基于sparkswap即時結(jié)算技術(shù)詳解

以下是對sparkswap即時結(jié)算技術(shù)的深入研究，這是一種交易加密貨幣而不在交易所存放資產(chǎn)的新方式。

無信任的原子跨鏈交換被認(rèn)為是托管加密貨幣交換問題的潛在解決方案，但在很大程度上未能實現(xiàn)大量用戶采用。我認(rèn)為，失敗的一個重要原因是普通金額交易的最終速度慢得讓人無法接受。使用2層解決方案的原子交換（如閃電網(wǎng)絡(luò)（和更普遍的支付通道網(wǎng)絡(luò)）有可能顯著提高這些交換的速度，但到目前為止，主要是針對具體實施的演示。

跨網(wǎng)絡(luò)預(yù)映像檢索是支付通道網(wǎng)絡(luò)上無信任原子交換的一種新機制，增加潛在的貨幣支持并簡化實施，同時保持鏈?zhǔn)浇粨Q的原子和無信任屬性。

托管交易所重新引入風(fēng)險

今天的加密貨幣交易主要是在托管交易所進行的，在托管交易所中，用戶直接將其貨幣存入交易所，在交易所系統(tǒng)內(nèi)進行交易，然后在以后提取新的貨幣余額。從交易所的角度來看，這一結(jié)構(gòu)雖然最簡單，但它將托管風(fēng)險重新引入了一個系統(tǒng)（比特幣/加密貨幣），該系統(tǒng)旨在消除托管風(fēng)險并為其用戶提供金融主權(quán)。

因此，監(jiān)管交流表現(xiàn)出傳統(tǒng)金融體系的所有問題，盡管在某些情況下，行業(yè)的新的和大多數(shù)不受管制的性質(zhì)加劇了這種問題。在過去的幾年里，數(shù)十億人從交易所被盜，資產(chǎn)經(jīng)常被地方政府凍結(jié)，或者由于運營積壓，用戶根本無法將貨幣轉(zhuǎn)出。

原子互換交易速度太慢

無信任的原子交換是這個問題的潛在解決方案。使用加密貨幣原生的屬性（例如腳本），用戶可以構(gòu)建兩個不同區(qū)塊鏈上的貨幣之間的交換，其中交易在各方之間是無信任的，不需要可信中介，并且是原子性的（即它完成或不完成，它不能部分完成）。

Decred已經(jīng)在Script中發(fā)布了一個簡單易懂的原子交換合同，并生成了一個交換多種貨幣的示例實現(xiàn)（該研究擴展到包括以太坊）。

然而，通過鏈上交易使用原子交換需要相當(dāng)長的時間來保持不信任——在使用比特幣（迄今為止最具流動性的加密貨幣）進行交易的情況下，這些交換需要一個多小時才能完成。對于價格在幾秒鐘和幾分鐘內(nèi)變動的交易貨幣，這種緩慢的最終確定將導(dǎo)致其中一方退出交易。因此，它們不會像預(yù)期的那樣進行結(jié)算交換，而是完全沒有交換。

一些項目正在使用0確認(rèn)事務(wù)和專用仲裁節(jié)點或類似系統(tǒng)的組合來嘗試提高交換的速度，這降低了交換的不信任性質(zhì)。另一些機構(gòu)則利用鏈上掉期的延遲方面，將其構(gòu)建成類似期權(quán)合約的交易——這是一個很有前景的研究領(lǐng)域，但不能解決現(xiàn)貨交易問題。

閃電網(wǎng)絡(luò)交換目前受到限制

像閃電網(wǎng)絡(luò)這樣的2層解決方案以一般方式解決了比特幣和其他加密貨幣中的交易終結(jié)速度問題，并且也可以用于原子交換。事實上，原子交換在其白皮書中被列為閃電網(wǎng)絡(luò)的潛在應(yīng)用。 閃電實驗室在2017年底使用閃電Daemon演示了BTC / LTC交換。

雖然BOLT規(guī)范是迄今為止最成熟的支付通道網(wǎng)絡(luò)，但它是為比特幣（理所當(dāng)然地）構(gòu)建的，并且可能無法支持用戶想要交換的更的多種加密貨幣。Raiden作為非BOLT兼容網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是朝這個方向邁出的明確一步。

作為鏈上和鏈下交換的混合解決方案，Alex Bosworth創(chuàng)建了潛艇交換，允許用戶使用鏈上交易支付閃電網(wǎng)絡(luò)發(fā)票。該軟件擴大了與其他貨幣的互操作性，并為閃電網(wǎng)絡(luò)發(fā)票提供了獨特的視角。但是，由于鏈上交易，結(jié)算速度仍然受到限制。

跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索

基于閃電實驗室團隊和Alex Bosworth的工作，我們開發(fā)了一種新機制，使用支付通道網(wǎng)絡(luò)（如Lightning Network）執(zhí)行加密貨幣之間的無信任原子交換：

· 增加交換對其他區(qū)塊鏈和貨幣的潛在影響

· 簡化交換的實施

· 維護交換的不信任和原子屬性

我們稱這種機制為跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索。

在我解釋這種機制的具體結(jié)構(gòu)之前，我將簡要介紹支付通道網(wǎng)絡(luò)支付和交換的背景，這是了解跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索的兩個關(guān)鍵組件。

支付通道網(wǎng)絡(luò)支付

在諸如閃電網(wǎng)絡(luò)之類的支付通道網(wǎng)絡(luò)中，支付是通過僅為最終支付的接收者所知的原像來調(diào)節(jié)的。在從起點（付款人）到目的地（收款人）的路線上不可撤銷地承諾付款，每個節(jié)點不可撤銷地承諾如果他們呈現(xiàn)對應(yīng)于散列的前映像，則向下一節(jié)點支付給余額。

為了兌現(xiàn)她的付款，目的地節(jié)點將預(yù)映像呈現(xiàn)給倒數(shù)第二個節(jié)點，傳輸承諾的貨幣并完成付款。然后，倒數(shù)第二個節(jié)點使用該預(yù)映像來兌現(xiàn)到期的付款，依此類推，沿到原點的路線向后觸發(fā)整個結(jié)算鏈，使原點節(jié)點的貨幣更少，目標(biāo)節(jié)點的貨幣更多，并且每個中間節(jié)點的余額沒有變化（例如提取費用除外）。

在接收到閃電網(wǎng)絡(luò)中的預(yù)映像時，用于不可撤銷地承諾付款的合同是一個哈希時間鎖定合同。

支付通道網(wǎng)絡(luò)交換

使用支付通道網(wǎng)絡(luò)的原子交換最好被視為循環(huán)支付。如果最簡單的多跳支付沿著從用戶A到用戶X到用戶B的路徑都在同一區(qū)塊鏈上，則最簡單的交換沿著區(qū)塊鏈1上的用戶A到用戶B的路由，以及從用戶B到用戶的路由。A區(qū)塊鏈2.此付款是一個循環(huán)，其起源位于區(qū)塊鏈1上的用戶A和區(qū)塊鏈2上用戶A的目的地。由于這是一條路線的所有部分并且與一個前映像和散列相關(guān)聯(lián)，因此其結(jié)果是原子的。如果交換成功，則用戶A在區(qū)塊鏈1上用較少的貨幣結(jié)束，并且區(qū)塊鏈2上的貨幣更多（用戶B具有相反的結(jié)果）。

正如他們迄今為止所證明的，支付通道網(wǎng)絡(luò)交換依賴于用戶B在區(qū)塊鏈1和區(qū)塊鏈2上操作他的節(jié)點，這樣他就可以在區(qū)塊鏈1上收到支付承諾（HTLC），并在區(qū)塊鏈2上延長支付承諾，并在整個路徑上向后結(jié)算。

此設(shè)置為用戶B帶來了重大困難，即：

· 他運行的軟件必須支持他希望交易的每一個區(qū)塊鏈（或者：他必須擁有支持他希望每一筆交易的軟件）。

· 支付轉(zhuǎn)發(fā)機制必須支持本地交換，并且可以訪問（或邏輯）用戶的交易偏好。

＃1顯著限制了理論和實踐中的兼容性，＃2顯著增加了實現(xiàn)復(fù)雜性。

跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索交換

使用跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索的支付通道網(wǎng)絡(luò)交換要求每個參與者操作三個組件：

· 每個不同網(wǎng)絡(luò)的支付通道網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（共兩個節(jié)點）

· 連接支付通道網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的節(jié)點，我們稱之為鏈間路由器。

· 這些組件都是由同一個用戶控制和操作的，因此它們之間的交互模式是半可信的。

準(zhǔn)備交換

設(shè)置交換，用戶A（發(fā)起方）在區(qū)塊鏈2上運行的支付通道網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上創(chuàng)建一個只有她知道的原始圖像的發(fā)票。她將帶有此原像的哈希發(fā)送給用戶B帶外。

用戶B（轉(zhuǎn)移方）在他的支付通道網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上為用戶A發(fā)送的哈希在區(qū)塊鏈1上創(chuàng)建發(fā)票。由于用戶B不知道該發(fā)票的原像，他將其標(biāo)記為外部原像發(fā)票，或者從外部存儲原像的發(fā)票。

開始交換

然后，用戶A在收到區(qū)塊鏈1上的PCN節(jié)點到區(qū)塊鏈1上的用戶B的PCN節(jié)點的預(yù)映像（HTLC）后，通過延長不可撤銷的付款承諾來啟動交換。

區(qū)塊鏈1上的用戶B的PCN節(jié)點在收到此付款承諾后，通常會拒絕它，因為它沒有兌換它的映像。在我們的案例中，用戶B創(chuàng)建了一個特殊的外部映像發(fā)票，表明付款的映像可以通過外部服務(wù)獲得。區(qū)塊鏈1上的用戶B的PCN節(jié)點從外部服務(wù)請求映像，在我們的例子中是鏈間路由器。

跨區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)換交換

鏈間路由器根據(jù)價格、交易對手和規(guī)模決定是否進行交換交易。如果鏈間路由器確實決定繼續(xù)交換，它通過使用區(qū)塊鏈2上的用戶B的PCN節(jié)點來轉(zhuǎn)換支付，以便在收到預(yù)映像（HTLC）后，將不可撤銷的支付承諾擴展到區(qū)塊鏈2上的用戶A的PCN節(jié)點。

解決交換的最后一步

區(qū)塊鏈2上的用戶A的PCN節(jié)點，在為其知道的預(yù)映像（見步驟1）擴展此付款后，結(jié)算付款，從而將預(yù)映像顯示給區(qū)塊鏈2上的用戶B的PCN節(jié)點。

跨區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)換原像

區(qū)塊鏈2上的用戶B的PCN節(jié)點將預(yù)映像返回到鏈間路由器（發(fā)起支付）。一旦鏈間路由器具有預(yù)映像，它就可以將預(yù)映像返回到區(qū)塊鏈1上的用戶B的PCN節(jié)點。

結(jié)算交換的初始階段

現(xiàn)在擁有擴展到它的支付的預(yù)映像，區(qū)塊鏈1上的用戶B的PCN節(jié)點結(jié)算初始支付，觸發(fā)結(jié)算回區(qū)塊鏈1上的用戶B的PCN節(jié)點。

交換結(jié)果

結(jié)果是用戶A在區(qū)塊鏈1上減少貨幣以換取區(qū)塊鏈2上的貨幣，而用戶B則相反。

在正常操作中，此交換將在各自的支付通道網(wǎng)絡(luò)上進行兩次支付所需的時間內(nèi)結(jié)算，在閃電網(wǎng)絡(luò)的情況下通常是在數(shù)百毫秒內(nèi)。

增加互操作性

兩個支付通道網(wǎng)絡(luò)及其基礎(chǔ)區(qū)塊鏈需要具有的唯一共同屬性是為了使用跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索完成原子交換，基于收到原像后不可撤銷的付款承諾和對同一個預(yù)映像的支持的支付過程。這些原像的哈希函數(shù)（例如sha256）。對于通過無腳本消除甚至是散列函數(shù)的通用性限制也有積極的研究，但即使沒有這樣的開發(fā)，保持對單個散列函數(shù)的互操作性要求也會打開大量的潛在貨幣，包括目前正在開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)（如RAIDEN和閃電網(wǎng)絡(luò)）。

除了紙面上增加的互操作性外，跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索通過消除對單個客戶機支持兩個區(qū)塊鏈的要求，提高了實際的互操作性。對于不同的足夠貨幣（如比特幣和zcash），即使是遵循相同規(guī)格的客戶（如bolt）也可能不同到需要（或至少建議）一個單獨的客戶。

簡化實施

消除兩個區(qū)塊鏈上的兩種貨幣同時在同一客戶機內(nèi)共存的需求，顯著降低了交換實施的復(fù)雜性（正如Lightning Labs團隊為LND取消優(yōu)先級的并行多鏈支持所證明的那樣）。

此外，跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索通常使用每個支付通道網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該使用的原語。具體來說，它使用：

· 發(fā)送付款

· 結(jié)算付款

· 發(fā)票/原像創(chuàng)建

在一個區(qū)域中，支付通道網(wǎng)絡(luò)節(jié)點必須執(zhí)行非標(biāo)準(zhǔn)動作，即檢索存儲在外部服務(wù)上的原像。鑒于原像的潛在敏感性和分離問題的愿望，即使該功能可能最終在跨網(wǎng)絡(luò)交換之外具有實用性。

權(quán)衡

當(dāng)然，這種方法也有取舍。最容易想到的兩個問題是減少隱私和限制跨網(wǎng)絡(luò)消息傳遞。

閃電網(wǎng)絡(luò)實驗室演示的交換只要求發(fā)起方用戶A知道用戶B的身份，即轉(zhuǎn)移方?？缇W(wǎng)絡(luò)原像檢索要求每一方都知道對方的身份（至少在一個支付通道網(wǎng)絡(luò)上），因為每一方都負(fù)責(zé)構(gòu)建一條路線。在我看來，這是一個可以接受的折衷方案，因為在進行交易時，交易對手的身份可能是一個相關(guān)細(xì)節(jié)。

此外，由于這是一種跨網(wǎng)絡(luò)和跨規(guī)范交換，因此將特定于網(wǎng)絡(luò)的消息傳遞回來的能力是有限的。這也可能是一個可以接受的折衷方案，因為在網(wǎng)絡(luò)間傳遞此類消息的需要也是有限的。

快速、簡單且可互操作的跨鏈交換

跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索允許交換利用支付通道網(wǎng)絡(luò)帶來的速度，允許交易與當(dāng)今保管加密貨幣交換所允許的速度相當(dāng)，同時保持鏈上的原子性，無信任性和最終性交換交易。

這種新機制允許在不同基礎(chǔ)區(qū)塊鏈上構(gòu)建的多個不同類型的網(wǎng)絡(luò)之間進行交換，這些網(wǎng)絡(luò)在不同的網(wǎng)絡(luò)客戶端中實現(xiàn)。它是一種更簡單的方法，能夠更好地利用這些網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)置功能，從而使其成為更強大的交換機制。

實踐中的跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索

我們在構(gòu)建Sparkswap的同時開發(fā)了跨網(wǎng)絡(luò)原像檢索，這是一種交換加密貨幣的新系統(tǒng)，無需將資產(chǎn)存入第三方（如交易所）。這些交換正在為在測試網(wǎng)上運行的軟件提供動力，執(zhí)行比特幣/萊特幣交易，這些交易可以在幾秒鐘內(nèi)完成。