识,促使闪电网络在11个多事性的月内从20 BTC的BTC能力增长到1104 BTC的峰值。第一阶段如下图所示。

图18–闪电网络:BTC容量,2018年5月至2019年6月

2018年夏季,闪电网络BTC容量首次大幅增长。这一增长对许多人来说是震惊的,因为它是由一个巨大的节点进入网络,占网络容量的50%以上。这个节点名为LN.SHITCOIN.COM,由Andreas Brekken所有,他创建这个节点的动机是尝试闪电网路,并在行进中记录自己的经历。2018年的第二个增长阶段与我们在夏季看到的Brekken增长阶段相对类似。11月,LNBIG进入市场,并深入市场。然而,与Brekken相反,LNBIG没有得到那么多的关注,从那以后他一直活跃在网络中。时至今日,他的节点仍然是闪电的重要枢纽。

这11个月的第三个增长阶段发生在2019年1月。这可以概括为一项由社区推动的努力,引导闪电网络在比特币社区内外获得广泛关注。2019年1月,推特用户Hodlonaut开始了一项实验,他向他信任的第一个回复推特的人发送了100000条SAT。该交易的条件是收件人添加10000个SAT,然后将其发送给新用户。这一交易链被更名为“闪电火炬”,并很快在推特上引起关注。

火炬最终被282名独特的参与者传递,并掌握在许多有影响力的人手中,这一新生网络受到了更多的关注。火炬掌握在Twitter/Square、Reid Hoffman,前PayPal首席运营官和LinkedIn联合创始人、富达以及许多重要的比特币和加密人物手中。此外,火炬被发送给一名伊朗比特币用户,该国受到西方的制裁。火炬总共传递了282次,最终由Torkel Rogstad向比特币委内瑞拉捐赠了0.0429 BTC。同时,该慈善机构还收到比特币社区0.41 BTC的捐款。闪电火炬最终成为一个非常成功的实验,带来了大量捐款,提高了人们对闪电的认识,可能有助于将BTC的容量推向1104 BTC的峰值。

在整个2021年,闪电网络再次获得了大规模的公众关注。2021年的增长是可以被称为是“恒星排列”,如下所示。

图19–闪电网络:2021年9月30日的BTC容量

6月5日,萨尔瓦多宣布,他们将在该国实施比特币作为法定货币。闪电网络是使这一过渡在经济上对萨尔瓦多人可行的关键因素。从2021年5月开始,随着第一季度的牛市势头消失,比特币交易的整体兴趣下降。此外,更多的服务实现了SegWit事务。这导致链上交易大幅下降,进而导致内存池清算和链上交易费用暴跌,为在闪电网络上开辟新渠道创造了最佳时机。而因萨尔瓦多所带来的低连锁费用和高知名度也造就了完美的闪电风暴,BTC产能的高速增长就是明证。从2021年1月1日到2021年9月30日,闪电网络上的BTC容量增长了181%,从1058 BTC增至2968 BTC。

到目前为止,我们一直专注于闪电网络的比特币容量,以突出该网络的增长和历史。闪电网络比特币容量的增加与闪电网络上公共通道的大量涌入同步发展。从5月1日到9月30日,公共通道的数量增长了80%,从39281个通道增加到70583个通道,这段时间连锁费用异常低。这并不反映闪电网络上通道数量的完整情况,因为许多通道是专用的,不向整个网络广播。因此,实际的通道计数可能远远高于公共数据所反映的值。

BitMEX Research估计,2020年1月,所有闪电通道中有27.8%是私有的。据了解,目前闪电私人通道的份额可能会更高。因此,来自公共数据的BTC容量、信道计数和节点计数很可能是对闪电网络当前大小的严重低估。

图20–链上费用与公共闪电通道

图20显示了比特币链上费用与闪电通道开通之间的关系。图表显示,新闪电通道的开通与较低的交易费用相吻合。有趣的是,闪电网络的公共通道的数量在四月的连锁价格上涨期间趋于平缓,比如在四月、5月中旬和七月初。自7月中旬以来,连锁收费一直非常低,而公共闪电通道的增长速度也在加快。

闪电网络是链上交易的替代品,在比特币区块链上链上费用较高的时期,其使用需求应该更高。然而,目前,我们正处于防雷概念验证阶段的后期。在此期间,对闪电网络有长期积极展望的实体将在链上费用异常低的情况下(如6月以来比特币的费用环境)寻求进入闪电网络和开放渠道。通过在链上费用较低时开放渠道,这些实体可以在路由交易中与闪电网络进行交互,并在链上费用再次上升时提供服务。

在BTC进一步增长、更多商家接受比特币、链上费用达到持续高水平的情况下,闪电网络可能会越来越多地被采用。在这种情况下,实体可能会发现开辟新的闪电渠道在经济上是合理的,因此它们可以进行无限量的低费用交易,而不必担心繁琐的连锁费用。在这种情况下,路由费还可能提供额外的吸引人的收入流,进一步提高作为一个连接良好的节点的效益。这进一步刺激了更多渠道的开放,以便从寻求购买杂货、在交易所交易或以高效方式向朋友付款的用户那里转移付款。

所有指标都表明,随着节点、通道和容量的增加,闪电网络的采用率正在上升。考虑到闪电网络是比特币Layer 2解决方案,旨在扩大比特币规模,将闪电网络的增长与它如何帮助扩大比特币规模进行对比是有意义的。下面,我们尝试将闪电网络上的活动如何有助于减少内池和节省块空间。

1.4.2闪电比例尺比特币

闪电网络是比特币的强大Layer 2扩展解决方案,如图21所示,描绘了闪电网络交易如何释放比特币区块链上的区块空间。该图表基于闪电网络上常用钱包的估计交易数据。在我们估计的闪电交易数量中,我们计算了所有进出钱包的转账,而不计算路由交易。我们相信我们的估计接近这些钱包的实际交易数字,但强调我们的估计确实是估计。此外,图表假设平均比特币区块由2000笔交易组成。

图21–通过闪电网络事务每月节省的区块/区块天数估算

根据我们的闪电网络交易估算,我们发现闪电网络在2021年9月处理了663000笔常用钱包交易。这一数量的交易需要33个完整的链上比特币区块,相当于2.3天的比特币区块。因此,通过闪电网络上的事务处理,链上内存池不受占用大量块空间的事务的影响。从本质上说,由于闪电网络的日益普及,比特币网络在9月份的交易量增加了2.3天。这有助于扩大比特币规模,并有助于降低链上费用。

当然,应该对这些估计持保留态度。首先,闪电网络上发生的大多数交易都是小额支付。这些交易在经济上不可能像连锁交易那样可行,因此从一开始就不是内存池的一部分。小额交易是闪电网络的神奇功能之一。随着比特币小额支付的启用,出现了一个全新的机会子集。因此,虽然闪电网络有助于抵消一些交易链上的压力,但33个完整的链上比特币区块代表了一种新的消费比特币形式。这一新的消费比特币形式催生了数百个项目,所有这些项目都在照明网络中工作,利用微交易的力量为用户创造有用、沉浸式和创造性的工具。

1.4.3闪电网络是集中式网络?

闪电网络的关键要素之一是节点之间的支付渠道,允许用户使用渠道通过一系列节点转移资金,最终到达所需的终点目的地。网络从结构上奖励连接最紧密的节点(这里称为集线器),其中集线器是网络的重要组成部分。这种架构使得闪电交易在结构上比链上比特币交易更加集中。然而,这种结构是闪电的一个特征,如果没有这种特征,网络将失去它的技巧。虽然这种设计在一定程度上导致了集中化,但用户可以自由地开放渠道,以避开中央集线器。集线器只是闪电网络的一个非常方便的功能,确保网络连接。

切割通道是连接网络不同组件的两个节点之间的通道。此通道的删除将阻止其他节点具有路径。切割节点与此想法相同,只是它是一个关键节点,而不是通道。在闪电网络中,切割节点和通道可视为网络的薄弱点,因为移除它们会完全断开网络的两部分。因此,理想情况下,应尽量减少它们。这对于具有多个通道的切割节点或大容量的切割通道尤其如此,因为网络严重依赖它们才能成功运行。

图22–闪电网络切割节点和切割通道

在图22中,我们看到自2020年8月以来,切割节点的百分比呈下降趋势,目前约为8%。这说明目前在闪电网络上的路由方面存在一些关键节点。尽管如此,新中心的引入有助于降低被切断的特定节点的脆弱性。自2021年5月以来,切割通道的百分比也呈下降趋势,目前为10%。

图23–闪电网络群集

上图显示了闪电网络的平均集群。值为1表示节点形成团。用外行的话来说,小集团是一个封闭的节点群,无法到达广泛的网络。值为0表示平均节点是一个集线器,其对等节点均未连接。自2019年2月以来,平均聚集系数呈下降趋势,与同期切割通道的增长一致。聚类系数的下降表明闪电网络上的节点在打开新通道时做出越来越理性的决策。一般来说,通道现在倾向于使用以下节点打开:

已连接到节点子集,通道创建者尚未使用该节点打开通道。此通道的打开为通道创建者提供了到该节点子集的路由以及将事务路由到这些节点的能力。如果这些节点也倾向于连接到另一个节点子集,那么通道创建者就能够在更广泛的网络上更有效地路由事务。虽然这增加了集线器的重要性,增加了被切断渠道的百分比份额,但它也有助于使闪电网络成为一个更高效、连接更好的支付网络。

总而言之,在考虑枢纽和支付路径时,闪电网络比比特币区块链更加集中。然而,这是闪电网络所期望的功能,使用户能够找到一条通往交易接收者的经济高效的路径。用户始终可以选择打开自己的通道,包括私人和公共通道,而无需依赖大型枢纽。因此,虽然集线器在某种意义上导致闪电网络的集中度增加,但网络本身并不是固有的集中,它只是网络的一种属性,用户可以选择利用或避免利用,感兴趣的一方也可以随时启动新的集线器节点。

2.谁参与闪电网络生态系统?

最初,我们将项目分为两大类。第一类包括为比特币在闪电网络上充当货币基础的公司。该集团由开发技术基础和解决方案的公司组成,使闪电支付可供更广泛的人群和企业使用。

另一类包括为其商品或服务接受闪电支付或在其服务中使用闪电支付的企业,例如,通过闪电网络进行信用卡支付的satsback。我们将这一广泛的类别称为商业,然后将其划分为两个概念上不同的子类别。第一类闪电商务公司是一家接受闪电支付作为交换媒介的公司。通常,它将通过在闪电网络上接受客户付款来实现。第2类闪电商业公司也接受闪电支付,但除此之外,这些公司还加入了闪电网络的一些属性,以显著改善其服务或实现其商业模式。

接下来,我们将更详细地了解我们更广泛定义下的不同子类别,解释它们在闪电生态系统中的作用,并重点介绍著名的公司和项目。闪电生态系统如下所示,以一系列公司为例。

2.1作为货币作用的基础

我们已经划分了广泛的公司类别,致力于为闪电网络支付基础,以将资金用作两个更广泛的子类别;技术基础和支付解决方案和节约。在本节的第一部分中,我们将着眼于奠定技术基础的实体,然后转移到使闪电支付更易于日常使用的公司。

技术基础

技术基础被列在我们的生态系统的顶端,这不是巧合。在闪电网络生态系统的核心部分,奠定了代码实现的技术基础,而闪电网络中的其他一切都是建立在这些基础之上的。

2015年,Joseph Poon和Thaddeus Dryja撰写的白皮书初稿首次描述了闪电网络背后的关键理念,但要将这一概念转化为工作代码,需要三年时间。然而,在闪电网络技术的互操作实施背后有三个关键的开发团队:旧金山的闪电实验室、Blockstream和巴黎的ACIQ。不同的实现通过符合闪电网络规范(称为BOLT(闪电技术基础))来维护互操作性。通过社区努力维护和制定闪电网络规范。

闪电网络实验室成立于2016年,为名为的闪电网络开发了Lightning Network Daemon(LND)客户端,如图24所示,这是最常用的实现。LND被设计为一个对开发人员友好的实现,它可以促进应用程序的开发,是一个独立的客户端,具有广泛的可用功能集。

成立于2014年的Blockstream参与了比特币的大部分开发,闪电网络也不例外。该公司为闪电网络规范文件做出了巨大贡献,并支持c-Lightning客户。Blockstream主要是一个规范和实施团队,专注于安全特性和插件,涉及自托管和开源项目。

ACIQ成立于2014年,是Eclair背后的公司,Eclair被认为是闪电网络最主流的实现之一。它是用Scala编写的,支持Java和Java虚拟机插件,这使得它对于移动钱包非常有用,因为许多Android操作系统应用程序都是用Java编写的。Aciq开发了一系列基于Eclair的产品,包括Phoenix钱包、Aciq节点和Strike。

Zabka等人利用2021年1月的八卦数据估计了闪电网络中实施的使用情况。他们发现LND实现是使用最多的,87%的节点在LND上运行。11%使用c-lightning实现,2%使用Eclair实现。很少有公共节点使用任何其他实现。Zabka的研究只反映了闪电网络的公共部分,因此在考虑网络的私有部分时,这些数字可能不一定描述总体实现使用情况。

图24–闪电网络上使用的实施分布

支付通常依赖于高效的路由中心,该中心将支付从发送方路由到接收方。这些中心是网络的组成部分,允许用户通过向每个接收者开放独特的渠道,在不进行链上互动的情况下转移资金并与生态系统互动。

我们可以使用ACIQ Lightning Network Explorer来可视化路由集线器对于高效利用闪电网络中的资源的重要性。别名为john msi的节点位于肯尼亚内罗毕。因为他的别名,希望从世界任何地方发送和接收闪电交易。John可能只有一小笔钱,因此无法打开多个渠道发送或接收他想要的金额。因此,他需要找到一条尽可能多且最好跳数尽可能少的路线,以降低预期的路线费用。

为了解决这个问题,John打开了连接良好的LNBIG.com节点的单一通道。该节点直接具有具有281个节点的信道,因此在两个跳中,John可以到达281个节点,相当于具有信道的公共节点的2%。在接下来的两次跳跃中,网变宽了。John理论上可以通过两个跃点达到6540个节点(43%),到第三个跃点,他可以达到14049个节点(93%的可用节点)。

为了测试路由集线器的现状重要性,我们首先移除其他LNBIG节点集线器,并移除其他十个连接最紧密的节点。结果如下图所示。当我们移除一些大型路由集线器时,John在几次跳跃中到达多个节点以及最终到达所有节点的能力显著降低。

 

图25–john msi在不同假设下给定跳数后的可到达节点。

维护和管理您自己的节点是一项技术挑战。有些人依靠闪电网络之上的保管系统来避免这个问题。尽管如此,仍有大量公司提供服务,使网络上的自托管节点更易于维护,在本报告中称之为节点管理服务。这些服务对于以非监护方式广泛采用的可能性至关重要。

流动性问题的产生有多种原因。一个常见的问题是,渠道有向特定方向移动资金的趋势。为了避免不得不关闭和重新打开渠道,并坚持收取连锁费用,节点将不得不以另一种方式重新平衡其渠道。对于许多节点,这可能很难单独完成。为了缓解这些节点的通道不平衡问题,它们可以使用闪电网络上提供的各种流动性服务。

支付解决方案和节约使闪电网络可访问

技术基础使其他人能够在闪电网络上建立服务。为了使比特币被广泛用作交换媒介,公司开发了更易于使用的解决方案,用于在闪电网络上持有、消费和接收比特币。

用户通过钱包与闪电网络交互可以运行自己的钱包,而无需依赖他人的服务,但这是一项具有挑战性的技术任务。大多数用户会避免这种情况,并选择一个或多个可用的钱包解决方案。这些钱包的结构可以用不同的方式设置。不同的钱包满足不同的需求,有些侧重于方便获取,而另一些侧重于持有者的自我主权。

商户支付解决方案为全球商户实现闪电式集成。这通常包括向商户提供钱包,但企业需要额外的功能来遵守税收规则、法律法规等。一些商户支付解决方案可实现BTC到FIAT的即时转换,反之亦然。另一个重点是易于访问高级API系统,为商家提供定制服务以满足其需求的可选性。这些支付处理器致力于让商家更容易开始接受比特币支付,或利用闪电网络提供的即时支付功能,在购买商品或服务时促进快速结算。

2.2商业

如果没有地方消费或使用你的satoshis,那么好的钱包和支付解决方案就没有什么用处。因此,接受闪电支付的企业对于闪电网络的成功至关重要。在本章开头,我们将商业分为两个更广泛的子类别。类型1子类别包括通过闪电网络接受比特币作为支付的企业,其商业模式不会因闪电网络而发生任何实质性变化。第2类子类别中的公司也通过闪电网络接受比特币,并在其产品中利用闪电网络的功能。

在所有情况下,1类和2类商业之间的区别并不明显。例如,接受闪电支付礼品卡的公司与接受闪电存款和提款的博彩平台在如何利用闪电网络方面是否存在固有差异?不一定有,但在大多数情况下,有。礼品卡卖家通常会提供以美元或其他法定货币计价的礼品卡。买一张带有少量satoshis的礼品卡真的没有意义,因为它的法定价值太低了,你不能用它做任何事情。此外,如此小的金额将无法弥补卖家的幕后成本,因此他们要么不会出售,要么需要支付相当于礼品卡价值数倍的费用。

但是,在闪电博彩平台的情况下,您仍然可以使用少量satoshis进入博彩平台,并获得对服务的完全访问权。小额和大额之间的唯一区别是你所持股份的价值变化。互联网上到处都是博彩平台,提供用法定货币存取款的机会,那么闪电博彩平台是如何成为一种新型博彩平台的呢?

首先,法定支付系统要求在任何人愿意转帐之前支付一定数额的款项。在闪电网络上,这种支付的最低限额比通过借记卡或银行存款等方式低数倍。在网上博彩平台,存款通常是即时的,但取款需要几天时间。闪电博彩平台并非如此;取款和存款一样迅速。

总之,闪电博彩平台比礼品卡卖家更能利用闪电网络传递小额支付和即时结算方式的能力,并提供与传统在线博彩平台截然不同的服务。在我们利用闪电网络的业务类型差异化中,礼品卡卖家应为1类,闪电博彩平台应为2类。

接下来,我们将更详细地了解用户可以通过闪电网络访问的不同产品。

奖励和收入

闪电网络非常适合即时小额支付。在许多情况下,应该称之为“奖励”还是“收益”是一个定义问题。在本文中,奖励是指您必须花钱才能获得奖励的服务。对于上述提供奖励的上市公司,这是所谓的“satsback”形式,用于在线法定支付。收入指的是用户在不花钱的情况下做了一些事情来获得satoshis或根据他们在非偶然游戏中的技能获得satoshis。这有多种形式。有一些小费服务可以让用户将satoshis发送给他们喜欢的服务或个人,比如用户发布的有趣视频或Twitter刚刚发布的视频,发送到他们喜欢的Twitter个人资料中。

随着比特币越来越受欢迎,satsback产品的受欢迎程度也急剧增加,现在在闪电网络上也是如此。根据我们收集的信息,闪电网络的绝对水平仍然相对较低。

博彩游戏

游戏与闪电网络上的收入和下注密切相关。许多游戏根据用户在游戏中的表现提供收益,而用户没有任何赌注。其他服务允许您在玩游戏时对自己下注。闪电网络还提供各种博彩服务。最受欢迎的是典型的博彩游戏,提供公平透明的赔率,换句话说,没有众议院优势。

资产

我们将使用闪电网络的金融服务分为两个子类。第一个是我们称之为闪电本地金融服务。这些服务首先通过闪电网络提供。双服务金融是指除了提供其他替代服务外,还提供闪电网络服务的公司。对于这一组中的大多数公司来说,这只是通过闪电网络在其现有服务上下车的可能性。

双服务子类别涉及几个成熟的加密交换机进入闪电网络,寻求扩展其平台的可用性。Bitfinex、Okcoin和OKEx已经实施了闪电集成,而Kraken正在实施闪电集成。闪电网络的低费用是大多数交易所实施闪电集成的核心动机。正如我们在本文中已经提到的,闪电网络的关键功能是低费用,使快速和小型交易在经济上可行,同时也可以扩展比特币。

深入研究可用数据有助于提高我们对闪电网络实施完善交易所背后的原因以及与闪电交易的用户之间的一些共同特征的理解。2019年12月,Bitfinex将其脚趾伸入闪电网络。在上线近两年后,用户有时间发现并使用这些新服务,让我们了解闪电网络在双重服务中的可用性以及它们带来的好处。通过查询7月15日至8月14日Bitfinex的存款和取款数据,我们发现闪电转账非常频繁,占同期所有比特币相关交易的34%。与此同时,该期间只有0.45%的交易价值是基于闪电交易的,正如人们所预期的那样,强调闪电交易确实比链上交易小。

图26-按交易方式划分的Bitfinex存款和取款(7月15日至8月14日)

闪电网络本机服务已从不同的角度进入市场,以闪电网络作为其概念的核心构建块构建其服务。这些金融服务在本质上更具实验性,但却提供了有趣的产品。Boltz是一个用户无需用户注册即可将闪电比特币转换为链上比特币或altcoins的市场。我们的目标是实现一个非托管中介免费解决方案,以便在资产之间进行交换。

在Lightning Native services的金融部门中,也有一些服务正在兴起,正在尝试通过闪电网络启用衍生品市场。LN Markets2是迄今为止最值得关注的闪电衍生品交易所。它是一个建立在比特币闪电网络上的交易平台,使用通过网络支付和结算的比特币作为衍生品交易的抵押品。在衍生产品领域,另一个处于阿尔法测试阶段的开发项目是Kollider。Kollider利用闪电网络为该账户提供资金,建立了一个基于点对点订单的衍生品市场。

通过检查LN市场的数据,我们发现价值与我们在整个闪电网络行业中看到的价值相似。存款往往很小,根据我们下面的图表,LN市场上超过50%的存款低于50美元。大约30%的存款少于10美元。这表明,许多人利用LN市场进行闪电实验,同时也受到了利用杠杆进行比特币投机的刺激。然而,自成立以来,该公司的累计交易额接近2.5亿美元,这表明了对通过闪电网络进行衍生品交易的实际需求。

图27-存款至LN市场的累积分布

另外

包括上述类别,我们已经合并了闪电网络的商业部门中提供的其他服务的子集。在广泛的“其他”类别中,我们发现了各种市场利基。电子商务部门代表人们可以购买实物和艺术品的商店。这些社交应用包括基于加密消息的服务,允许用户通过闪电网络聊天和付费。然而,在影响深远的“其他”类别中,使用最广泛的子部门是礼品卡和代金券提供商。

礼品卡和代金券服务使用户可以在礼品卡上消费satoshis,预订旅行,并为手机充值。这些服务在闪电网络中很受欢迎,Bitrefill提供了该行业中使用最广泛的服务。

BitReill提供的数据说明了某些国家的闪电穿透情况。下图所示的数据显示了Bitrefill在2021年8月从某个国家收到的闪电付款占该国收到的付款总额的份额数据。这组数据表明,一些发展中国家的闪电穿透率非常高。来自萨尔瓦多的Bitrefill所有付款中90%以上是通过闪电网络进行的。此外,来自巴西和尼日利亚的付款中有三分之一以上是通过闪电网络支付的。

图28-闪电网络支付计数百分比,比特率

推荐阅读:《闪电网络综述:比特币网络的L2解决方案(下)

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