Raiden雷电网络:会成为全球区块链支付的基础设施吗

（花开满原野，梵高）

 很久之前就关注Raiden雷电网络，而最近一个月雷电网络是两支最突出的黑马之一，另外一个POWR，之前蓝狐社区也有提及过。雷电网络上交易所后短短一个月超过5倍收益，是近期涨幅最快的数字资产之一。由于团队之前比较低调，甚至在众筹官网连团队介绍都没有，所以在众筹阶段并没有引起太大的注意，同时在社区遭到一些意见领袖的批判，认为不该进行众筹。即便如此，Raiden因为它的基础性技术和对于整个区块链世界的重要作用，引起不少早期投资者的关注。

雷电网络是什么

雷电网络是以太坊的链外扩展解决方案，是以太坊区块链的补充，适用于任何ERC-20标准代币在以太坊区块链上的转账。可以跟比特币的闪电网络相比较，是以太坊版本的闪电网络，可以实现即时支付、低交易费用、可扩展以及保护隐私。

为什么要做链外扩展方案？这是由区块链技术本身特点来决定的。为了保证真实性、不可逆、不可篡改，区块链需要达成共识，这个过程是不能够省略的，每个参与者都需要知道账本的最新状态。另外，由于硬件和带宽的限制，分布式网络中可以共享的每秒更新数量也有限。如果主链上突破不了，那么，就换个思路：链外来解决，这个就破局了。雷电网络可以避免区块链共识的瓶颈。它通过支付通道网络解决问题，实现在链外的价值转移。

目前以太坊的确认区块的时间仍然需要很长时间，即使上个月完成了拜占庭分叉，出块时间提高了一倍，依然还需15秒。在区块链浏览器中，经常可以看到以太坊网络负载超负荷，出现拥堵。

雷电网络的愿景

雷电网络最核心解决的问题就是速度。区块链虽然很酷，但速度很慢。如果你在零售店买瓶水，刷卡等待十几秒才能确认是否到账，会让人抓狂，看看今天的支付宝和微信支付，等待十几秒的体验对于今天的人类来说，是无法接受的。

未来Iot的万物互联，机器之间的交易需求量暴涨，软件与软件的间自动交易将会创造出全球范围内巨大商业网络。而这个异常庞大的交易网络对于交易的速度、费用、安全、隐私等都有要求。如果交易速度慢，费用高，不安全，它在整个商业网络中将无法落地。

在未来的Iot交易中，虽然区块链是构建其基础设施的关键，但基于区块链的支付系统在速度、费用和扩展性方面都还达不到大规模商用落地要求。

为解决速度、扩展性等问题，区块链行业的大牛们使出浑身解数，有分片技术、侧链技术、状态通道、Tangle等。不过有些解决方案更多聚焦于交易规模能力提升，但对于支付来说，还是不够，还要考虑低交易费用和低延迟等问题。

目前来看，以太坊在扩展性、交易费用、交易速度方面都不尽如人意，以太坊分片技术会缓解扩展性的问题，但在交易费用和延迟方面提升不够，plasma或侧链技术可以大幅提升扩展性，缓解交易费用问题，但在延迟方面依然没有得到很好解决。

而这就是雷电网络的机会所在。雷电网络目标很远大，它试图为全球范围内的去中心化支付提供基础设施，让区块链支付成为现实，改变目前速度慢、交易费用高、扩展性差的问题。

总言之，链外扩展方案有很多，而雷电网络是目前真正在交易速度、交易费用、扩展性方面都有提升的综合解决方案，这也让它成为目前区块链领域微支付的最重要的基础设施之一。只有交易速度快、费用低、高扩展性都满足了才有可能让小额交易进入大规模的商用化。如果做到了，这就是雷电网络的基础价值，也是它在整个以太坊价值体系中的重要贡献。

雷电网络的部分用户场景

1．零售微支付

雷电网络最好的场景之一就是支付场景。全球支付产业每天有超过2万亿美元的支付，且不断增长中，雷电网络可以实现零售级别的支付，不管是你买支牙刷，还是买瓶酸奶，都可以实现快速支付。

那么它相对于微信支付和支付宝支付有什么好？不管是速度，还是支付费用、扩展性等方面两者都做得很好了。而基于雷电网络的零售支付，最重要的作用它在全球范围内任何地方任何时间可以做到用数字资产进行小额支付，还有实现支付的隐私和安全，另外，也更方便获得数字资产作为支付的奖励，而所奖励的代币也可以在其他数字支付场所通用。

2．IoT微支付

Iot的大规模发展导致商业交易规模激增，微支付可用于获取带宽、存储、计算、API，任何基础设施的微操作访问都可以用它来解决。比如能源交易可以利用雷电网络实现电力的微支付。

3．即时性的代币交换

基于雷电网络还有一个有意思的应用，就是代币交易。如果大多数资产都代币化，那么，雷电网络的原子代币交易功能可以构建去中心化交易所，可以即时低成本交换代币。

雷电网络技术

雷电网络的技术要实现的目标看上去很简单，就是一个链外扩展方案，但其实需要很强大的技术研发实力，团队在这之前已经整整工作了2年多，作为基于以太坊网络的基础设施，它的底层协议比较复杂，不过对于开发者来说，雷电网络会提供API接口，用它即可构建基于雷电网络的去中心化应用。

1.余额证明

雷电网络链外扩展方案中，最重要一个特点之一就是余额证明，它通过使用数字签名和哈希锁定传输来实现，也就是说它把主链上的存款进行了抵押后进行交易。

下图来自雷电网络技术说明书，可用来解释它的概念，也就是所谓的支付通道技术。支付通道技术允许两个参与者间不受限制的双向转账，当然，前提条件是总额不超过主链上冻结的代币额。

上面这张图是雷电网络用于说明支付通道技术的，在上图中，可以看到两个交易参与者，一个是A，一个是B。所谓的余额证明，就是说，A和B需要把主链上的代币资产进行抵押锁定，最终产生余额证明。比如A拥有1000个PPT和2000个REP，B拥有各1000个PAY、GNT、SALT、POWR、KNC，在链外交易转账之前，两者的这些代币都被抵押冻结当作余额证明。如果产生不了余额，就无法进行余额转账。余额证明是由以太坊区块链执行的有约束力的协议。通过数字签名，确保交易双方不能随意退出价值转移。另外，由于链外的交易中，只有交易双方才能访问存在支付通道的智能合约中代币，这意味着雷电网络余额证明跟主链交易一样具有约束力。

一旦主链代币余额被冻结，交易双方产生余额证明，双方可立即通过支付通道进行链外转账交易，且不受次数限制。当双方完成交易，可以把资产转回主链，并在主链上进行登记余额变化，不过链外的交易不会留下记录，也就是说，交易了多少次，交易的数量等信息，都不会向全网广播，对于有隐私需求的用户来说，也是一大利好。

2.支付通道网络

当然，Raiden最强的还是它的网络协议。由于打开和关闭两个对等点之间的支付通道，依然需要链上交易，在所有可能对等点之间创建通道变得不现实。雷电的解决方案是通过通道网络借道解决。如果通过连接双方的通道网络至少存在一条路由，付款人和收款人间不一定需要直接的支付通道来解决交易。这个网络和它所关联的路由及通道互锁传输协议被称雷电网络。这是雷电网络技术最有价值的部分。

下图简单解释了通过中介来建立支付通道的交易解决方案示意图：

如果A要转账给B，A和B有直接的支付通道，但是如果A要转账给D，A和D之间并没有支付通道。怎么办？雷电网络会匹配网络中的参与者方，试图找到中介来完成支付通道的建立，那么，图中B和E会充当中介，最终建立支付通道，实现A和D之间的转账交易。

此外，支付通道转账与主链交易不同，是不收取交易费用。不过，更大网络的中介，是要收一些小额费用，以提供它们的通道支持支付，这也产生了复杂的路由和竞争性的通道费用市场。而雷电网络协议则希望通过使用协议层功能和一些辅助服务促进这个市场。

雷电网络小额支付价值

任何以太坊区块链上交易都必须付出成本，这依赖于交易需要的计算资源。也就是说，费用与实际交易金额无关，也跟是什么代币无关。这样从性价比上看，主链适合大额度的价值转账，但对于小额微交易就不值了。如你花几块钱买瓶水，就不值得用以太坊主链进行交易。

而这些小额的交易就是雷电网络要解决的问题。转账不管是一次发送，还是分割成几千个更小的交易都毫无负担。在雷电网络不管多小的交易都可以有效地发送。

雷电网络的交易也非常及时，某种意义上，只要你收到链外雷电的转账，基本上可以确认完全属于你。主链的价值转移确认依赖于区块时间，还有矿工需要花时间把你的交易从等待交易中捡起。这都需要耗费时间。

跟等待下面的区块来确认交易不同，雷电网络转账可以快速发送、接受、确认交易，就像发微信那么快。

区块链还有个固有的问题就是扩展性。雷电网络也要解决这个问题。不管用户基数大小，目前区块链的容量都是有限制的。雷电网络的容量随着用户数的扩张而线性扩展，这样实现高效、去中心化转账网络。

雷电网络的不适合大额交易

当然雷电网络并非万能，也有自己的弱点。对于用户来说，有些情况使用雷电网络交易不如在以太坊主链上进行交易。

雷电网络有余额证明，在整个支付通道生命周期间会把用户的代币锁定在智能合约上。如果从ATM取点零用钱，你肯定不愿意把自己的较大金额在支付通道冻结。一旦你从ATM取钱，你不能将它用作其他事情，就像在线支付或电汇。

大额转账应该在主链上执行，这样可以节省额外的通道生命周期管理成本，也可避免通过很多装备不良的支付通道进行路由的需求。

雷电的工作原理

1.通道的生命周期

在支付通道的生命周期时间，代币会被锁定，确保代币只能在通道中发送和接收，直至交易通道关闭，这样可以防止双重支付给其他人。一旦一个渠道创建，参与者可以发起认证检查。每个对等交易方无需查看所有记录，只需跟踪最新部分。余额证明包含了所有雷电网络转账中发送给参与者的最终总额，由发送人进行数字签名。

当一方决定在区块链上结算余额，可以要求也可以支付未付余额，交易者可以随时通过向智能合约提交供其选择余额证明关闭支付通道。另一方没有关闭通道，必须提交余额证明，如果没有转账则无需操作。在双方提交余额证明后，就可提取存款。如果有一方没有及时提交余额证明，余额会根据结束者的证明来确定余额。

上图是关于雷电网络支付通道整个生命周期的示意图。

2.通道网络

支付通道的创建和结算必须在区块链上执行。因此，为每个潜在目标创建新的通道显然是不可行的。雷电则通过创建支付通道网络来解决这个问题，每个参与者通过支付通道网络都能彼此连接。

如图，A想把加密代币发给D。A必须先找到一条连接到D的网络通道。连接路径的每个参与者需要合作让A能顺利把代币转到D。参与者通过支付转发到下一个hop，这样把通道租借给了A。加密哈希锁定防止所有这些中介转账被记入，直到D确认收到A的代币。一旦A决定解锁付款，她把钥匙给到D。

因为通路上的每位参与者解锁他们的收款都会有激励，密钥很自然通过通道传回Alice。所有锁定的转账都可以用Alice密钥进行链上兑换。但是，参与者最好将锁定的转账价值合并成标准余额证明。包含锁定转账价值的余额证明和让锁本身无效都可以同步到通道状态。这样就完成了mutihop转账。

网络中的对等方不会把自己的通道免费被使用。毕竟，转账会带来额外网络流量和支付通道的不平衡。因此，雷电网络的参与者因为租用通道而付出费用，费用还可以通过激励来促使支付通道由不平衡向平衡发展。

隐私保护

在交易双方均持有余额证 44 34242 44 15290 0 0 3644 0 0:00:09 0:00:04 0:00:05 3645的情况下，双方可通过支付通道在链下进行无限制次数的转账。

仅有在完成链下交易，需要将资产转回链上时，才会在以太坊主链上登记主链账户的余额变化信息，而这期间不管发生多少次交易在主链上是不会有记录的。这个特点也可以实现一定程度上的隐私保护。

雷电网络的一些挑战

雷电的支付通道网络技术还比较早期，两年前才提出，从概念和实现都比较复杂。

1.可拓展的路由

 如果没有对所有通道和它们的可用性及容量有一个全球概览，如何找到从发送者到接收者的路径是很难的。传统的中心化的做法是让所有的参与者向中央服务持续报告通道容量，并查询获得通路。这是目前比较高效的做法。而去中心化目前的做法不高效，比如采用暴力计算不断试错通道或向所有参与者广播通道最新状态。小世界网络是有效的路由模型，但要求节点间动态连接。雷电网络需要找到一个相对平衡的可行解决方案。

2.维持平衡网络

寻找路径算法不应提供任何路径，理想情况下，还是可以减少或避免增加调解通路的不平衡。参与者用费用激励找到最便宜的路径，有助于网络平衡。

3.维持隐私的同时提供低延迟信息传递

 保持所有参与者端点的私密性也不容易。协调多点传输，参与者需要热钱包。但不想暴露自己的端点。被动传输信息的协议，比如whisper是必须的，但与此同时，也要考虑扩张到数百万级的用户。

4.轻客户端

大多数用户不会运行全节点，会有类似于用户使用metamask来使用Dapps的方式，这要求协议可以有效支持弱连接。

5.支付通道

支付通道允许任何一方任何时间关闭通道。但是，两方在一个通道结算期间需要同时在线。在大多数普通用户场景下就很不稳定，人们可能线下多于线上。这里需要一个去中心化的第三方代表离线方进行结算。

6.升级治理

 让数百万用户来投票决定协议升级方案不太现实。需要有效的治理机制，比如允许专家群代表投票决议。

7.对运行网络的激励

 需要对路径寻找、监控和全节点服务来支撑整个运行网络。这些服务的提供者会被奖励。但与此同时，协议核心不应该有任何费用。

结语

雷电网络通过解决如下几个方面的瓶颈，试图让区块链支付能够真正进入大规模采用的阶段，真正飞入寻常百姓家。首先是速度，可实现交易传输一秒内完成确认。其次是费用，把转账成本降低很多，让小额微支付成为可能。再次是可扩展性，实现与参与者数量成线性比例增加。最后还有私密性和互操作性，让个人转账在链下完成，记录不会进入主链公开账本，互操作性则是让雷电网络可用于任何符合ERC20标准的代币。

最终来说，如果雷电网络能够解决这些问题，那么，它将在区块链的零售级的微支付和Iot支付中都有机会大规模商用，这就是它未来可能的价值所在。做到了这一点，它就有机会成为真正的去中心化的全球支付基础设施。（更多区块链和数字代币投资案例分析可点击下面二维码加入“蓝狐价值投资”知识星球（原小密圈））

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