第2课

Lightning Network 与支付通道架构

在本模块中，学习者将了解 Lightning Network 如何通过 payment channels 和链下路由实现快速且低成本的 BTC 支付。内容涵盖 Lightning 的技术原理、HTLC 的作用、路由挑战、真实世界的使用情况，以及钱包用户体验和流动性管理的最新改进。

支付通道结构与 HTLCs

Bitcoin 的基础层并不适合快速、高频的支付。Lightning Network 的推出正是为了解决这一限制。它通过将大部分交易活动迁移至链下，实现了几乎即时的 Bitcoin 转账，同时仍依赖 Bitcoin 主链进行最终结算。本模块将解释 Lightning Network 的架构、payment channel 的工作原理、支撑多跳支付的路由机制，以及 2025 年 Lightning 在现实世界中的应用情况。

Lightning Network 的核心是 payment channels 的概念。payment channel 是一种双边协议，参与双方将一定数量的 bitcoin 锁定在一个共享的多重签名地址中。该地址由一笔链上 funding transaction 创建。一旦通道建立，双方即可通过更新签名余额的方式进行支付，无需在基础层上生成新的交易。

这些更新不会被记录在链上，除非通道关闭或某一方发起争议广播。相反，双方会维护一个最新的记录，表明各自拥有的通道总余额份额。由于最终只广播一次最终状态，因此可以在两个用户之间进行成千上万笔支付，而不会对区块链造成负担。

为了支持在没有直接通道连接的用户之间进行支付，Lightning Network 使用了 Hashed Timelock Contracts（HTLCs）。HTLC 允许无需信任的原子性多跳支付。支付路径上的每一跳都使用加密哈希锁定资金，只有通过一个秘密的 preimage 才能解锁。最终收款人为了领取资金需要公开该秘密，而路径中的每个中间节点也可凭此秘密领取其应得的付款。Timelock 组件确保若支付在特定时间内未完成，资金将被安全退还。

HTLC 是 Lightning 路由系统的基础，能够实现无需中心协调的去中心化支付。它们还支持条件支付，是跨链互换和信任最小化托管等应用的关键组成。

通道的开启、路由与关闭

使用 Lightning，用户必须首先开启一个通道。这需要创建一笔链上 funding transaction，将 bitcoin 锁定至一个由双方共享的多签地址中。一旦交易确认，通道即被激活，可用于即时支付。通道初始余额决定了双方可以发送的最大金额。例如，若 Alice 与 Bob 建立了一个 1 BTC 的通道并由 Alice 全额出资，则她最多可以向 Bob 支付 1 BTC，直到其余额归零。

支付通过网络中的路径寻找算法进行路由。每个 Lightning 节点维护一个关于网络公共图的本地视图，其中包括可用通道、通道容量和费用等信息。当 Alice 想向 Charlie 支付但两者没有直接通道时，网络可能会通过 Bob 或其他中间节点进行路由。所选路径必须在正确方向上有足够的流动性，且每一跳会收取一小笔路由费。

通道关闭可以是合作式或单边式。合作关闭时，双方签署一个最终状态并将其广播到区块链，领取各自余额。单边关闭则由一方广播最近签署的状态触发，此时将进入一个 timelock 时段，期间对方可在使用过时状态的情况下提出异议。该机制旨在防止欺诈，但也要求参与者监控链上状态以防争议。

开启和关闭通道的过程会为用户带来摩擦，特别是在移动钱包中，流动性约束尤为明显。然而，一旦通道建立且平衡到位，支付可以以远低于链上费用的成本即时完成。

2025 年的 Lightning 应用与钱包

自 2018 年推出以来，Lightning Network 已发展为一个成熟的支付层，拥有不断扩展的钱包、应用和集成生态系统。到 2025 年，Lightning 支持了从全球汇款到实时内容变现的广泛用例。

由 Zap 开发的 Strike 在高通胀或银行基础设施匮乏的国家获得了关注。该应用允许用户使用 bitcoin 作为结算路径在 Lightning Network 上发送法币。例如，美国用户可向萨尔瓦多或阿根廷用户发送美元，对方收到的是本地货币，绕过传统汇款服务。

ACINQ 开发的 Phoenix Wallet 提供非托管的移动体验，具备自动通道管理功能。它在后台自动开启并注资通道，最大限度地降低用户操作复杂度。Breez Wallet 提供了类似的功能，并支持播客流式播放和 POS 集成等扩展功能。

Mutiny Wallet 是一个新兴项目，整合了 Lightning 与诸如 Fedimint 的隐私工具。它允许用户在同一界面下同时管理 Lightning 支付与 eCash 代币。这种隐私与可扩展性工具的融合代表了 2025 年钱包发展的方向。

这些应用提高了用户接入体验，但仍面临挑战。流动性配置、入站容量及备份机制对许多用户而言依然复杂。移动钱包还需应对动态费用环境与路由失败问题。尽管如此，整体用户体验已显著改善，使得更多用户无需理解底层机制即可使用 Lightning。

通道阻塞、流动性再平衡与隐私升级

Lightning Network 并非没有限制。其中一个问题是通道阻塞（channel jamming），攻击者或配置错误的节点可通过发起大量未完成支付阻塞流动性。由于 HTLC 会在路径上占用容量直到其到期或结算，恶意用户可创建大量挂起支付来占用带宽，从而降低网络可靠性并干扰合法交易。

为缓解该问题，开发者提出了如预付费和速率限制机制等方案。一些实现现在要求即使是失败的路由尝试也要支付少量费用，以减少垃圾攻击。其他策略还包括使用 trampoline routing 或 blinded path，以减轻单个节点的负载。

流动性管理是另一个长期挑战。由于 Lightning 支付依赖通道方向上的余额，用户必须定期进行通道再平衡。这可能包括通过网络进行环状支付，或使用外部服务转移流动性。自动再平衡工具与流动性市场已陆续出现，但如何高效使用流动性仍是一个未解问题。

Lightning 的隐私性也存在限制，尤其是在公共通道公告与支付路径追踪方面。已引入诸如 blinded routes 的改进，用于隐藏支付路径。onion routing 与 rendezvous routing 同样可通过隐藏发送者与接收者身份来增强隐私性。然而，尤其在与受监管交易所或托管服务交互时，完全匿名性仍难以保证。

尽管存在上述问题，Lightning 协议仍在持续升级以修复其薄弱点。对 gossip 协议效率、通道发现机制以及零确认通道的改进正在进行中。这些变更旨在减少接入门槛、提升可靠性，并在不牺牲信任假设的前提下支持更高吞吐量。