简介 | 闪电网络的历史：从头脑风暴到测试版本（第 1 部分）

（编者注：最初发表于 2018 年 4 月。）

几周前，第一个闪电网络实现 lnd 正式推出测试版。 第二个实现 eclair 已于上周发布，第三个实现 c-lightning 即将推出。 结果，大多数开发人员认为可以在比特币主网上使用的覆盖网络可以在比特币上进行廉价和即时支付：这是该技术经过多年发展的一个重要里程碑。

这个故事讲得太长了。

第一火花

闪电网络的概念起源可以追溯到比特币本身。

闪电网络使用的第一个概念称为“支付通道”。 支付通道本质上是两个比特币用户之间的比特币余额； 而且他们只需要互相认识，其他人不需要知道或关心他们的相互关系。 重要的是，他们的相互余额可以在没有任何链上比特币交易的情况下更新； A 的余额增加意味着 B 的余额减少相同数量。

在他们完成交易并感到满意后，他们只需要在网络中广播一笔交易来结算他们的支付渠道：这笔交易将根据他们的渠道余额将到期金额分配给双方。 对于他们两者来说，这也意味着通道更新（“链下交易”）相对便宜，因为不需要矿工费用，而且速度更快，因为不需要区块链确认。

这个概念，从整体上来说，可以说早在 2009 年中本聪发布的比特币软件时就有了。比特币 0.1 包含了一个代码草案，允许用户在交易被网络确认之前更新交易：

- Bitcoin 0.1 中包含草稿支付渠道。 资料来源：GitHub -

尽管代码很粗糙，但中本聪后来在与 bitcoinj 开发人员 Mike Hearn 的私人聊天中分享了有关支付渠道如何工作的更多细节。

几年后（2013 年），赫恩在 Bitcoin-dev 邮件列表上发表了中本聪对支付渠道的解释：

- 中本聪对支付通道原理的解释，由 Mike Hearn 曝光。 资料来源：Bitcoin-dev 邮件列表 -

第一个支付渠道

虽然支付通道这个概念可以说和比特币一样古老，但是中本聪的设计还不够安全。 更重要的是，支付通道中的用户可以与矿工合作，让区块链确认一笔旧交易，从而获得比自己更多的比特币（比如支付给对方后，再将旧交易放在链）。

这个问题的第一个解决方案出现在 2011 年（在中本聪离开比特币项目之后）。 Bitcointalk 论坛用户“hashcoin”设想了一个两层支付通道 hashcoin，它要求用户交换部分签名的多重签名交易，以及与那些多重签名交易相互依赖的时间锁定交易。 如果一个参与者消失了，另一方可以在等待一段时间后拿走通道中的所有资金。 但是，这种设计的缺点是这种支付渠道是单向的。 Alice 可以多次向 Bob 付款，但 Bob 不能使用同一个渠道向 Alice 付款。

另一个类似哈希币的想法出现在 2013 年初，而这一次它不仅仅是一个想法。 今年 4 月，Jeremy Spilman 在 bitcoin-dev 邮件列表上描述了支付通道的概念。 他甚至写了一个概念验证代码。 该设计由 Mike Hearn 进行了微调，后来比特币核心软件贡献者、Blockstream 联合创始人兼 Chaincode Labs 开发人员 Matt Corallo 在 2013 年年中将其从概念转变为 bitcoinj 上的工作代码。

又过了一年，Alex Akselrod（现为 Lightning Labs 的工程师）首先提出了双向支付通道。 Alice 可以向 Bob 支付任意次数，Bob 也可以在同一通道中使用递减时间锁向 Alice 支付——但次数是有限的。 但是，与单向支付渠道不同，此解决方案从未在代码中实现过。

第一个支付网络概念

大约在第一个支付渠道概念出现的同时，其他人——包括比特币核心开发者 Peter Todd 和 Gavin Andresen——也在考虑链下支付网络。 如果 Alice 可以通过链下交易向 Bob 付款，Bob 可以通过链下交易向 Carol 付款，那么 Alice 也应该可以通过 Bob 向 Carol 付款，而无需将交易放在链上。

Corné Plooy（现在是荷兰比特币交易所 BL3P 的闪电网络开发人员）也一直在研究比特币的支付层，这源于他在 2011 年提出的最初想法。

- Plooy 支付层的早期插图比特币的由来历史，后来成为闪电网络的前身 Amiko Pay。 资料来源：Corné Plooy -

在比特币核心开发者和未来的 Blockstream 首席技术官 Gregory Maxwell 以及 Ripple 创始人 Ryan Fugger（和其他人）的建议下，这个想法多年来演变为比特币和原始 Ripple 基金会的集合，并产生了一个 Plooy 称之为“Amiko”的系统支付”。 Amiko Pay 的早期草案没有使用支付渠道，因此需要在系统中注入信任：如果一个用户拒绝与另一个用户结算余额，后者也无能为力。

2012 年，数学家梅尼·罗森菲尔德 (Meni Rosenfeld) 提出了使用支付渠道的早期支付网络想法，他后来成为 Bitcoin emBassy TLV 的合伙人。 在 Bitcointalk 论坛上，Rosenfeld 描述了一个例子，其中（按照上面的例子）支付处理器用 Bob 代替了 Alice 和 Carol。 这个支付处理器又与其他支付处理器打通了支付通道，所以整个支付通道网络是一个轮子模型。

这个解决方案在过去几年中多次出现。 例如，Bitcoin Core 贡献者 Peter Todd 于 2014 年在比特币开发者邮件列表中提出了这个概念。 与此同时，支付处理商 BitPay 在 2015 年初发布了一份关于类似渠道内支付方案（“Impulse”）的白皮书。大约在同一时间，瑞典初创公司 Strawpay 实施了类似的解决方案，称为 Stroem（或 Ström）——但这些事态发展都没有产生太大影响。

- 现已倒闭的 Strawpay 小额支付公司的标志。 资料来源：互联网档案馆 -

Alex Akselrod 早期尝试建立一个无需信任的支付渠道网络。 他在 2013 年提出了一个草案，并在 2014 年变成了概念验证代码。Akselrod 的解决方案花费了大量精力，理论上解决了问题。 但在实践中，问题依然存在。 例如，如果在路由过程中支付失败，用户只能在支付通道解除时间锁定后释放资金，这可能需要几个月的时间。

与此同时，到 2015 年比特币的由来历史，Plooy 的 Amiko Pay 已经发展到可以无需信任地工作的程度。 然而，他的设计需要对比特币协议进行相对深远的改变，这样某些类型的交易就需要回滚。 虽然技术上可行，但比特币的这种改变是否会被接受还不太明显。

年底，来自苏黎世联邦理工学院的研究人员、Christian Decker 博士（现就职于 Blockstream）和 Roger Wattenhofer 在他们的白皮书《A Fast and Scalable Payment Network with Bitcoin Duplex Microayment Channels》中提出了另一种叠加网络设计。 他们的解决方案在很大程度上依赖于时间锁作为通道有效性的“倒计时设备”，以及一种称为“失效树”的加密技巧来使陈旧的通道交易无效。

Akselrod 的解决方案、Amiko Pay 后来的草案和 Duplex Micropayment Channels (DMC) 在某些方面都与闪电网络相似，并且都在不同的假设（权衡）下工作。 如果没有发明闪电网络，这里的任何解决方案都可能成为比特币扩展层的基础。

然而，历史上没有如果，闪电网络诞生了。

闪电网络

经过多年不断发展的支付渠道和网络设计，拼图的所有部分终于在 2015 年初拼凑在一起。

智能合约交易平台 Mirror 的首席技术官 Thaddeus “Tadge” Dryja 与 Joseph Poon 共同撰写了一份名为“比特币闪电网络：可扩展的链下即时支付”的白皮书，该白皮书于 2015 年 2 月首次发布。

事实证明，它扭转了局势。

闪电网络白皮书提出了多种解决方案来实现完全去信任的支付通道网络：任何想作弊的人都将面临失去通道中所有余额的风险； 想偷一分钱。 此外，该解决方案需要对比特币协议进行相对较少的更改，并有望比现有的其他解决方案更加灵活和用户友好。

本白皮书描述的关键创新是“Poon-Dryja 通道”。 与其他早期支付通道设计一样，Poon-Dryja 通道依赖于参与者交换未广播到网络的部分签名交易。 但与它的前辈不同，这个新通道需要一个额外的步骤：双方需要不断地交换秘密值； 这种设计允许频道在任何“方向”进行更新。 Alixe 可以向 Bob 支付任意次数，Bob 也可以在同一个通道中向 Alice 支付任意次数。

此外，闪电网络使用哈希时间锁合约 (HTLC)。 这个概念一般认为是由Tier Nolan提出的，最初是为跨链交易而设计的； 例如，它用于在不信任的情况下兑换比特币和莱特币。 在闪电网络中，此工具用于将多个支付渠道链接在一起。

Poon 和 Dryja 于 2015 年 2 月在旧金山的比特币开发者研讨会上首次提出了他们的想法。

在接下来的几个月里，也就是整个 2015 年的春夏两季，关于比特币扩容问题和区块大小上限的分歧演变成公开争吵。 在这种危机气氛下，人们在 2015 年底连续召开了两次会议：9 月的 Scaling Bitcoin Montreal 和 10 月的 Scaling Bitcoin Hong Kong。 在蒙特利尔，Poon 和 Dryja 再次发言，Poon 和 Dryja 在香港进行了第二次更深入的演讲。

就在香港会议之后，格雷戈里·麦克斯韦 (Gregory Maxwell) 在比特币开发者邮件列表上提出了一个扩容路线图。 该路线图显着包括闪电网络。 它得到了很大一部分比特币技术社区的支持，并已成为比特币核心项目事实上的路线图。

如果人们对闪电网络的期望还不够高，这就完全够了。

（未完）

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