閃電網絡路由：正和博弈中的隱私和效率問題_比特幣

兩點之間直線最短。這是人人皆知的道理。但這句話并不完全正確，至少在非歐幾何里，它是錯的。看過閃電的人都知道，閃電是不走直線的，而是在從空間中的一個點到達另一個點的過程中，一遇到電阻就避開，自動找到最高效的那條路徑，一點一點竄過去。

閃電網絡支付也遇到了同樣的挑戰，不過它不像大自然那樣自帶優化程序。我們需要投入大量精力在閃電網絡的思考、開發和調整上，才能使之變得穩健和高效。本文將解釋支付路由是如何在閃電網絡上運行的，有哪些方面依然需要改進，以及路由技術未來的發展方向在哪。

路由技術目前的發展情況

首先要注意的是，路由技術已經在閃電網絡上投入使用了，而且運行地相當不錯，無論是在安卓機還是在iPhone上。

基礎知識：節點、通道、洋蔥

閃電網絡的基礎構成要素是節點以及連接這些節點的支付通道。節點可以是任意用戶、賣家或閃電網絡服務提供者。節點之間由支付通道互相連接。網絡中的每個節點都會與至少一個其他節點相互連接。然而，像是輕客戶端之類的節點不太可能跟另一個節點，比如整個約翰內斯堡最棒的蜂蜜商Tschego和Lonny，開通支付通道。開通支付通道屬于鏈上交易，如果要給每個新的交易對手都開一個支付通道的話，建設二層網絡的意義何在。因此，如果是兩個未連接的節點之間要付款，最好是通過現有的支付通道找到一條路徑。

閃電網絡節點數量已達13139個:金色財經報道，據1ML.com數據，目前，支撐網絡的節點數量達到13139個，相較30天前數據，環比上漲2.3%；通道數量為37486，相較30天前數據，環比上漲1.8%；閃電網絡承載能力目前為992.71BTC，約合909.89萬美元。[2020/7/19]

路由是如何運作的

目前，閃電網絡使用的是源路由和洋蔥路由。通過源路由，源節點負責計算從源到目的地的整條路徑。為此，源節點需要下載完整的公開支付通道表，以便計算出一條路徑，并根據這條路徑涉及的所有通道的負載量來計算手續費成本和所需跳數。在點對點交易中，這個過程會涉及到大量數據，而且數據量還會隨著網絡的擴大而增加。

閃電網路還實行洋蔥路由，極大地提高了隱私性。洋蔥路由的運作方式是這樣的：假設我要向Adam支付一筆錢，但是我們之間沒有支付通道。但是我跟Nick之間有支付通道，Nick跟Jameson之間有支付通道，Jameson跟Andreas之間有支付通道，而Andreas跟?V?i?t?a?l?i?k?Adam之間有支付通道。因此，

比特幣錢包Electrum發布4.0測試版，新增支持閃電網絡等更新:比特幣桌面錢包客戶端Electrum發布4.0測試版，新增支持閃電網絡等多項重要更新，該版本距離Electrum上個版本3.3.8（去年7月）已接近一年的時間。在4.0測試版本中，Electrum主要增加了PSBT（部分簽名比特幣交易）、閃電網絡、Watchtowers（暸望塔）以及Submarineswaps（潛交換）等功能。（Github）[2020/6/28]

我將這筆付款鎖在一個盒子內，再將這個盒子鎖在一個更大的盒子里并附上接收者的地址；

我將第二個盒子鎖在一個更大的盒子內，并附上接收路徑中更近一個節點的地址。

如此反復直到我和Adam之間形成了一條由盒子、密鑰和地址組成的鏈。

我把最大的盒子發送給Nick，Nick打開這個盒子會發現第二個盒子和Jameson的地址。他將第二個盒子發送給Jameson，Jameson會用他自己的密鑰打開這個盒子，會發現第三個盒子和Andreas的地址。Andreas用鑰匙打開第三個盒子，會發現最后一個盒子和Adam的地址。他將這個盒子發送給Adam，Adam用最后一把鑰匙打開盒子就能收到支付數據了。

比特幣閃電網絡節點數達12800個:據1ML數據，當前比特幣閃電網絡節點數達12800個，過去30天內增加0.89%；通道數量為36640個，過去30天內上升2.8%；網絡容量達到949.58個BTC，過去30天內上升3%。[2020/6/15]

每個節點只知道前后兩個節點的地址，但是沒法重新還原整條鏈或是確定收款人的身份。這就是洋蔥路由：中間方只在掌握須知信息的基礎上進行傳輸。

洋蔥網絡可以進一步提高用戶隱私性。使用了洋蔥路由之后，就能夠在較大程度上隱藏中間節點的身份，不過付款人仍然可以掌握收款人的IP地址以及大概的地理位置。Tor可以完全隱藏用戶的IP地址，確保這個網絡中的其他人——甚至是直接通道伙伴——都不知道這些中間節點的身份或地址。

通過PBMC大幅提高效率

交易都是有時限的，達成速度不夠快的話就會失效，因此提高交易傳播速度加快也會提高閃電網絡的效率。最開始的時候，如果因為某個節點或支付通道而導致路由中斷，算法只會忽略這個情況，并在幾秒鐘之后丟棄該信息。如果沒有一種方式來存儲并使用該信息，發生在同一時間點或之后的付款在計算路由路徑之時可能會將失效節點考慮進去，從而浪費時間和數據成本。

比特幣閃電網絡通道數量為36091個:據1ML數據，當前比特幣閃電網絡節點數為12546個，過去30天內增加3.81%；通道數量為36091個，過去30天內下降0.6%；網絡容量達到935.61個BTC，過去30天內下降1%。[2020/5/5]

基于概率的任務控制通過了解之前的成功支付案例來解決這一問題。每個節點一開始都有一個默認的成功率，并根據實際的轉賬完成率有所增減。網絡路由的支付交易越多，任務控制組件就越了解這個網絡的特性，將來就能更好地規劃付款路徑。

路由技術的未來

隨著閃電網絡不斷走向成熟，以及開發人員對現行實現的了解加深，他們不再將基本功能、效率和隱私性看作三個不相關的問題。每一次新的開發都會綜合考慮這三個方面，找到三者之間的最佳平衡點。

蹦床支付

如上文所述，一旦網絡擴容，路由表也會隨之擴大。這時，對于帶寬和存儲空間有限的移動節點來說，源路由并不實用。有人提出了一種名為蹦床支付的方式，就是將路由外包給“蹦床節點”，減少移動節點在數據量和計算量上的負擔。

動態 | 閃電網絡節點數量達10325個:1ML.com數據顯示，閃電網絡節點數量呈持續上升趨勢。目前，支撐網絡的節點數量達到10325個，在過去的30天中上漲了2.62%，而通道數量為35203，在過去的30天中下降了0.2%。閃電網絡承載能力目前為821.48BTC，約合761.90萬美元。[2019/11/3]

蹦床節點就是掌握全網路由表的閃電網絡節點，負責在付款人與收款人之間找到一條路徑。節點客戶端無需下載并持續更新路由圖，只需連接到一個可靠的蹦床節點上即可。付款會從一個蹦床節點跳到另一個，直到達到收款人處為止。

然而，將路由外包給蹦床節點也會帶來隱私性風險：蹦床節點需要知道收付款雙方才能為找到付款路徑。不過在蹦床支付技術上線之前，已經有人提出了一個靠譜的解決方案，能夠解決隱私性問題。

這個解決方案就是使用兩層洋蔥路由：一層包裹的是付款人和收款人，另一層包裹的是一條隨機選擇的蹦床節點鏈。和洋蔥路由的情況大致一樣，付款路徑上的每個節點只能獲取各自必需的路由信息。因為鏈是隨機選擇的，所以中間節點很難識別敏感信息。最大的缺點是，節點之間的跳數越多，交易費也就越高，不過話說回來，這么低的交易費漲個10倍又如何。

螞蟻路由

偵查蟻隨機發現食物之后，會在返回蟻穴的途中分泌信息素留下蹤跡。這條蹤跡上走過的螞蟻越多，其吸引力就越強。不過等到食物被搬空后，這條蹤跡上的信息素就消失了。蟻群通過將隨機有序的行為結合起來，找到了信息傳遞和通信的最佳路徑。是不是很神奇！

螞蟻這種聰明的行為給CyrilGrunspan和RicardoPérez-Marco帶來了靈感。他們致力于消除閃電網絡中的等級劃分，讓所有節點執行所有功能。他們提出的“螞蟻路由”的運作方式如下：

兩個節點生成一個很大的隨機數，并各自生成一個“信息素種子”，它們都需要對方的信息素種子來重構這個隨機數。

它們將各自的信息素種子廣播給相鄰節點。

節點在收到信息素種子之時，會驗證這個種子是否存在于網絡的內存池中，以及相鄰節點是否已經收到這個種子。

如果節點發現收到的是一個新種子，會將這個種子存儲在內存池中，并把它交給相鄰節點。

當兩個部分種子在網絡中的某處相匹配之時，會順著相鄰的節點原路返回，直到將付款人和收款人連接起來為止，這樣就可以進行付款了。

在各節點規定的時間段過去之后，所有關于已驗證種子的本地數據就會被抹去，然后在短時間內將所有交易數據都刪除。如果在有效時間內沒有找到路徑，交易就會失敗。

由于各節點只需要知道傳輸種子的直接相鄰節點，作者稱該算法確保了付款人和收款人的匿名性。而且，他們還表示這個解決方案免去了本地存儲網絡路由表的需求，這將極大地減少相關數據量，讓網絡結構變得扁平化。然而，各節點必須執行一些額外的計算工作。

螞蟻路由或將成為另一種非常有效的解決方案，既能增強閃電網絡的可擴展性，同時又能提高隱私性和效率。

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