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ALI:深入解讀閃電網絡:HTLC 的工作方式與多跳支付的實現方式

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Time:1900/1/1 0:00:00

在上一篇文章里,我們詳細解釋了支付通道的運作,以及多種保證支付安全發生的方法。不過,這些功能,還不足以支撐一個可用的支付通道網絡:即使我們很確定在每個通道內每個參與者都是誠實守信的,也沒法保證通過多個通道來支付同樣是安全的。這就是我們需要“HTLC”這種智能合約的原因。在本文中,我們會講解HTLC工作的方式,并使用一個例子來展示多跳支付是如何在閃電網絡中實現的。

哈希時間鎖合約

HTLC的結構并不復雜,但非常高效。它使我們可以創建具有明確“過期時間”的支付。你可能也猜得到,HTLC合約由兩部分組成:哈希驗證和過期驗證。

我們先從哈希值開始。要創建一筆帶有HTLC的支付事務,你先要生成一個?秘密數值?R,然后計算出其哈希值。任何詞語、任何數字都可以充當這個秘密值,因為,對哈希函數來說,它們都是一堆數據的組合,沒有什么分別。

H=Hash(R)

這個哈希值H會放在事務輸出的鎖定腳本中。如此,只有知道H所對應的秘密值的人才能使用這個輸出。而R就是所謂的“原像”。

HTLC的第二部分是過期時間的驗證。如果秘密值沒有及時地公開,這筆支付就用不了了,發送者會收回所有的資金。

我們來考慮一個發給某人的HLTC支付事務:

#檢查所提供的R是否為H的原像

HASH160EQUAL

IF??

?????#檢查公開R的人是否為事務最初的接收者??

????CHECKSIG

ELSE??

????#檢查時間鎖是否已終止??

???CHECKLOCKTIMEVERIFY??

國務院辦公廳盧向東:區塊鏈等新技術與政府業務深入融合:10月12日,第三屆數字中國建設峰會數字政府分論壇在福州召開。國務院辦公廳電子政務辦公室主任盧向東表示,黨中央、國務院作出推進數字政府建設的重要決策部署,意義重大,影響深遠。目前推進數字政府建設已經具備良好的支撐條件。當前,5G網絡覆蓋范圍不斷拓展,云計算統籌優化基礎設施資源,物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等新技術與政府業務深入融合,新一代信息技術為數字政府建設提供了強有力的技術保障。(經濟參考報)[2020/10/15]

???#檢查請求返回資金的是不是事務最初的發送者??

???CHECKSIG

ENDIF

在正確的R公開之后,我們進入IF流程,進一步驗證提供R的是不是這筆支付事務一開始的支付對象。在花費這個輸出時,接收方只需提供一個非常簡單的解鎖腳本:

如果解鎖腳本所提供的R是錯的,我們跳轉入ELSE流程,首先驗證時間鎖解鎖了沒有。如果時間鎖已然解鎖,發送者就可以收回所有的資金。收回資金這個操作的解鎖腳本也差不多,唯一的區別在于,為了進入ELSE流程,需要提供一個錯誤的秘密值:

當然,這只是HTLC的一個非常基礎的實現,代表著一個普通的時間鎖支付。你可以在腳本中加入任意多的其它條件,比如說,在IF流程中移除公鑰驗證,這樣只要知道秘密值R的人都可以使用這個輸出;也可以在其中加入多簽名限制,要求提供多個預設私鑰的簽名才能解鎖。

多說一句,在這個案例中,我們使用的操作碼是?CHECKLOCKTIMEVERIFY,這個操作碼使用絕對數值來定義時間鎖,意思就像:“這個輸出在區塊#546212之前是無法動用的”。而在閃電網絡中,還用上了另一種時間鎖,更“靈活”的一種:CHECKSEQUENCEVERIFY,它用到的是相對數值,意思近于:“這個輸出,在使用它的事務上鏈之后的1000個區塊內,是無法使用的”。

共為2020 | Block.one首席執行官:區塊鏈深入數據,更好為用戶服務:金色財經現場報道,2020年6月21日,由金色財經主辦的共為2020·區塊鏈創新應用論壇在深圳拉開帷幕。Block.one首席執行官Brendan Blumer、金色財經CEO安鑫鑫就《Block.one、EOSIO和區塊鏈未來》進行現場連線。Block.one首席執行官Brendan Blumer指出:大家看到周圍的事物往往只是表面,但往下深挖是很大的數據庫。比如現在社交媒體上有很多廣告,這些廣告下面是數據,很多公司用算法和技術方法把廣告推送到我們身邊。區塊鏈技術可以深入其中,提高更好的透明度,看是否為用戶服務,讓用戶能更好的掌控。[2020/6/21]

閃電網絡案例

現在,我們終于講解完所有元素了,可以嘗試理解閃電網絡運作的全景了。

我們假設現在閃電網絡有5個參與者:Alice、Bob、Carol、Diana和Eric,他們各自有一個支付通道相連,而每個通道的每一邊都有2btc的余額可用。現在,我們嘗試讓Alice通過通道鏈條給Eric支付。

-一系列相連的雙向支付通道,組成了閃電網絡,可以轉介Alice對Eric的支付-

假設Alice現在要給Eric支付1btc。但是,如我們所見,他們并無直接的通道相連,而開設通道需要時間和金錢。幸運的是,Alice連接著閃電網絡,可以在一系列HTLC合約的幫助下完成間接支付。我們一步一步拆開來看。

Eric生成了一個秘密值R,并把其哈希值發給了Alice

Alice使用這條哈希值創建了一個HTLC,而時間鎖設置成未來10個區塊,輸出的數額是1.003btc。這額外的0.003btc是給支付通道鏈條中間方的手續費。那么,Alice現在用HTLC鎖住了1.003btc,而HTCL的具體條件以大白話表述如下:“Alice會給Bob支付1.003btc,只要他能在10個區塊內交出秘密值R,否則這些錢會返回給Alice”。他們之間的通道的余額也會因為這筆承諾事務而發生這般變化,現在Bob在通道內擁有2btc,Alice有0.997btc,還有1.003btc鎖在HTLC里面

聲音 | 物美集團創始人張文中:區塊鏈僅靠熱度不能解決問題 須針對場景做深入開發:物美集團創始人張文中近日在接受采訪時表示,新技術對現有技術企業都會有比較大的影響。比如,最近大家談論比較多的區塊鏈對企業影響是必然的。但我們也應該清醒認識到,區塊鏈僅靠熱度不能解決問題,它必須針對所面對的場景做深入開發和挖掘,比如在食品追溯方面,如果能夠追溯源頭,這也能助力實體企業轉型。(聯商網)[2019/11/6]

到了Bob這里,他可以隨意處置Alice的承諾事務。他在自己跟Carol的通道中創建了一個HTLC輸出,數額是1.002,時間鎖設定為9個區塊,使用了跟Alice所提供的同樣的哈希值。Bob知道Carol如果想獲得這筆錢,就不得不找出秘密數值R來解鎖這個HTLC,而一旦她這么做了,他就會知道這個R,因此也能解鎖Alice的HTLC,拿到1.003btc。如果Carol沒法找到這個秘密值R,Bob和Alice都能在時間鎖解鎖后拿回自己的錢。注意,Bob發送的資金數額比自己能夠得到的數額小0.001btc,這就是他收取的手續費數額。Bob和Carol在通道內的余額變成:Carol擁有2btc,Bob擁有0.998btc,還有1.002btc鎖在HTLC中

Carol獲得Bob發出的承諾事務之后,也如法炮制,在與Diana的通道中創建一個HTLC,使用的哈希值與Bob提供的無二,時間鎖設置為8個區塊,數額為1.001btc。如果Diana能在8個區塊以內揭示這個秘密數值R,就能解鎖這個HTLC,獲得1.001btc,相應地,Carol也會知道這個秘密數值,解鎖Bob給她的HTLC,獲得1.002btc,賺得0.001btc。Carol和Diana通道內的余額變成:Diana擁有2btc、Carol擁有0.999btc,還有1.001btc鎖在HTLC里面

動態 | 2019年7月國內一級市場區塊鏈融資10強發布 區塊鏈行業的發展不斷向產業端深入:據中國金融信息網報道,8月8日,中國金融信息網與烯牛數據聯合發布2019年7月份國內一級市場區塊鏈項目融資10強榜單。從榜單來看,在整體融資大幅下滑的趨勢下,2019年7月份國內區塊鏈項目融資數量出現回升。監測數據顯示,數字貨幣和交易平臺類融資項目明顯增多,天秤幣白皮書的發布在一定程度上提振了市場預期,但是此類項目將面臨與天秤幣的直接競爭,其商業邏輯未來或將受到天秤幣嚴酷打壓。與實體經濟結合的項目依然占據著榜單的主流,分別涉及金融、大數據、交通運輸、電商、傳媒、產權、房地產和游戲領域。從連續發布的榜單來看,區塊鏈行業的發展不斷向產業端深入,應用端的開發落地越來越具體,與實體經濟結合發展的想象空間逐漸立體化。從技術角度來看,加密、數據庫、共識、P2P和智能合約的發展日益成熟,區塊鏈作為集成性創新技術的發揮邊界正在逐步拓展。[2019/8/8]

最終,當Diana將一個HTLC通過通道發送給Eric時,她把數值設為1btc,時間鎖設為7個區塊。Diana和Eric的通道內余額變成:Eric擁有2btc、Diana擁有1btc,還有1btc鎖在HTLC里面

現在,我們來到了這個連鎖支付的終點。Eric擁有這個秘密值R,這個R的哈希值用在了所有的HTLC承諾事務中。Eric可以解鎖Diana發給他的HTLC,獲得1btc;而Eric取回資金之后,Diana也會知道這個R。Diana與Eric的通道內余額會變成:Eric擁有3btc,Diana擁有1btc。

Diana收到這個秘密之后,也拿來解鎖Carol發給她的HTLC,獲得1.001btc的同時也向Carol公開了秘密值。他們通道內的余額變成了:Diana擁有3.001btc,Carol擁有0.999btc。

現場 | 姜海:密碼學將隨著黎曼猜想等理論研究的深入迎來大發展:金色財經現場報道,今日,2018可信區塊鏈峰會在北京召開。在主題為“區塊鏈安全焦點關注”的區塊鏈安全論壇上,丁牛科技有限公司CEO姜海結合最近黎曼猜想被證明引起了密碼學界的高度關注,分析了黎曼猜想與區塊鏈密碼安全。他提出,盡管黎曼猜想的證明對于傳統密碼安全有極大的沖擊,但是區塊鏈技術的安全建立在SHA-256、橢圓曲線、算法校驗等基礎之上,在使用過程中能夠極大地抵抗密碼攻擊。盡管最近有很多的安全事件發生,而其根本原因在于程序的違規操作。未來隨著隨機發生器、量子計算機以及黎曼幾個等基礎理論的研究,密碼學將會有更大的發展空間。[2018/10/10]

Carol收到秘密值R之后,解鎖了Bob發過來的1.001btc,因此Bob也知道了這個秘密值。他們通道內的余額變成了:Carol擁有3.002btc和Bob擁有0.998btc

最后,Bob使用秘密值R獲得了和Alice通道中的1.003btc。于是通道內的余額變成了:Bob擁有3.003btc,Alice擁有0.997。

這樣一個流程下來,Alice就給Eric支付了1btc,無需在彼此間另開一個直接相連的通道。整個支付鏈條中,也沒有人需要信任另一個人,而且他們還因為中介服務賺到了0.001btc。即使支付在某個環節卡住了,也沒有人會遭受損失,因為資金還鎖在那里,時間過了就可以取回。

清除故障

在我們這個例子中,整個流程都是很平滑、沒有阻礙的,但在現實生活就像所謂的“墨菲定律”:如果某種壞事可能發生,那這種壞事就一定會發生。于是我們要考慮閃電網絡的“保護”機制。

從實踐來看,支付鏈條越長,最終無法交付資金的概率就越大:某些參與者可能會關閉通道,或者某些節點會掉線。我們來考慮兩種可能的出錯情形。

通道故障

先考慮一種情形:我們假設資金已經達到了目的地,但在秘密數值一路返回到支付起點的過程中,某個參與者拒絕合作或者無法配合。假設是Bob。

-因為一個通道關閉,資金無法交付-

當Diana收到了秘密值時,就立即取回了資金,并把秘密值暴露給了Carol。Carol也想從Bob發出的HTLC里面拿回資金,但Bob沒有響應,為了避免風險,她關閉了通道,將自己手上的最后一筆承諾事務廣播到了比特幣網絡中,而且,因為她知道秘密值,所以能取回資金。此時,Bob還有三天時間可以從Alice處拿回自己的錢。否則,等時間鎖一解鎖,Alice就可以收回資金。

可以看出,即使某個參與者因為某種原因離開了網絡,TA自己是唯一一個可能損失資金的人,而其他人的資金都是安全的。

重新路由

在第二種情形中,我們假設資金無法到達目的地,也是因為某個參與者出了錯。假設是Carol。

第一種也是最明顯的解決方法是,等待HTLC的時間鎖過期,然后各參議者各自拿回自己的資金。

-支付路徑中的某個節點沒有響應-

但如果Alice就是著急支付,該怎么辦呢?當然,Alice可以通過另一條路徑發起新的支付,不需要死等資金返回,但要是Carol突然之間又回來了,跟Bob把鏈條續上了呢?那Alice不就發送了兩倍資金了嗎?

-Alice如果使用另一條路徑-

這是否意味著,但凡出現了支付失敗的情形,都應該乖乖等時間鎖超時,然后再發起新的一筆支付呢?

好在,要避免這種等待,我們可以“取消”這一次的支付。Diana要發送等量的一筆資金給Alice,也使用跟原來一樣的哈希值,也可以使用另一條路徑。現在,如果Carol重新上線并參與中介,那么資金會走完一個環路,這就意味著那筆原來失敗的支付被抵消了,Alice可以安全地使用另一個路徑來支付了。

-Alice“取消”了舊的支付,新的支付現在可以安全地發送了-

支付數額

你可以也注意到了,當Alice“取消”其第一筆支付時,現在的確是可以安全地發起新的一次支付了,但這并沒有改變一個事實:她的第一筆支付的資金現在仍然是鎖定的,而她可能沒有足夠的錢來發起第二次支付了。這就是為什么在使用閃電網絡時,用HTLC來支付時資金額度應該更小。因為承諾事務不會上鏈,數額可以分割成多個很小的額度。這樣,無論什么時候一個路徑不通了,都只有一小部分資金會被凍結。

傳輸協議

閃電網絡的另一個非常重要的特點是:有關這個路徑的所有信息都是完全匿名的。也就意味著對于任何一個參與者來說,TA都只知道跟自己有關的這部分,比如,對于Carol來說,這筆支付就像是Bob在給Diana轉賬,她不知道Bob會從Alice處收到資金,也不知道Diana會繼續轉賬給Eric。

閃電網絡使用Sphinx多重加密協議。在使用閃電網絡時,Alice會為網絡的每一部分都做一層加密,從支付路徑的末端開始。她使用Eric的公鑰為Eric加密了消息。這條加密消息會被嵌套在給Diana的消息里,并用Diana的公鑰對整個消息再做一次加密。再然后,這條給Diana的消息又會嵌套在給Carol的消息里,也用Carol的公鑰對整個消息再做一次加密。如此不斷重復,得出可以交給下一個人的消息。這樣一來,Bob只能解密消息的最外一層,得到本意發給他的內容;然后把消息轉給Carol;Carol也是如此。每經過一個人,都只會公開絕對必要的消息:支付的數額、傭金的數額、時間鎖的內容,等等。

為了讓人不能從消息的長度中推測鏈條的長度,消息的長度都是一樣的,總是像有20個人參與這個鏈條一樣。每個人,包括最后一個,得到的都是同樣大小的圖像,都以為除了自己以外還有20個伙伴。

閃電網絡的好處和應用場景

當然,閃電網絡的好處并不像很多人以為的那樣,只有可擴展性一項。我們想想閃電網絡到底帶來了哪些可能。

即時交易。使用閃電網絡時,事務幾乎是即時完成的。所以用比特幣來買咖啡就變得可行了

交易所套利。當前,從一個交易所轉出資金并轉入另一個交易所是很不方便的,需要等待3至6個區塊來確認交易。如果交易所能使用閃電網絡,那用戶就能即時轉入資金、參與套利。交易所也不再需要冷錢包來存儲資金,極大地降低了盜竊風險。

小額支付。比特幣區塊鏈的手續費對小額支付來說太高了。很難想象誰會愿意支付0.001btc就為了轉賬同等數量乃至更少的金額。有了閃電網絡,你就可以即時轉移任意大小的金額,舉個例子,你可以按MB來支付網費。

金融智能合約和交易。金融合約對時延是極度敏感的,而且通常需要許多計算。把大多數負擔移到了區塊鏈外,我們就有機會能創建非常復雜的事務以及合約,而無需把這些都記錄到區塊鏈上。

跨鏈支付。如果使用不同共識規則的區塊鏈使用同一種哈希函數,就有可能使用閃電網絡來跨鏈支付。參與者無需信任任何人,也無需使用中介。

隱私。在閃電網絡中,事務比起在比特幣區塊鏈上要更加隱秘,因為支付鏈條的參與者并不知道交易的發起方和目的地。

結論

我們已經講完了閃電網絡。在下一篇文章中,我會告訴你如何使用HTLC來執行一次跨鏈的原子互換,用btc交換ltc。

鏈接

Lightningnetworkindepth,part1:Paymentchannels

“Masteringbitcoin”—AndreasM.Antonopoulos

Lightningnetworkwhitepaper

Segregatedwitnessfordummies

原文鏈接:

https://medium.com/softblocks/lightning-network-in-depth-part-2-htlc-and-payment-routing-db46aea445a8

作者:?MagomedAliev

翻譯:?阿劍

Tags:BTCALILICALICEBTCUALIXMy Neighbor Alice

Gate交易所
USD:XT關于恢復 ADA 充提的公告

尊敬的XT用戶: ADA錢包升級已完成,XT現已恢復ADA充值與提幣業務,暫停期間給您帶來的不便,敬請諒解.

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HTT:關于正式上線FTT、AGLD和OKB品種USDT本位永續合約的公告

尊敬的用戶: 您好!HuobiFutures將于新加坡時間2021年9月14日14點上線FTT、AGLD和OKB品種USDT本位永續合約.

1900/1/1 0:00:00
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