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闪电网络基础--单向支付通道简介

闪电网络基础--单向支付通道简介

作者: Buffalo_Lv | 来源:发表于2018-05-27 19:09 被阅读24次

    当我们发送一笔转账交易到比特币网络或以太坊网络的时候,是要支付手续费给矿工的,若区块链网络出现拥堵时,就得提升手续费。对于一笔大额转账来说,手续费占比也许可以忽略不计,但是若对于小额度、高频次的转账支付交易来说,手续费可能比支付额还要高,这时采用数字货币做支付就不合适了。而且对于整个区块链网络来说,其处理能力是有限的(每秒处理交易数量TPS),这种有限能力决定了其不可能有效支撑现实中的支付需求。为了解决这个问题,闪电网络就被设出来了。

    闪电网络的核心思想就是,对于小额度、高频次的转账支付交易来说,可以不用广播交易到区块链网络,而是采用链外结算的方式,将多次交易进行累加处理,最后将清算结果上链即可。通过这种方式降低了用户的手续费成本,同时也减轻区块链网络的处理负担,让数字货币用起来更像是法币,提升了数字货币的竞争力。

    举个例子:Bob开了一家零售商店,支持比特币支付,Alice每天都要多次光顾购买商品,那么Alice和Bob可以约定好每天晚上11点进行当天的总结算。这样就降低了Alice的购买成本,也避免了Bob需要多次查询关注多笔交易是否被网络最终确认的繁琐(比特币网络需要等待一小时才能安全确认交易上链的)。具体流程可以这样:

    Alice在本地(自己的电脑或手机)创建一笔交易TxAB:这笔交易的输入是Alice的1个BTC对应的UTXO_AX,输出是一个多重签名UTXO_AB(Alice和Bob共同签署,才能花掉这笔钱)。相当于是将本属于Alice的1个BTC存入了Alice和Bob共管的账户里。显然,Alice在这一步不会广播这笔交易到比特币网络,否则Bob以后由于种种原因(比如耍赖、私钥丢失)不肯签名,这一个BTC就取不出来了。

    Alice再构造一笔交易TxR:这笔交易的输入是【TxAB交易的输出UTXO_AB】,输出是【Alice自己能够掌控的UTXO_AR】,而且这笔交易带有一个锁定时间参数(比如3天),这笔交易发给Bob签名并将签名后的交易返回给Alice。TxR交易被称之为是TxAB的“赎回交易”,拿到赎回交易后,Alice可以放心将TxAB交易广播上链了。因为TxR交易带有锁定参数,3天后TxR交易可以生效,Alice可以从取回自己的钱。

    在1天时间内,Alice分别在Bob的零售店消费了3次,分别需要支付0.2、0.3、0.1个BTC,那么:

    第1次消费时,Alice创建一笔交易T1并签名发给Bob,其输入是TxAB.UTXO_AB,输出是UTXO_A 0.8, UTXO_B 0.2;

    第2次消费时,Alice创建一笔交易T2并签名发给Bob,其输入是TxAB.UTXO_AB,输出是UTXO_A 0.5, UTXO_B 0.5;

    第3次消费时,Alice创建一笔交易T3并签名发给Bob,其输入是TxAB.UTXO_AB,输出是UTXO_A 0.4, UTXO_B 0.6;

    Alice可以掌控UTXO_AC,Bob可以掌控UTXO_BC;Bob可以在选择在任何一次支付后,将交易广播出去,然后共管账户UTXO_AB就失效了(抗双花特性),支付通道被关闭,若需继续交易,再次建立新的支付通道即可。Bob为了节省精力和开销,一般会选择在晚上关店结算的时候将T3交易广播出去,这时Bob得到了自己的0.6个BTC,Alice获得了找零0.4个BTC。

    为了简单起见,在这个例子中,没有考虑到T1 、T2、T3的手续费,其实这些交易应该还要支付一笔手续费的,Alice和Bob协商从UTXO_AC或UTXO_BC少得一部分钱就可以了。也可以是Bob在发送T3交易的时候,额外给矿池支付一笔钱,让矿池打包T3即可,矿池提供了交易加速上链服务。

    简要总结一下就是:

    1 消费者和商家建立共管基金,由消费者出资;

    2 消费者创建赎回交易,带有锁定时间参数,商家签名并返回给消费者;

    3 消费者和商家进行多次交易,每次交易都需要对之前的交易做一次累计清算;

    4 在锁定时间到期之前,商家发送最后一笔交易上链,消费者获得找零,商家获得结算金额,支付通道关闭。

    这里的支付通道是单向的(Alice-->Bob),完整的闪电网络设计比这个要复杂很多,但是单向支付通道是基础,弄明白这个基础之后,才能理解更复杂的设计与实现原理。

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