数据显示比特币的闪电网络解决了可扩展性问题

由柏拉图重新发布

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这是软件工程师兼宏观经济研究员 Stanislav Kozlovski 的观点社论。

许多比特币爱好者都听说过比特币“缺乏可扩展性”——这是贪婪的加密货币竞争对手和现任机构参与者对该项目最常见的批评之一。

一些老朋友可能还记得 2015 年至 2017 年激烈、充满争议的区块大小大战，在业内人士的帮助下，最肤浅的目的是通过增加最大区块大小使比特币扩展到更多交易，这样做几乎开创了先例改变了比特币的未来课程永远.

这两个问题最终都将被证明留在历史的错误一边。在这篇文章中，我们将展示闪电网络如何解决比特币的可扩展性问题，并毫无疑问地证明小区块决策最终是正确的。

基础层限制和选择

在了解闪电网络解决什么问题之前，我们应该先了解其内在问题是什么。简而言之：您无法扩展区块链以分散方式验证整个世界的交易。

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区块链有一个固有的局限性，迫使它们在三种品质之间进行权衡——他们系统的一种品质必须与另外两种相得益彰。如上图所示，区块链只能可靠地具有这三种品质中的两种：

去中心化：不受任何一方或少数精英控制
可扩展：扩展到足够数量的事务
安全：不易被攻击和破坏其不变量

值得注意的是，所有这些特性都位于单独的、复杂的频谱上。例如，你不会超过某个阈值变得“安全”，这是非常依赖的关于用例和许多不同的特征.

比特币运行缓慢是有原因的。它明确选择优化三难困境的“安全”和“去中心化”部分，将“可扩展性”（每秒交易数）留在一边。

关键的认识是，就像今天的互联网和金融系统一样，最好将整个系统包含在不同的层中，每一层都针对不同的事物进行优化和使用。

比特币作为基础层，是一个全球复制的公共分类账——每笔交易都会广播给网络中的每个参与者。很明显，实际上无法扩展这样的分类账以适应整个世界不断增长的交易率。除了不切实际和损害隐私之外，它的缺点远远超过了它微不足道的好处。

过去，在线社区之间就比特币应该如何提高其交易吞吐量进行了一场大内战。有这个故事中主要的、令人愤怒的争议并且在很大程度上是什么塑造了比特币以保持今天的状态——一种草根的、自下而上的运动普通人（平民）彼此聚集在一起，决定了网络的规则。

一项数据驱动的探索证明，闪电网络将比特币支付扩展到 Visa 之外，而第二层创新就是这种方式。 — 来源

“块大小战争” 作者乔纳森·比尔 (Jonathan Bier) 说明了去中心化网络支持者之间的斗争，他们希望什么对网络的长期生存是最好的，而主要参与者和公司为推进自己的权力获取和谋利议程而进行的贪婪和宣传永存。

长话短说，比特币被分叉成一个名为“比特币现金”的失败分叉。

这个小家伙最终赢了——比特币并没有急于做出任何会损害其去中心化、安全性或安全性的糟糕设计选择。审查抵抗. 有效地做出了通过层扩展比特币的决定，引入了与比特币分开工作的第二层，并将它们的状态检查点到主要的、更慢但更安全的网络。

与之形成鲜明对比的是，明显不成功的比特币现金分叉通过将区块大小增加到 32兆字节, 是比特币的 32 倍, 对于最多每秒 50 笔付款在基础链上。

块大小

每个比特币区块都有其大小上限，这表示一个区块内可以存在多少笔交易的上限。如果需求增长超过一个区块可以拥有的交易量，该区块就会变满，并且交易会在内存池. 用户开始通过可调整的交易费用相互出价，以便让他们的交易被矿工包括在内，矿工被激励选择支付最高的交易。

一个天真的解决方案是简单地增加块大小限制——也就是说，允许更多的交易被包含在一个块中。这种负面影响非常微妙，即使是知识分子像埃隆·马斯克一样犯错建议它。

增加块大小会产生二阶效应，从而降低网络的去中心化程度。随着块大小的增长，在网络中运行节点的成本也会增加。

在比特币中，每个节点都必须存储和验证每笔交易。此外，所述交易必须传播到节点的对等点，这增加了支持更多交易的网络带宽需求。事务越多，每个节点对网络处理 (CPU) 和存储（磁盘）的需求就越大。因为运行一个节点不会产生任何经济利益，所以运行一个节点的动机会不成比例地降低，成本越高。

用数字表示，如果比特币要扩展到 Visa 声称的峰值容量水平（每秒24,000个事务) 一个节点每秒需要 48 兆字节只是为了通过网络接收交易。以下是显示世界平均互联网速度的地图：

如您所见，世界平均速度的很大一部分将使他们无法在这些条件下运行节点。请注意，平均速度意味着许多甚至低于所述阈值。此外，它并没有考虑到用户的带宽会有其他用途这一事实——很少有无私的人会把 50% 的互联网带宽用于比特币节点。

更重要的是，这将产生的数据量将使任何人都无法实际存储它——每天将产生 518 GB 的数据，或每年 190 TB 的数据。

此外，启动一个新节点需要下载所有这些 PB 级数据并验证每个签名——这两者都会导致新节点需要很长时间（数年）才能启动。

更糟糕的是，每秒 24,000 笔交易本身并不能构成一个真正独特的全球支付网络。 Visa 不是世界上唯一的支付网络，世界每天都在变得更加相互联系。

闪电网络101

闪电网络是一个独立的第二层网络在主要的比特币网络之上运行。简单地说，它批量处理比特币交易。

要访问它，您需要运行自己的节点或使用其他人的节点。出于此处的目的，该网络有两个值得理解的概念：

A 闪电节点：相互通信的独立软件，构成一个新的点对点网络。
通道: 两个之间打开的连接 闪电节点，允许付款在它们之间流动。

通道实际上是比特币底层交易，将通道锚定到安全链上。

一旦两个节点打开彼此之间的通道，付款就开始在它们之间流动。每次后续支付都会修改通道的状态，以加密方式撤销旧通道并在两个节点的内存和磁盘上设置新通道的检查点，但重要的是，不检查基链。

渠道可以并且在我看来理想情况下应该保持开放很长时间（例如，一年或更长时间）。如果节点决定关闭他们的通道，他们在所有链下支付后的最新余额将恢复到他们原来的钱包。这是通过散列时间锁定合约 (HTLC) 和数字签名进行加密保护的，出于本文的目的，我们不会对其进行详细介绍。

这允许将数十亿笔付款分批处理成两笔链上交易——一笔用于打开通道，另一笔用于关闭通道。一旦支付完成，各方之间的最新余额是多少是无可争辩的（假设节点冗余地存储它们的通道检查点）。

至关重要的是，一个人不需要直接连接到另一方来支付它们——网络中的其他节点可以使用通道来增加它们的可达性。换句话说，如果 Alice 连接到 Bob，Bob 连接到 Caroline，Alice 和 Caroline 可以通过 Bob 无缝地互相支付。

闪电般的可扩展性

正如我们现在将要证明的那样，闪电网络今天已经扩展到每秒支持 16,264 笔交易，因此解决了可扩展性问题，同时保留了比特币必须提供的所有好处——无需许可、稀缺性、用户主权、可移植性、可验证性、去中心化和抗审查性。

对于通过网络进行的支付，它通常必须通过多个支付渠道。要回答网络在一秒钟内可以进行多少次支付，我们需要了解一个平均通道支持多少次。

统计数据显示，平均付款经历了大约三通道.

基准数字我们将为此分析使用每个节点的吞吐量，而不是每个通道。因此，我们会错误地假设每个节点只有一个通道。根据基准，默认的 LND 节点据说能够使用一台像样的机器（33 个 vCPU，8 GB 内存）每秒进行 32 次支付。

网络中有 16,266 个节点（截至 2022 年 134,194 月），假设每次支付都必须经过三个通道（四个节点），网络应该能够实现每秒约 XNUMX 次支付。

也就是说，每笔支付都必须经过一组四个节点，网络中有 4,066 个这样的独特组。假设每个节点每秒可以进行 33 次支付，我们将 4,066 乘以 33 得到 134,194。

现在，现实一点：并不是每个节点都在运行像基准测试中那样的机器——很多都是简单地运行在树莓派上。值得庆幸的是，击败当前的支付系统并不需要太多。

闪电与。传统支付

很难找到有关传统支付系统峰值容量的真实数字，因此我们将依赖其整个 2021 财年的平均支付率。我们将其与闪电网络的理论容量进行比较，因为相反，由于闪电网络的隐私性，无法获得闪电网络的平均支付率，而且由于闪电网络支付的需求仍然较低，因此无法揭示其能力。这种比较将使我们了解一个照明节点需要能够路由多少支付才能在竞争中胜过传统金融。

签证锯 165 年支付 2021 亿美元, 贝宝看到 19.3亿支付在其整个平台上，FedWire 看到 204千万. 分别相当于 7,372 年平均每秒 612、6.5 和 2021 笔付款。从长远来看，比特币确实每秒 2.44 笔付款到 2021 年，最高可达每秒 XNUMX 个。

这些数字很有希望——每个闪电网络节点都能够做到 每秒四笔付款 为了击败目前的支付网络至少两倍。按照这个速度，4,066 个独特的四节点组可以实现每秒 16,264 次支付——是最大竞争对手 Visa 的 2.2 倍。