比特幣閃電網路(Lighting Network)入門
比特幣閃電網路
什麼是支付隧道(Payment channels)
支付隧道是用於在無信任環境中進行鏈下交易比特幣的一種機制。交易雙方通過廣播並鎖定一筆由雙方共同簽名的鏈上交易。隧道(channel)只是一種虛擬的比喻，一個隧道由一個在鏈上的(on-chain)的funding transaction、一系列的鏈下(off-chain)的commitment transaction和最後一筆鏈上交易組成。因為絕大部分的交易都是在鏈下發生，所以就沒有了像比特幣一樣的交易速度的限制，極大的提高了交易的速度。
最簡單的單向支付隧道
比如一個視訊點播app，使用者(記作A)每播放1秒鐘視訊需要支付0.1個比特幣給app開發者(記作B)，在app介面上提供了一個基於使用者和app開發者雙重簽名的地址，使用者向該地址傳送了360個比特幣作為該支付隧道的funding transaction
這個簡單的單向支付隧道有兩個明顯的漏洞:
- A傳送第一筆資金交易後，B直接消失，那A永遠也拿不回自己錢了。
- A可以拿被B簽名過後的任何一筆commitment transaction進行廣播，從而減少自己費用。
這兩個問題可以通過加一個timelock來解決
加了時間鎖的單向支付隧道
在A發起funding transaction之前，A先讓B簽名一份有timelock的refund transaction，交易的輸出的高度為當前的區塊高度+3000。然後才開始接下來的funding transaction流程，如果B消失了，A可以通過refund transaction等待(3000個塊)拿回自己的錢。接下來的每一次commitment transaction都帶著時間鎖，從refund transaction設定的區塊高度遞減，比如T+3000, T+2999, T+2000, T+1500。這樣每一次簽署最新的commitment transaction
簡單的加了time lock的單向支付隧道雖然解決了上面兩個問題，但還有幾個問題沒有解決:
- 如果B故意消失的話，A只能等到3000個區塊後才能拿回自己的錢
- 因為添加了time lock，隧道的生命週期有了限制。
- 因為每一筆交易都是通過遞減時間鎖進行的，所以commitment transaction筆數有了限制。
為了解決這三個問題，接下來要引入叫Asymmetric Revocable Commitments
Asymmetric Revocable Commitments
和前面一樣，我們先在鏈上廣播一筆由雙方簽名的funding transacion,但接下來的commitment transaction和前面的不同，A和B雙方各自生成一個commitment transaction，像下面這樣:
A的commitment transaction:
Input: 2-of-2 funding output, signed by B
Output 0 <5 bitcoin>:
<B's Public Key> CHECKSIG
Output 1 <5 bitcoin>:
<1000 blocks>
CHECKSEQUENCEVERIFY
DROP
<A's Public Key> CHECKSIGB的commitment transaction:
Input: 2-of-2 funding output, signed by A
Output 0 <5 bitcoin>:
<A's Public Key> CHECKSIG
Output 1 <5 bitcoin>:
<1000 blocks>
CHECKSEQUENCEVERIFY
DROP
<B's Public Key> CHECKSIG因為雙方都簽名的交易可以馬上拿回自己的幣，而對方得等待1000個區塊後才能拿回自己的幣。所以雙方都很願意對交易進行簽名。接下來要加入一個新的元素：Revocation Public Key每次發起commitment transaction前雙方都會各自獨立生成該密碼的一半，把這個Key用在上面的第二個output上，變成這樣:
A的commitment transaction:
Input: 2-of-2 funding output, signed by B
Output 0 <5 bitcoin>:
<B's Public Key> CHECKSIG
Output 1 <5 bitcoin>:
IF
# Revocation pernalty output
<Revocation Public Key>
ELSE
<1000 blocks>
CHECKSEQUENCEVERIFY
DROP
<A's Public Key> CHECKSIG
ENDIF
CHECKSIGB的commitment transaction:
Input: 2-of-2 funding output, signed by A
Output 0 <5 bitcoin>:
<A's Public Key> CHECKSIG
Output 1 <5 bitcoin>:
IF
# Revocation pernalty output
<Revocation Public Key>
ELSE
<1000 blocks>
CHECKSEQUENCEVERIFY
DROP
<B's Public Key> CHECKSIG
ENDIF
CHECKSIG有了Revocation key，在每次提議commitment transaction前都會交換前面一個commitment transaction的Revocation public key，如果一方發現對方廣播了前面的一筆commitment transaction就可以使用完整的Revocation Key拿到全部的幣。通過使用了相對的time lock就可以極大提高單個隧道里面的commitment transaction了
Hash Time Lock Contracts(HTLC)
HTLC是一種智慧合約，它想到達到的效果就是由交易的接受人提供一個Hash過的金鑰R作為output的的條件之一，如果誰能出示金鑰R，就能獲得這個交易的output的幣。類似這樣的輸出:
IF
# Payment if you have the secret R
HASH160 <H> EQUALVERIFY
ELSE
# Refund after timeout.
<locktime> CHECKLOCKTIMEVERIFY DROP
<Payer Public Key> CHECKSIG
ENDIF路由的支付隧道(Lighting Network)
在HTLC的機制基礎上我們可以實現一個簡單的閃電網路，在雙方沒有建立支付隧道的情況下完成一筆交易。例子如下圖: 
Alice想向Eric轉賬1BTC, 因為Alice並沒有直接跟Eric建立隧道，他只知道Bob，所以他向Bob發起了一筆commitment transaction，一共1.003BTC，output指向持有Eric提供的金鑰R的收款人。因為Bob並沒有金鑰R，所以他轉而向跟他建立隧道的Carol發起一筆commitment transaction，一共1.002BTC,這樣如果Carol能向他提供金鑰R的話，他轉可以獲得1.003-1.002=0.001個BTC, 因為Carol也沒有金鑰R，所以他向Diana發起另外一筆1.001BTC的commitment transaction，期望Diana能給他金鑰R，最後到達了Eirc,他提供了金鑰R，因此所有人都獲得了對應的commitment transaciont，交易完成。這就是最簡單的閃電網路。