雷電網絡為全球去中心化支付提供基礎設施 將使區塊鏈支付成為現實

很久之前就關注Raiden雷電網絡，而最近一個月雷電網絡是兩支最突出的黑馬之一，另外一個POWR，之前藍狐社區也有提及過。雷電網絡上交易所後短短一個月超過5倍收益，是近期漲幅最快的數字資產之一。由於團隊之前比較低調，甚至在眾籌官網連團隊介紹都沒有，所以在眾籌階段並沒有引起太大的注意，同時在社區遭到一些意見領袖的批判，認為不該進行眾籌。即便如此，Raiden因為它的基礎性技術和對於整個區塊鏈世界的重要作用，引起不少早期投資者的關注。

雷電網絡是什麼

雷電網絡是以太坊的鏈外擴展解決方案，是以太坊區塊鏈的補充，適用於任何ERC-20標準代幣在以太坊區塊鏈上的轉賬。可以跟比特幣的閃電網絡相比較，是以太坊版本的閃電網絡，可以實現即時支付、低交易費用、可擴展以及保護隱私。

為什麼要做鏈外擴展方案？這是由區塊鏈技術本身特點來決定的。為了保證真實性、不可逆、不可篡改，區塊鏈需要達成共識，這個過程是不能夠省略的，每個參與者都需要知道賬本的最新狀態。另外，由於硬件和帶寬的限制，分佈式網絡中可以共享的每秒更新數量也有限。如果主鏈上突破不了，那麼，就換個思路：鏈外來解決，這個就破局了。雷電網絡可以避免區塊鏈共識的瓶頸。它通過支付通道網絡解決問題，實現在鏈外的價值轉移。

目前以太坊的確認區塊的時間仍然需要很長時間，即使上個月完成了拜占庭分叉，出塊時間提高了一倍，依然還需15秒。在區塊鏈瀏覽器中，經常可以看到以太坊網絡負載超負荷，出現擁堵。

雷電網絡的願景

雷電網絡最核心解決的問題就是速度。區塊鏈雖然很酷，但速度很慢。如果你在零售店買瓶水，刷卡等待十幾秒才能確認是否到賬，會讓人抓狂，看看今天的支付寶和微信支付，等待十幾秒的體驗對於今天的人類來說，是無法接受的。

未來Iot的萬物互聯，機器之間的交易需求量暴漲，軟件與軟件的間自動交易將會創造出全球範圍內巨大商業網絡。而這個異常龐大的交易網絡對於交易的速度、費用、安全、隱私等都有要求。如果交易速度慢，費用高，不安全，它在整個商業網絡中將無法落地。

在未來的Iot交易中，雖然區塊鏈是構建其基礎設施的關鍵，但基於區塊鏈的支付系統在速度、費用和擴展性方面都還達不到大規模商用落地要求。

為解決速度、擴展性等問題，區塊鏈行業的大牛們使出渾身解數，有分片技術、側鏈技術、狀態通道、Tangle等。不過有些解決方案更多聚焦於交易規模能力提升，但對於支付來說，還是不夠，還要考慮低交易費用和低延遲等問題。

目前來看，以太坊在擴展性、交易費用、交易速度方面都不盡如人意，以太坊分片技術會緩解擴展性的問題，但在交易費用和延遲方面提升不夠，plasma或側鏈技術可以大幅提升擴展性，緩解交易費用問題，但在延遲方面依然沒有得到很好解決。

而這就是雷電網絡的機會所在。雷電網絡目標很遠大，它試圖為全球範圍內的去中心化支付提供基礎設施，讓區塊鏈支付成為現實，改變目前速度慢、交易費用高、擴展性差的問題。

總言之，鏈外擴展方案有很多，而雷電網絡是目前真正在交易速度、交易費用、擴展性方面都有提升的綜合解決方案，這也讓它成為目前區塊鏈領域微支付的最重要的基礎設施之一。只有交易速度快、費用低、高擴展性都滿足了才有可能讓小額交易進入大規模的商用化。如果做到了，這就是雷電網絡的基礎價值，也是它在整個以太坊價值體系中的重要貢獻。

雷電網絡的部分用戶場景

1．零售微支付

雷電網絡最好的場景之一就是支付場景。全球支付產業每天有超過2萬億美元的支付，且不斷增長中，雷電網絡可以實現零售級別的支付，不管是你買支牙刷，還是買瓶酸奶，都可以實現快速支付。

那麼它相對於微信支付和支付寶支付有什麼好？不管是速度，還是支付費用、擴展性等方面兩者都做得很好了。而基於雷電網絡的零售支付，最重要的作用它在全球範圍內任何地方任何時間可以做到用數字資產進行小額支付，還有實現支付的隱私和安全，另外，也更方便獲得數字資產作為支付的獎勵，而所獎勵的代幣也可以在其他數字支付場所通用。

2．IoT微支付

Iot的大規模發展導致商業交易規模激增，微支付可用於獲取帶寬、存儲、計算、API，任何基礎設施的微操作訪問都可以用它來解決。比如能源交易可以利用雷電網絡實現電力的微支付。

3．即時性的代幣交換

基於雷電網絡還有一個有意思的應用，就是代幣交易。如果大多數資產都代幣化，那麼，雷電網絡的原子代幣交易功能可以構建去中心化交易所，可以即時低成本交換代幣。 

雷電網絡技術

雷電網絡的技術要實現的目標看上去很簡單，就是一個鏈外擴展方案，但其實需要很強大的技術研發實力，團隊在這之前已經整整工作了2年多，作為基於以太坊網絡的基礎設施，它的底層協議比較複雜，不過對於開發者來說，雷電網絡會提供API接口，用它即可構建基於雷電網絡的去中心化應用。

1.餘額證明

雷電網絡鏈外擴展方案中，最重要一個特點之一就是餘額證明，它通過使用數字簽名和哈希鎖定傳輸來實現，也就是說它把主鏈上的存款進行了抵押後進行交易。

下圖來自雷電網絡技術說明書，可用來解釋它的概念，也就是所謂的支付通道技術。支付通道技術允許兩個參與者間不受限制的雙向轉賬，當然，前提條件是總額不超過主鏈上凍結的代幣額。

上面這張圖是雷電網絡用於說明支付通道技術的，在上圖中，可以看到兩個交易參與者，一個是A，一個是B。所謂的餘額證明，就是說，A和B需要把主鏈上的代幣資產進行抵押鎖定，最終產生餘額證明。比如A擁有1000個PPT和2000個REP，B擁有各1000個PAY、GNT、SALT、POWR、KNC，在鏈外交易轉賬之前，兩者的這些代幣都被抵押凍結當作餘額證明。如果產生不了餘額，就無法進行餘額轉賬。餘額證明是由以太坊區塊鏈執行的有約束力的協議。通過數字簽名，確保交易雙方不能隨意退出價值轉移。另外，由於鏈外的交易中，只有交易雙方才能訪問存在支付通道的智能合約中代幣，這意味著雷電網絡餘額證明跟主鏈交易一樣具有約束力。

一旦主鏈代幣餘額被凍結，交易雙方產生餘額證明，雙方可立即通過支付通道進行鏈外轉賬交易，且不受次數限制。當雙方完成交易，可以把資產轉回主鏈，並在主鏈上進行登記餘額變化，不過鏈外的交易不會留下記錄，也就是說，交易了多少次，交易的數量等信息，都不會向全網廣播，對於有隱私需求的用戶來說，也是一大利好。

2.支付通道網絡

當然，Raiden最強的還是它的網絡協議。由於打開和關閉兩個對等點之間的支付通道，依然需要鏈上交易，在所有可能對等點之間創建通道變得不現實。雷電的解決方案是通過通道網絡借道解決。如果通過連接雙方的通道網絡至少存在一條路由，付款人和收款人間不一定需要直接的支付通道來解決交易。這個網絡和它所關聯的路由及通道互鎖傳輸協議被稱雷電網絡。這是雷電網絡技術最有價值的部分。

下圖簡單解釋了通過中介來建立支付通道的交易解決方案示意圖：

如果A要轉賬給B，A和B有直接的支付通道，但是如果A要轉賬給D，A和D之間並沒有支付通道。怎麼辦？雷電網絡會匹配網絡中的參與者方，試圖找到中介來完成支付通道的建立，那麼，圖中B和E會充當中介，最終建立支付通道，實現A和D之間的轉賬交易。

此外，支付通道轉賬與主鏈交易不同，是不收取交易費用。不過，更大網絡的中介，是要收一些小額費用，以提供它們的通道支持支付，這也產生了複雜的路由和競爭性的通道費用市場。而雷電網絡協議則希望通過使用協議層功能和一些輔助服務促進這個市場。

雷電網絡小額支付價值

任何以太坊區塊鏈上交易都必須付出成本，這依賴於交易需要的計算資源。也就是說，費用與實際交易金額無關，也跟是什麼代幣無關。這樣從性價比上看，主鏈適合大額度的價值轉賬，但對於小額微交易就不值了。如你花幾塊錢買瓶水，就不值得用以太坊主鏈進行交易。

而這些小額的交易就是雷電網絡要解決的問題。轉賬不管是一次發送，還是分割成幾千個更小的交易都毫無負擔。在雷電網絡不管多小的交易都可以有效地發送。

雷電網絡的交易也非常及時，某種意義上，只要你收到鏈外雷電的轉賬，基本上可以確認完全屬於你。主鏈的價值轉移確認依賴於區塊時間，還有礦工需要花時間把你的交易從等待交易中撿起。這都需要耗費時間。

跟等待下面的區塊來確認交易不同，雷電網絡轉賬可以快速發送、接受、確認交易，就像發微信那麼快。

區塊鏈還有個固有的問題就是擴展性。雷電網絡也要解決這個問題。不管用戶基數大小，目前區塊鏈的容量都是有限制的。雷電網絡的容量隨著用戶數的擴張而線性擴展，這樣實現高效、去中心化轉賬網絡。

雷電網絡的不適合大額交易

當然雷電網絡並非萬能，也有自己的弱點。對於用戶來說，有些情況使用雷電網絡交易不如在以太坊主鏈上進行交易。

雷電網絡有餘額證明，在整個支付通道生命週期間會把用戶的代幣鎖定在智能合約上。如果從ATM取點零用錢，你肯定不願意把自己的較大金額在支付通道凍結。一旦你從ATM取錢，你不能將它用作其他事情，就像在線支付或電匯。

大額轉賬應該在主鏈上執行，這樣可以節省額外的通道生命週期管理成本，也可避免通過很多裝備不良的支付通道進行路由的需求。

雷電的工作原理

1.通道的生命週期

在支付通道的生命週期時間，代幣會被鎖定，確保代幣只能在通道中發送和接收，直至交易通道關閉，這樣可以防止雙重支付給其他人。一旦一個渠道創建，參與者可以發起認證檢查。每個對等交易方無需查看所有記錄，只需跟蹤最新部分。餘額證明包含了所有雷電網絡轉賬中發送給參與者的最終總額，由發送人進行數字簽名。

當一方決定在區塊鏈上結算餘額，可以要求也可以支付未付餘額，交易者可以隨時通過向智能合約提交供其選擇餘額證明關閉支付通道。另一方沒有關閉通道，必須提交餘額證明，如果沒有轉賬則無需操作。在雙方提交餘額證明後，就可提取存款。如果有一方沒有及時提交餘額證明，餘額會根據結束者的證明來確定餘額。

2.通道網絡

支付通道的創建和結算必須在區塊鏈上執行。因此，為每個潛在目標創建新的通道顯然是不可行的。雷電則通過創建支付通道網絡來解決這個問題，每個參與者通過支付通道網絡都能彼此連接。

如圖，A想把加密代幣發給D。A必須先找到一條連接到D的網絡通道。連接路徑的每個參與者需要合作讓A能順利把代幣轉到D。參與者通過支付轉發到下一個hop，這樣把通道租借給了A。加密哈希鎖定防止所有這些中介轉賬被記入，直到D確認收到A的代幣。一旦A決定解鎖付款，她把鑰匙給到D。

因為通路上的每位參與者解鎖他們的收款都會有激勵，密鑰很自然通過通道傳回Alice。所有鎖定的轉賬都可以用Alice密鑰進行鏈上兌換。但是，參與者最好將鎖定的轉賬價值合併成標準餘額證明。包含鎖定轉賬價值的餘額證明和讓鎖本身無效都可以同步到通道狀態。這樣就完成了mutihop轉賬。

網絡中的對等方不會把自己的通道免費被使用。畢竟，轉賬會帶來額外網絡流量和支付通道的不平衡。因此，雷電網絡的參與者因為租用通道而付出費用，費用還可以通過激勵來促使支付通道由不平衡向平衡發展。

隱私保護

在交易雙方均持有餘額證明的情況下，雙方可通過支付通道在鏈下進行無限制次數的轉賬。

僅有在完成鏈下交易，需要將資產轉回鏈上時，才會在以太坊主鏈上登記主鏈賬戶的餘額變化信息，而這期間不管發生多少次交易在主鏈上是不會有記錄的。這個特點也可以實現一定程度上的隱私保護。

雷電網絡的一些挑戰

雷電的支付通道網絡技術還比較早期，兩年前才提出，從概念和實現都比較複雜。

1.可拓展的路由

 如果沒有對所有通道和它們的可用性及容量有一個全球概覽，如何找到從發送者到接收者的路徑是很難的。傳統的中心化的做法是讓所有的參與者向中央服務持續報告通道容量，並查詢獲得通路。這是目前比較高效的做法。而去中心化目前的做法不高效，比如採用暴力計算不斷試錯通道或向所有參與者廣播通道最新狀態。小世界網絡是有效的路由模型，但要求節點間動態連接。雷電網絡需要找到一個相對平衡的可行解決方案。

2.維持平衡網絡

尋找路徑算法不應提供任何路徑，理想情況下，還是可以減少或避免增加調解通路的不平衡。參與者用費用激勵找到最便宜的路徑，有助於網絡平衡。

3.維持隱私的同時提供低延遲信息傳遞

 保持所有參與者端點的私密性也不容易。協調多點傳輸，參與者需要熱錢包。但不想暴露自己的端點。被動傳輸信息的協議，比如whisper是必須的，但與此同時，也要考慮擴張到數百萬級的用戶。

4.輕客戶端

大多數用戶不會運行全節點，會有類似於用戶使用metamask來使用Dapps的方式，這要求協議可以有效支持弱連接。

5.支付通道

支付通道允許任何一方任何時間關閉通道。但是，兩方在一個通道結算期間需要同時在線。在大多數普通用戶場景下就很不穩定，人們可能線下多於線上。這裡需要一個去中心化的第三方代表離線方進行結算。

6.升級治理

 讓數百萬用戶來投票決定協議升級方案不太現實。需要有效的治理機制，比如允許專家群代表投票決議。

7.對運行網絡的激勵

 需要對路徑尋找、監控和全節點服務來支撐整個運行網絡。這些服務的提供者會被獎勵。但與此同時，協議核心不應該有任何費用。

結語

雷電網絡通過解決如下幾個方面的瓶頸，試圖讓區塊鏈支付能夠真正進入大規模採用的階段，真正飛入尋常百姓家。首先是速度，可實現交易傳輸一秒內完成確認。其次是費用，把轉賬成本降低很多，讓小額微支付成為可能。再次是可擴展性，實現與參與者數量成線性比例增加。最後還有私密性和互操作性，讓個人轉賬在鏈下完成，記錄不會進入主鏈公開賬本，互操作性則是讓雷電網絡可用於任何符合ERC20標準的代幣。

最終來說，如果雷電網絡能夠解決這些問題，那麼，它將在區塊鏈的零售級的微支付和Iot支付中都有機會大規模商用，這就是它未來可能的價值所在。做到了這一點，它就有機會成為真正的去中心化的全球支付基礎設施。

（原文標題：《Raiden雷電網絡:會成為全球區塊鏈支付的基礎設施嗎》）