比特幣閃電網路新手指南

重點整理

• Layer 2 解決方案專為緩解區塊鏈技術固有限制的可擴展性問題而設計。

• Lightning Network 是一項 Layer 2 擴容技術，可實現無需區塊確認的高速交易，顯著提升微支付效率。

• 該網路運用多重簽名地址與 Hash Timelock Contracts，提供安全且具可擴展性的支付能力。

前言

加密貨幣具備眾多獨特屬性。這類資產系統難以被攻破或關閉，且任何人均可隨時隨地轉移價值，無需仰賴第三方。

為維持這些特性，設計上必須權衡取捨。由於加密貨幣網路由大量節點共同維運，系統效能受限。因此，區塊鏈每秒實際可處理的交易數量（TPS）對大規模應用而言依然有限。

為突破區塊鏈可擴展性的瓶頸，業界提出多種擴容方案以提升網路負載能力。本文將聚焦比特幣協議的擴展技術——Lightning Network。

Lightning Network 簡介

Lightning Network 是一個運行於區塊鏈之上的網路，專為實現高速點對點交易所設計。比特幣生態系採用此方案，其他加密貨幣亦有整合應用。

「運行於區塊鏈之上」意指 Lightning Network 屬於鏈下（off-chain）或 Layer 2 解決方案，讓使用者不必將每筆交易都寫入主鏈即可靈活轉帳。

Lightning Network 獨立於比特幣主網，擁有專屬節點及軟體系統，並可與基礎區塊鏈互動。進出 Lightning Network 需透過主鏈建立特殊類型的交易。

其運作方式為，使用者首次交易時與對方共同建立智慧合約。簡單來說，就是你和對方擁有專屬的私有帳本，可無限次往返記錄交易，僅雙方可見。協議設計確保任何一方皆無法作弊。

這個迷你帳本稱為通道。例如，Alice 與 Bob 各自存入 5 BTC，通道內雙方餘額各為 5 BTC。Alice 記錄「支付 Bob 1 BTC」後，Bob 餘額變為 6 BTC，Alice 剩 4 BTC。Bob 再返還 2 BTC，Alice 6 BTC，Bob 4 BTC。雙方可無限次往返操作。

任何時刻，任一方皆可將通道當前狀態結算至主鏈，系統將依照結算時點自動分配雙方餘額。

Lightning Network 如其名，實現即時交易，無需等待區塊確認，結算速度僅受網路狀況影響。

為何需要 Lightning Network？

目前，Lightning Network（LN）被認為是擴展比特幣區塊鏈最可行的方向之一。要在龐大生態中推動變革極具挑戰，面臨硬分岔與重大安全風險。在鉅額資產環境下貿然試驗極其危險。

鏈下實驗則靈活許多。即使出現意外，亦不會波及比特幣主網。Layer 2 解決方案同時保留比特幣協議數十年累積的安全性。

使用者無需捨棄原有鏈上功能。主網交易照常運作，同時可選擇鏈下轉帳。

Lightning Network 帶來多項優勢，簡要彙整如下。

可擴展性

比特幣區塊約每十分鐘產生一次，每個區塊能容納的交易數有限。區塊空間相當寶貴，使用者需相互競價才能優先被打包，礦工通常優先打包手續費較高的交易。

若同時發起交易的使用者不多，手續費低廉，交易也能即時入帳。但用戶數量激增時，手續費可能大幅飆升，歷史上曾超過 10 美元。2017 年牛市期間甚至超過 50 美元，2021 年初平均曾達 60 美元以上。

大額轉帳影響不大，但小額消費則幾乎不可行。沒有人會願意為一杯 3 美元的咖啡支付 10 美元手續費。

Lightning Network 仍需繳納兩次鏈上手續費——開通與關閉通道各一次。但一旦通道建立，雙方可免費進行數千次交易，僅需將最終結算結果提交主鏈。

整體來看，鏈下方案如 Lightning Network 能大幅提升區塊空間利用率，小額高頻支付留於通道內，大額或結算交易再回主網，擴展適用族群，實現長期擴容。

微支付

比特幣單筆最小可轉金額約為 0.00000546 BTC，約為 0.38 美元。Lightning Network 支援更細小單位——1 satoshi（0.00000001 BTC）等級的微支付。

Lightning Network 特別適合微支付場景。主鏈手續費讓小額轉帳難以成立，而通道內可免費轉移極小單位比特幣。

微支付可應用於多種模式，例如替代訂閱制，改採按次小額付費。

隱私性

Lightning Network 亦能為使用者提供高度隱私。參與雙方無需公開通道資訊，雖然主鏈可見開通通道的交易，但難以查知通道內細節。若採用隱私通道，僅雙方可知通道內發生之交易。

舉例來說，Alice 與 Bob 之間有通道，Bob 與 Carol 也有通道，Alice 可透過 Bob 匯款給 Carol。若 Dan 也與 Carol 連接，Alice 亦可對 Dan 付款。如此可組成龐大的支付通道網路，通道關閉後難以追蹤 Alice 之支付流向。

Lightning Network 機制詳解

前文已簡述 Lightning Network 的通道運作原理，以下深入其內部機制。

多重簽名地址

多重簽名地址需多組私鑰共同授權才能轉帳。使用者可設定同時可用私鑰數與實際所需簽名數，例如「1/5」為五選一，「2/3」為三選二。

Lightning Channel 啟動時，採用 2/2 多重簽名方案鎖定資金，即雙方都需簽名方可動用資金。以 Alice 與 Bob 為例，假設兩人將來頻繁支付，於是建立 Lightning Network 通道。

雙方各自存入多簽地址 3 BTC。Bob 未經 Alice 同意無法動用資金，Alice 亦然。

這就像紙本帳本：起始各 3 BTC。Alice 支付 Bob 1 BTC，記帳後 Alice 餘額為 2 BTC，Bob 為 4 BTC，餘額可持續更新至提領為止。

雖可行，卻存在誘因問題：若 Alice 拿到 6 BTC，Bob 就缺乏繼續合作的動機（除非在乎友情）。

Hash Timelock Contracts（HTLC）

上述方式雖簡單，但功能有限。若能設計機制強化 Alice 與 Bob 遵守協議，系統安全性將大幅提升。核心為：一旦任何一方拒絕協作，另一方仍能取回通道內資金。

這個機制即為 Hash Timelock Contract（HTLC）。原理是結合雜湊鎖與時間鎖：雜湊鎖要求轉帳需解開特定秘密，時間鎖則限制資金於指定時間前不可動用。

實際應用中，HTLC 可實現條件支付：收款方需在限定時間內提供秘密，否則發送方可收回資金。例如 Alice 與 Bob 的情境。

通道開關流程

假設 Alice 與 Bob 已建立存入多簽地址的交易，尚未上鏈。仍需完成一個流程。

僅雙方共同簽名才能動用多簽錢包資金。若 Alice 欲轉出 6 BTC，須先建立「6 BTC 轉至新地址」的交易並簽名。

她可嘗試直接廣播，但因缺少 Bob 簽名無效。須將未簽協議交由 Bob 補簽，交易方才生效。

但此時尚無約束對方誠信的機制，若有人拒絕協作，資金就被鎖住。以下即防範方案。

雙方各自設定一組秘密（As、Bs），一旦外洩即可能被對方提走資金，故需妥善保存。雙方僅交換秘密的雜湊值（h(As)、h(Bs)），而非秘密本身。

此外，首次存入多簽地址前，Alice 與 Bob 須先建立一套承諾交易，以防資金遭「挾持」。

通道可視為微型帳本，承諾交易即帳本的每次更新。每建立一組承諾交易，即重新分配資金。

Alice 有兩個輸出：一為個人地址，一為新多簽地址。她簽名後交給 Bob。

Bob 亦同：有個人地址及多簽地址。簽名後交給 Alice。

一般而言，Alice 可為 Bob 的交易補簽使其生效。但這些資金尚未存入 2/2 多簽地址，相當於開出無餘額支票，須待多簽啟動後方能生效。

新多簽地址（3 BTC 輸出）具特殊屬性。例如 Alice 簽署並交給 Bob 的未完成交易，若符合下列任一條件即可執行：

1. 雙方共同簽名。

2. Bob 於指定時間後單獨轉帳（時間鎖）。

3. Alice 獲知 Bob 的秘密B即可動用資金。

Bob 的交易則要求 Alice 符合下列條件：

1. 雙方共同簽名。

2. Alice 於指定時間後單獨轉帳。

3. Bob 獲知 Alice 的秘密A即可動用資金。

此時雙方尚未知對方秘密，因此第 3 點暫時不可用。需留意，若你簽署該交易，對方可馬上領走全部資金，因對方輸出無額外限制。你可等時間鎖到期後自取資金，或雙方協作提領。

如此一來，使用者可用 2/2 多簽方案將存款交易上鏈。此階段資金安全，即使對方棄用通道你仍可取回餘額。

交易確認後，通道開始運作。首組交易即為微型帳本的初始狀態，Alice 與 Bob 各 3 BTC。

Alice 若要支付 Bob，雙方再建立新協議取代舊協議，流程同前：僅進行半簽名。新一輪操作須作廢舊秘密並交換新雜湊。

任一方隨時可簽署並交給對方，完成「結算」，即將最終狀態寫入區塊鏈。發起方須等待時間鎖，對方可馬上領回。若 Bob 簽署並廣播給 Alice，Alice 可立即無條件退出通道。

雙方可協議共同關閉通道（協同關閉），這是最快回收資金的方式。即使一方不理會，另一方於時間鎖到期後亦可領回資金。

如何防範詐騙？

你或許已想到一種攻擊方式：若 Bob 僅剩 1 BTC，能否廣播舊交易以騙取更多？畢竟持有 Alice 的簽名，只需補簽即可上鏈。

理論上可行，但他會失去所有餘額。若他這麼做，廣播舊交易後，Alice 立刻得 1 BTC，其餘 5 BTC 進入多簽地址。

Bob 得等待時間鎖到期後方能動用多簽餘額。前文提及，只要 Alice 取得 Bob 的秘密，即可立即提領這部分資金。自第二輪協議起，Bob 已將秘密交出。

在 Bob 等待期間，Alice 可直接領走全部資金。此懲罰機制作為強大嚇阻，實際上幾乎無人嘗試作弊。

支付路由

如前所述，通道可串連形成級聯，否則 Lightning Network 難以有效支援支付。沒有人會為一杯咖啡鎖定 500 美元數月。

實務上並不需如此。Alice 與 Bob 有通道，Bob 與 Carol 有通道，Bob 可利用自身連結協助支付路由。此機制可實現多跳路徑，Alice 可對網路中任意存在路徑的對象轉帳。

中繼節點可選擇收取微小費用。Lightning Network 尚處新興階段，費用體系尚未完全定型，未來預期將依節點流動性調整定價。

主鏈手續費取決於區塊位置，與金額無關。Lightning Network 採本地餘額與遠端餘額概念，本地餘額為你可推送給對方的資金，遠端餘額為對方可提供給你的金額。

例如，假設路徑為Alice <> Carol <> Frank。

使用者於 Alice 向 Frank 轉 0.3 BTC 前後餘額如下：

Alice <> Carol 與 Carol <> Frank 通道總容量為 1 BTC。Alice 本地餘額 0.7 BTC，若結算上鏈則 Alice 得 0.7 BTC，Carol 得 0.3 BTC 遠端餘額。

Alice 欲轉 0.3 BTC 給 Frank，先將 0.3 BTC 轉給 Carol，Carol 再於與 Frank 的通道中扣除 0.3 BTC。Carol 實際收支零和（+0.3 BTC -0.3 BTC）。

Carol 作為中繼不會損失資金，但其流動性減少。此時與 Alice 通道可用 0.6 BTC，與 Frank 通道僅剩 0.1 BTC。

假設 Alice 僅與 Carol 連接，Frank 連結更多。Carol 原可經 Frank 路由最多 0.4 BTC，現僅剩 0.1 BTC，因大部分資金已「鎖」在另一端。

此情形下，Alice 實際消耗了 Carol 的流動性。若無誘因，Carol 不會輕易犧牲自身彈性，可能會收取如「每路由 0.01 BTC，收 10 個 satoshi」的費用。使用 Carol「強通道」越多，她的收益越高。

如前所述，路由費用非強制，有些使用者不在意流動性耗損，也有使用者專為收款開通道。

Lightning Network 侷限

Lightning Network 若能完全解決比特幣擴容問題將是完美，但現實上仍有不足之處。

使用者體驗

比特幣對新手並不友善：地址、手續費等概念初學者容易混淆。設定 Lightning 客戶端後，還需先開通通道，過程耗時且需理解如入站、出站容量等術語。

不過技術持續進步，門檻正逐步降低，使用體驗日益優化。

流動性

Lightning Network 的一大核心問題在於交易額度受限於通道中鎖定的資金。你無法消費超過通道餘額，若全部資金集中於遠端，須關閉通道或被動等待收款，實用性有限。

交易路徑受限於通道容量。如前例Alice <> Carol <> Frank：Alice-Carol 通道 5 BTC，Carol-Frank 僅 1 BTC，Alice 最多僅能透過此路徑支付 1 BTC，前提是 Carol-Frank 通道全部餘額在 Frank 端。此一限制影響 LN 通道資金流動規模，直接限制可用性。

中心化樞紐風險

上述問題也衍生網路可能出現大型「樞紐」節點的疑慮。這類節點多由流動性充裕的組織運營，重要交易勢必經由其路由。

這種結構並不理想。若樞紐離線，將嚴重影響網路連通性，且集中路由也增加審查風險。

Lightning Network 發展現況

截至 2024 年初，Lightning Network 發展態勢穩定。全網活躍節點已超過 13,000 個，活躍通道逾 52,000 條，網路流通總量超過 4,570 枚 BTC。

目前主流節點實作包括 Blockstream 的 c-lightning、Lightning Labs 的 Lightning Network Daemon 以及 ACINQ 的 Eclair。對非技術背景的使用者，市面上亦有多款即插即用型節點產品，只需開機即可參與 Lightning Network。

總結

自 2018 年主網上線以來，Lightning Network 發展迅速。現階段使用體驗仍有優化空間，例如運行節點需具備一定技術門檻。隨著技術持續演進，使用進入門檻有望持續降低。

常見問題解答

什麼是比特幣閃電網路？它解決了哪些問題？

比特幣閃電網路是一種 Layer 2 解決方案，透過鏈下運作實現快速、低成本交易。其主要解決比特幣主網的可擴展性瓶頸，減輕主鏈擁塞、提升交易效率，並大幅降低成本。

閃電網路與比特幣主網有何不同？

比特幣主網具備極高安全性，但交易速度慢、手續費高；閃電網路是 Layer 2 支付通道，交易速度極快、費用低廉，但最終結算仍需回主網。兩者相輔相成，共同構建比特幣生態系。

閃電網路如何運作？支付通道機制為何？

閃電網路透過使用者間建立支付通道實現鏈下轉帳。雙方鎖定資金後可無限次迅速交易，最終僅將結算餘額回歸比特幣主網。支付通道以智慧合約確保安全，無需每筆交易都上鏈。

如何在閃電網路進行交易？需要哪些工具或錢包？

下載支援 Lightning Network 的錢包（如 Blue Wallet、Muun），充值比特幣即可開通通道。節點互通後即可高效率進行微支付，手續費極低且無需等待區塊確認。

閃電網路交易安全嗎？有何風險？

閃電網路交易採用端對端加密，整體安全性高。主要風險包括對手方風險、流動性風險與技術實現風險。懲罰機制可有效防止對手方廣播過時交易，整體安全性值得信賴。

閃電網路與其他 Layer 2 方案有什麼優勢？

閃電網路為比特幣帶來極高交易速度與超低費用，利用狀態通道實現即時支付，並承襲 L1 的安全性。相較其他 Layer 2 方案，閃電網路更輕量、隱私性更佳、處理能力更優。

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