比特幣創世之初希望打造「一種新型的點對點電子現金系統」，但受限於其極爲有限的 TPS 和高昂的手續費，時至今日，比特幣依然遠遠不能滿足頻繁、快速的小額支付功能；以太坊創立之初擬打造「下一代智能合約和去中心化應用平臺」，雖然在可擴展性方面較比特幣有所提升，但就其平臺 DApp 上屈指可數的交易額與活躍用戶數而言，實在很難稱其爲真正意義上實用化的去中心化應用平臺。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度以太坊上 DApp 數據 （數據源：dappradar.com）

1 區塊鏈的聖盃

比特幣和以太坊作爲區塊鏈 1.0 和 2.0 的典型代表，時至今日依然難以走向實用化，首當其衝的原因在於可擴展性不足，性能受限，無法滿足項目設計之初的使用需求。

一般而言，可擴展性是指：系統在面對擴大的業務需求時，通過增加資源的方式（一般是增加硬件投入）能提升系統總吞吐量或處理能力。定位於「點對點支付系統」的比特幣的吞吐量只有約 7 TPS，在區塊固定的情況下幾乎沒有可擴展性。即使 BCH 將區塊大小由 1 MB 提升到 8 MB，其 TPS 也僅提高到 60，而作爲區塊鏈 2.0 象徵的以太坊，其 TPS 也僅達到 15.6，遠遠不能滿足日常支付或其他需求。而根據 VISA 官網披露，其支付交易處理能力日平均約 2000 TPS，日高峯可達 4000 TPS，甚至可以處理極限高達 24,000 TPS 的業務需求。因此，在不犧牲去中心化和安全性的前提下，超越 VISA 的交易處理能力也被稱爲區塊鏈的「聖盃」。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度比特幣與其他支付手段的性能對比（數據源：Scaling Bitcoin，OB1 company）

2 第一次聖盃戰爭（2008-2018）

第一次聖盃戰爭的爆發源於比特幣的擴容之爭，早在 2013 年就被比特幣社區提出對比特幣進行區塊擴容，但由於此時中本聰早已隱退，礦池崛起，社區爭執不斷，而後 Core 開發成員和礦池集團之間出現了巨大的利益分歧，最終導致了比特幣史上第一個分叉幣 BCH 的誕生。此後，比特幣分叉不斷上演，並蔓延至其他公鏈，直至 2018 年末， BCH 進一步發生社區分裂，爆發了第一次挾裹大量算力參戰的算力戰爭，最後以硬分叉收尾，至此，方暫時告一段落（此段公案詳情參見 去中心化困局之算力壟斷 | BlockVC 行業研究 ）。

同樣，號稱「區塊鏈 2.0」的以太坊也遭遇了可擴展性不足的性能瓶頸，深爲社區和用戶詬病。2017 年 11 月，定位於「下一代智能合約與去中心化應用平臺」的以太坊網絡僅僅因爲其上的一款 DApp 遊戲（Crypto Kitties）的爆火就造成了整個以太網絡轉賬大堵塞。

如果說比特幣的擴容之爭還是儲君奪嫡的話，那麼以太坊 TPS 不足所引發的故事就是一場「王侯將相，寧有種乎？」的王朝顛覆大戲。

先有 Steemit 和 Bitshares 的靈魂人物 BM 另起爐竈，打造基於 BFT+DPOS 共識機制的 EOS 公鏈平臺，後有基於 VRF 新型共識機制的 Algorand 和 Dfinity 異軍突起，更有拋棄線性區塊結構的 Byteball、Fantom 和 Holochain 另闢蹊徑。整個 2018 年，以太王朝可謂邊亂不斷，烽煙四起，羣雄無不虎視眈眈，意圖逐鹿中原。彼時，區塊鏈江湖之上，凡發幣者皆稱公鏈，熙熙攘攘，言談必提生態，行走皆可挖礦，史稱「區塊鏈公鏈元年」。

時至今日，區塊鏈公鏈 ETH、EOS 和 Tron 三分天下，其中 ETH 公鏈社區根基穩固，雖鏈上分片之路尚遠，但其開發升級有條不紊，穩中有進；EOS 則以博彩 DApp 立國，但治理漏洞頻出，黑客騷擾不斷，商用之路遙不可及；而 Tron 公鏈則以財力取勝，金銀足而牧江湖，能人異士紛至沓來，漸不復空氣之名。

總而言之，第一次爭奪區塊鏈聖盃的戰爭的核心思想是鏈上擴展，主要從區塊鏈本身的共識機制、存儲結構、網絡傳輸等方面進行改良和創新，雖然最終勝負未分，但許多公鏈能否在保證一定去中心化程度的基礎上確保網絡性能和安全仍有很長的路要走。此外，鏈上技術升級往往事關全網安全，又需要協調各方利益，使全網節點達成共識，否則極易因共識分歧和利益紛爭導致社區分裂，前車之鑑如比特大陸吳忌寒一般的利益集團進行強悍的算力戰爭，終歸反噬自身，並將比特幣現金帶入深淵。所謂「算力即權力，權力之劍橫掃，見者膽寒。然，烈火烹油，鮮花着錦，能有幾日風光？」，是非對錯，世間自有公斷（此段公案詳情參見 去中心化困局之算力壟斷 | BlockVC 行業研究）。

3 第二次聖盃戰爭（2019- ？）

早在第一次聖盃戰爭期間，雖然公鏈之爭紛爭不斷，但遠見卓識之人早已預見到鏈上擴容的艱難和侷限，將目光聚焦到「鏈下擴展」的思路上來。一場以「鏈下擴展」爲核心的技術革命悄然而來，時至今日，早已蓄勢待發，隨時準備摘取那區塊鏈的榮耀聖盃。

雖然區塊鏈「不可能三角」理論並非如分佈式系統中 CAP 理論那樣得到嚴謹的理論證明和工程驗證，但區塊鏈中的去中心化、可擴展性和安全性三種特性之間的確存在相互制衡，因此妄圖在區塊鏈本身兼顧三大特性的確是艱難異常。於是，技術開發者借鑑互聯網發展歷史上的分層結構的思想，將區塊鏈可擴展性技術路徑分爲鏈上擴展技術（Layer1）和鏈下擴展技術（Layer 2）。2016 年初，一篇名爲《The Bitcoin Lightning Network：Scalable Off-Chain Instant Payment》的白皮書正式提出了比特幣第二層擴容方案，標誌着 Layer 2 技術路徑的開端。其後，智能合約平臺的發展爲 Layer 2 技術提供了更豐富的技術特性和發展空間，各式技術如雨後春筍般冒出，主要分爲：

  1. 狀態通道（包含支付通道），如比特幣 閃電網絡、Celer Network、Raiden Network、Liquidity Network 等；
  2. 側鏈技術，如 Plasma、POA Network、LoomNetwork 等；
  3. 鏈下計算，如 TrueBit 等。

Layer 2 技術的關鍵特徵在於：依託於安全的 Layer 1，將大量耗費資源的工作放在鏈下進行處理（如計算或固定多方的高頻轉賬等），即，Layer 1 保證去中心化和安全性，Layer 2 保證區塊鏈的可擴展性。

目前三種鏈下擴展方案的賽道都有着各自的代表項目，其中，側鏈技術很難完全享有主鏈的安全性而爲人所詬病，而鏈下計算的驗證則是一大難點，唯有鏈下狀態通道的狀態通道技術相對成熟，但是存在參與方需要在 Layer 1 抵押資產、難以中途退出通道等門檻。以下將略過技術相對不夠成熟的側鏈與鏈下計算技術（可參閱 Nervos Network 的 Ryan 所寫文章：公鏈本就不該追求性能），本文聚焦於討論近期日益矚目的鏈下狀態通道技術。

1、比特幣鏈下支付通道-閃電網絡

2019 年初，一項名爲「閃電火炬」的信任接力遊戲全球開始流行起來，該遊戲旨在鼓勵和推廣比特幣閃電網絡的使用。1 月 19 日，Twitter 首席執行官 Jack Dorsey 同樣參加了該火炬接力遊戲，爲閃電網絡的使用和測試表示支持。目前，該火炬已傳遞 224 人，累計金額達 4.8892 BTC （https://www.takethetorch.online）。

在這項火炬接力遊戲流行的背後依託於閃電網絡的迅猛發展，截至目前，全網節點達 6759 個，累計建立的通道數量達 30597 個，鎖定的 BTC 數量達 729.8 個，而這些數據還在以每月接近或超過 20% 的速度快速增長。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度閃電網絡基本數據和可視化圖譜（數據來源：閃電網絡瀏 ****覽器 1ml.com 和 acinq.co）

比特幣閃電網絡至少有三家著名機構在致力於研究和部署該項技術，分別是 Lightning，Blockstream，Blockchain。該項技術的構建主要分爲兩步，即，首先利用多重簽名技術、時間鎖技術和單項哈希技術建立雙向支付通道，然後擴展成支付網絡。

其主要步驟如下：

1） 創建雙向支付通道

閃電網絡通常採用 2/2 多重簽名地址來開啓交易通道，該多重簽名地址只有在交易雙方均簽名確認時方可轉出比特幣，且交易雙方會各自利用單向哈希函數生成密文-哈希值對，並交換彼此密文的哈希值。

首先，交易雙方 A 和 B 向 2/2 多重簽名地址轉入對等數量的比特幣（例如各自轉入 5 BTC），該交易會被公開記錄在區塊鏈上。假設交易方 A 向交易方 B 轉賬 1 BTC，A 會創建一個「承諾交易」，在該承諾交易中將包含的內容爲：從多重簽名地址中向 A 轉賬 4 BTC，剩餘 6 BTC 轉入一個新的 1/2 多重簽名地址。該新多重簽名地址中的 6 BTC 能被動用需滿足下面兩種條件之一：

  1. B 的交易簽名+滿足時間鎖條件。在該交易被網絡確認後，需等待時間鎖中要求的區塊數量，如 10000 個區塊後，B 方可單獨轉移該資金（所謂的時間鎖是一種將交易輸出中比特幣鎖定一定區塊數的技術）；
  2. A 的交易簽名+B 的哈希密文。A 通過包含 B 的哈希密文的方式獨自轉移資產，但該哈希密文只有 B 知道；

同樣，交易方 B 也會創建一個該交易的鏡像「承諾交易」。A 和 B 獨自創建的「承諾交易」會在簽名後發送給對方，並由對方簽名並廣播該開放交易，以保證交易被記錄在區塊鏈上。自此，該雙向支付通道正式開啓。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度閃電網絡雙向支付通道（數據來源：BitcoinMagzine）

2）通道內交易狀態更新

當需要在支付通道內進行新的支付交易時只需要進行類似 1）的交易過程即可。值得注意的是，由於交易雙方每次狀態更新都會更新哈希密文，且雙方已經知道對方舊交易的哈希密文，因此雙方均不會選擇廣播對自己有利的舊交易狀態，而會誠實的公佈最新的交易狀態。

3）雙向支付通道擴展爲支付網絡

支付網絡的關鍵在於建立安全的多跳支付路徑，即閃電網絡中的節點不必建立兩兩相通的通道，而是通過已有的支付通道達到降低網絡複雜度，實現間接轉賬的作用。比特幣閃電網絡採用了一種叫哈希時間鎖合約（HTLCs）, 該技術主要用於確保中間的交易能順利實施（如下圖中的交易 3 和 4）。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度支付通道擴展爲支付網絡（數據來源：BitcoinMagzine）

簡單來說，所謂的哈希時間鎖合約是指比特幣發送方將比特幣發送到一個 1/2 多重簽名地址，改地址的比特幣解鎖條件只有二選一：發送方在鎖定時間到期後簽名贖回比特幣，或者接收方「簽名+哈希密文」的方式拿到比特幣轉賬。同理，每一次多跳支付路徑中的中間支付環節均可以使用哈希時間鎖方式保證資產的順利傳遞。但其中有一個關鍵環節在於，順着哈希密文的交換傳遞路徑，哈希時間鎖的鎖定時間應該逐漸增加，否則中轉節點將存在資產風險。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度閃電網絡哈希時間鎖合約（數據來源：BitcoinMagzine）

顯然，閃電網絡技術使比特幣的小額高頻支付成爲可能，使得比特幣距離成爲點對點電子現金系統的應用技術更進一步。然而，閃電網絡技術並非完美無缺，同樣掩藏着難以迴避的隱憂。

2、閃電網絡的阿克琉斯之踵

閃電網絡的技術圖景無疑是美好且令人着迷的，但是在美好的技術前景背後其實潛藏着難以迴避的致命弱點，可稱之爲比特幣的「阿克琉斯之踵」。

1）安全性

Layer 2 的支付安全性往往依賴於主鏈的安全性，比特幣閃電網絡亦是如此。雖然比特幣網絡的算力目前雄踞第一，保證其具備了足夠強壯的網絡安全性（防範來自於外部的 51% 攻擊），但是其區塊獎勵每四年減半，在不遠的將來，區塊獎勵的收益將降低到鏈上手續費的同等級別，甚至更低。如果彼時比特幣價格不能維持在一個足夠高的價格，那麼手續費收入將不足以吸引礦工在比特幣網絡中進行交易打包，整個比特幣網絡的安全性將遭遇斷崖式下滑。這將對構建在比特幣主鏈上的閃電網絡造成致命的打擊。

另一方面，由於閃電網絡中不可能所有節點建立獨自的支付通道，那麼中轉節點的參與無疑需要交易的雙方或一方支付交易通道的中轉路由費。如果閃電網絡中的應用規模持續擴大，作爲閃電網絡節點的收益將逐漸逼近甚超過礦工收益，這無疑會分化和吸引部分逐利的礦工集團拋棄挖礦，轉而遷移到閃電網絡作爲中轉節點，從而降低主鏈安全性。

2）支付通道壟斷

比特幣閃電網絡的設計機制天然對多跳路由支付路徑不友好，其主要的成本包含兩三方面：

  1. 交易雙方的支付路徑中的中轉節點越多，則該支付路徑中的用於鎖定的沉澱資金越多，網絡中資金利用率越低，中轉節點資金週轉率低，則單位支付的資金成本較高；
  2. 支付路徑中需要沿着密文的交換路徑逐步增加哈希時間鎖合約的鎖定時間，中轉節點越多會導致整個支付路徑隱性的時間上限更高；
  3. 隨着支付路徑中轉節點增多，節點出現中途離線的概率也會增大，無意擡升了支付失敗的風險，降低支付成功率。

假設 A、B 之間需要通過中轉節點 C 進行相互轉賬，要完成 A 到 B 或者 B 到 A 的轉賬，C 儲備的錢要大於 Max （A，B）。更復雜的情況下，C 成爲了 A，B，D 的 中轉節點， C 需要儲備多少資金呢？最極端的情況是，A 和 B （B 和 D/A 和 D）同時將所有的錢通過 C 給第三個人，那麼 C 需要有 Max （A+B，B+D，A+D）的資金儲備才能完成轉賬。若 C 爲 n 個交易用戶做中轉節點進行轉賬，那麼 C 需要的資金應該大於 n 個人中任選 n-1 個人資金總和的最大值，則 C 需要的資金大於 n 個人資金的總和。

對於中轉節點而言，成爲閃電網絡的中轉節點需要大量的資金儲備，這給成爲中轉節點設置了巨大的門檻。對於用戶而言，由於每個中轉節點均需要支付手續費，所以用戶會選擇路徑最短，即中轉節點數最少的路徑。

顯然，中轉節點和用戶從成本考慮都會傾向於使用更中心化的支付路徑，極端條件下，所有閃電網路用戶都將和一個巨大的中轉節點連接，進行轉賬支付。但是出於帶寬、地理位置等現實情況的考慮，最合理的情況是在一片地理區域中有一個巨大的中轉節點爲這個區域所有人進行轉賬服務。比如，中國區閃電網絡代理，北美區閃電網絡代理等。

綜上，比特幣閃電網絡的使用者，無論是個人還是機構，都將會在自然的商業競爭中選擇中轉節點更少的支付路徑。

在類似的商業模式中已經反覆證實一個規律：在同質化的商業競爭領域，馬太效應將得到最大程度的發揮，即資源的優勢方會藉由資源優勢（如更低的資金成本，更高的資金儲備量等）提供對用戶更有利的服務，快速擴大用戶基數，並進一步在網絡效應的加成下，率先突破盈利門檻或更快擴大收入，從而鞏固自身的優勢競爭地位。

在這種假設條件下，如同傳統的電信服務商一樣，閃電網絡壟斷節點的出現將無可避免。或許，在未來我們將可以看見在去中心化的比特幣之上寄生着一個史無前例的巨無霸壟斷節點。事實上，這個進程已經悄然開始（閃電網絡中的節點 TrueVision.club 已經連接了全網約 1006 個支付通道，見下圖）。

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度節點 TrueVision.club 的 1006 個支付通道（數據來源：explorer.acinq.co）

3、鏈下狀態通道

仔細分析閃電網絡，可以發現閃電網絡的侷限性和隱患主要來自如下幾個方面：

  1. 主鏈的 POW+區塊獎勵通縮模式在長遠來看存在安全隱患；
  2. 閃電網絡提供同質化的資本密集型服務，天然適合產生壟斷市場；
  3. Layer 1 和 Layer 2 的經濟模型相互割裂，未進行統一分層設計。

問題一主要源於比特幣網絡的原始設計缺陷，而比特幣由於牽扯利益巨大，導致升級困難，因此難以短時間有所改觀。與之相比，以太坊網絡安全性足夠，社區共識強，網絡升級順利，更爲關鍵的是，其未來切換爲 POS 共識機制後將更有效的阻止網絡算力下滑導致的安全性降低難題：問題二則源於比特幣平臺功能的單一性（不支持智能合約，無法實現豐富的狀態託管）限制了其 Layer 2 的發展，致使其只能提供非常有限且同質化的資本密集型服務，爲壟斷市場的發展提供了土壤：問題三則主要源於公鏈平臺的設計之初是否考慮到 Layer 2 可能遭遇的發展瓶頸、技術路線和生態發展，因此需要與系統分層結構相匹配的分層經濟模型。

基於以上判斷，以太坊上的 Layer 2 方案受到各方重視，例如狀態通道技術。所謂的狀態通道源於以太坊相比於比特幣簡單的 UTXO 模型而言，是具有狀態的公鏈，其上存儲了所有賬戶餘額、合約存儲、合約代碼等狀態信息。而且，由於以太坊支持圖靈完備智能合約，也就可以支持各種更豐富的狀態記錄，而不是僅僅能記錄關於交易的相關狀態數據（如比特幣）。所以，狀態通道是支付通道的拓展，支付通道是狀態通道的特例。

從技術上而言，基於智能合約平臺的 Layer2 與閃電網絡的邏輯類似，但將不再需要採用哈希時間鎖合約等類似的複雜技術來進行鏈上資產託管，而是直接通過鏈上智能合約實現資產託管、狀態記錄（如帶條件的支付等）和最終結算等功能。

與比特幣閃電網絡相比，狀態通道是一項更爲複雜的技術，其基本流程如下：

  1. 參與各方在部署鏈上智能合約（包含多重簽名合約），並存入部分資金用於初試狀態和抵押；
  2. 參與各方通過本地客戶端運行，並構建帶簽名的交易，然後通過 P2P 網絡或八卦協議進行狀態同步，得到各方簽名後則爲最新狀態版本（該版本帶最新的哈希、各方簽名和狀態版本序列號）；
  3. 將最終狀態提交到鏈上智能合約，各方無異議後關閉通道，或通過爭議處理後關閉通道。如果出現爭議，區塊鏈會鏈上運行一遍所有狀態確認責任方，並沒收相應的抵押金補償對方。

顯然，這種狀態通道將能夠支持更豐富的狀態記錄（如 Celer Network 就已經開發出了一款基於狀態通道的五子棋遊戲，詳情見 BlockVC& NPC 聯合發佈：Celer 深度測評，並且兼具鏈下狀態交換和更新的快捷、低廉和隱私等特性。而且，由於每個狀態通道合約下的狀態通道所提供的服務有所差異，狀態通道之間並不能通用，因此狀態通道網絡並不會出現閃電網絡那樣的巨無霸節點。

截止到目前爲止，已經湧現出一大批致力於攻克 Layer 2 技術的區塊鏈項目，如 Celer Network，Liquidity Network，RaidenNetwork 等。其中，值得一提的是 BlockVC 於 2018 年戰略投資的 Celer Network，該項目對比特幣閃電網絡的優劣進行了深刻的思考。例如，其選擇了安全性良好的智能合約平臺-以太坊爲 Layer1 主鏈，以此規避主鏈的安全隱患和狀態通道網絡可能出現的極端壟斷隱患。該項目還首次完整的提出了從 Layer2 到應用層的完整分層模型，並極富創意的提出瞭解決狀態通道網絡中流動性資金門檻過高難題的經濟模型。在工程開發方面，該項目也後來居上，領先於其他 Layer2 狀態通道類區塊鏈項目，目前已經開發出公測版本的 Celer SDK 和 CelerX 錢包。即便如此，距離誕生一個經過實踐證明且安全可用的狀態通道網絡，依然尚需時日。

4 結語

只認識 Celer 不夠，BlockVC 帶你破解 Layer 2 財富密碼 | 深度The Holy Grail (但丁·加百利·羅塞蒂)

王者之冠不輕得，聖盃之爭尚火熱。路漫漫其修遠兮，吾輩必將上下而求索！

5 參考文獻

1、 Bitcoin: A peer-to-peer electronic cashsystem, Satoshi Nakamoto
2、 A Next-Generation Smart Contract andDecentralized Application Platform, Vitalik Buterin
3、 Awesome Layer 2, Virale etc.
4、 The logic of Layer 2 Scaling, JulianMartinez
5、 Scaling Bitcoin, OB1
6、 Understanding the Lightning Network(series), Aaron van Wirdum
7、 去中心化困局之算力壟斷 |BlockVC 行業研究，James Kuo
8、 Layer 2：公鏈本就不該追求性能 | 鏈捕手，Ryan
特別鳴謝：Nervos Network 社區經理 Ryan、肖傑