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移除书签12.6支付通道和状态通道
支付通道是在比特币区块链之外双方之间交换的比特币交易的无信任机制。这些交易，如果在比特币区块链上结算，则是有效的，然而他们却是在链外被持有的，以期票的形式等待最终批量结算。由于交易尚未结算，因此他们可以在没有通常的结算延迟的情况下进行交换，从而可以满足极高的交易吞吐量，低（亚毫秒）延迟和精细（satoshi级）粒度。
实际上，通道 一词是一个比喻。状态通道是区块链外，由双方之间的交换状态代表的虚拟结构。实际上没有“渠道”，底层数据传输机制并不是渠道。我们使用通道这个术语来表示链外双方之间的关系和共享状态。
为了进一步解释这个概念，想一想TCP流。从高层协议的角度来看，它是一个横跨互联网连接两个应用程序的“socket”。但是，如果您查看网络流量，TCP流只是IP数据包之上的虚拟通道。 TCP流的每个端点通过排序并组装IP数据包以产生字节流的错觉。实际上在背后，所有的数据包都是断开分散的。同理，支付通道只是一系列交易。如果妥善排序和连接，即使您不信任通道的另一方，（经过排序连接后的交易）也可以创建可以信任的可兑换的债务。
在本节中，我们将介绍各种形式的支付通道。首先，我们将检视用于构建计量小额支付服务（如流媒体视频）的单行（单向）支付通道的机制。然后，我们将扩大这一机制，引入双向付费渠道。最后，我们将看看首先在 闪电网络 中提出的，如何将路由网络中的双向通道端到端链接从而形成多跳通道。
支付通道是 状态通道的引申概念之一，代表了链外状态的变化，通过区块链上的最终的结算得到保障。支付通道是一种状态通道，其中被改变的状态是虚拟货币余额。
12.6.1状态通道基本概念和术语
通过一个交易在区块链上所锁定的共享状态，在交易两方之间建立了一个状态通道。这被称为资金交易或锚点交易。这笔交易必须传送到网络并开始挖矿被挖矿确认以建立通道。在支付通道的示例中，锁定的状态即为通道的初始余额（以货币计）。
随后双方交换已签名的交易，这被称为“承诺交易”。承诺交易会改变初始状态。这些交易都是有效的，因为任何一方都可以提交结算的请求，不需要等到通道关闭再做结算。任何一方给对方创建、签名和发送交易时就会更新状态。实践中，这意味着每秒可进行数千笔交易。
当交换承诺交易时，双方同时废止之前的状态，如此一来最新的承诺交易总是唯一可以赎回的承诺交易。这样可以防止任何一方在通道中某个先前状态比最新状态更有利于己方的时候通过单方面关闭通道来进行欺骗。我们将在本章的其余部分中检视可用于废止先前状态的各种机制。
最后，通道可以合作关闭，即向区块链提交最后的结算交易，或者单方面由任何一方提交最后承诺交易到链上。单方面关闭的选项是必要的，以防万一交易中的一方意外断开连接。结算交易代表通道的最终状态，并在链上进行结算。
在通道的整个生命周期中，只有两个交易需要提交给链上进行挖矿：资金交易和结算交易。在这两个状态之间，双方可以交换任何数量的承诺交易，任何其他人永远不会看到，也不会提交到链上。
下图12-4说明了Bob和Alice之间的支付通道，显示了资金，承诺和结算交易。
12.6.2简单支付通道示例
要说明状态通道，我们必须从一个非常简单的例子开始。 我们展示一个单向通道，意味着价值只向着一个方向流动。 为了便于解释，我们以一个天真的假设开始，假设没有人要试图欺骗他人。 一旦我们解释了基本的通道概念，我们将会接着看看是什么使得支付通道可以无信任化，从而让交易双方哪怕去尝试进行欺骗都无法成功。
对于这个例子，我们假设两个参与者：Emma和Fabian。 Fabian提供由微支付通道支持以秒为单位时长计费的视频流服务。Fabian每秒视频收费0.01毫比（millibits）（0.00001 BTC），相当于每小时36毫比（0.036 BTC）的视频。 Emma是从Fabian那里使用以秒计费的支付通道来购买流媒体视频服务的用户。下图12-5显示Emma使用支付通道从Fabian购买视频流服务。
在这个例子中，Fabian和Emma正在使用专门的处理支付通道和视频流的软件。 Emma在浏览器中运行该软件，Fabian从服务器端运行该软件。该软件包括基本的比特币钱包功能，可以创建和签署比特币交易。“支付通道”的概念和术语对于用户都是完全不可见的。他们看到的是以秒为单位支付了的视频。
为了设置支付通道，Emma和Fabian建立了一个2-2的多重签名地址，双方各持一个密钥。从Emma的角度来看，她的浏览器中的软件提供了一个带有P2SH地址的二维码（以“3”开头），并要求她提交最多1小时视频的“押金”。该地址因而得到了Emma的注资。支付给该多重地址的Emma交易，就是支付通道的资金交易或锚点交易。
就这个例子而言，我们假设Emma支付了36个毫比（0.036 BTC）到通道中。这将允许Emma消费长达1小时的流媒体视频。这笔资金交易设定了可以在这个通道上发送的最大数量（数据量），即设置了通道容量。
资金交易从Emma的钱包中消耗一个或多个输入以集成资金。它创建一个价值为36毫比的输出，支付给Emma和Fabian之间共同控制的多重签名2-2地址。它也可能有一个作为找零钱到Emma的钱包的额外输出。
一旦资金交易得到确认，Emma可以开始观看视频。Emma的软件创建并签署一笔承诺交易，改变通道余额，将0.01毫比归入Fabian的地址，并退回给Emma的35.99毫比。Emma签署的交易消耗了由资金交易创造的36毫比输出，并创建了两个输出：一个用于找钱，另一个用于Fabian的付款。交易只是部分被签署了 - 它需要两个签名（2 - 2），但只有Emma的签名。当Fabian的服务器接收到此交易时，它会添加第二个签名（用于2-2输入），并将其返回给Emma并附带时长1秒的视频。现在双方都有谁都可以兑换的完全签署的承诺交易，这个承诺交易代表着通道中的最新正确余额。双方都不会将此交易广播到网络中。
在下一轮，Emma的软件创建并签署另一个承诺交易（承诺2号），该交易从资金交易中消耗相同的2-2输出。二号承诺交易分配一个0.2毫比的一个输出到Fabian的地址，还有一个一个输出为35.98毫比，作为找零返回给Emma的地址。这个新交易支付的是连续两秒的视频内容。 Fabian的软件签署并返回第二个承诺交易，再加上视频的另一秒内容。
利用上述的方法，Emma的软件继续向Fabian的服务器发送承诺交易，以换取流媒体视频。因为Emma观看了更多秒数的视频，通道中属于Fabian的钱逐渐累积变多。假设Emma观看600秒（10分钟）的视频，创建和签署600笔承诺交易。最后的承诺交易（＃600）将有两个输出，将通道的余额分成两半，分别为6毫比属于Fabian和30毫比属于Emma。
最后，Emma点击“停止”停止流媒体视频。 Fabian或Emma现在可以发送最终状态交易以进行结算。最后一笔交易即为结算交易，向Fabian支付所有Emma消费的视频，并向Emma退还资金交易中剩余的资金。
图12-6显示了Emma和Fabian之间的通道以及更新通道余额的承诺交易。
最后，只有两个交易记录在块上：建立通道的资金交易和在两个参与者之间正确分配最终余额的结算交易。
12.6.3制造无需信任的通道
我们刚刚描述的通道只有在双方合作，没有任何失败或企图欺骗的情况下工作。我们来看看破坏这个通道的一些场景，并且看看需要什么来修复这类场景：
- 一旦资金交易发生，Emma需要Fabian的签名才能获得给自己的找零。如果Fabian消失，Emma的资金将被锁定在2-2中，并彻底损失。这个通道一旦建立，如果在双方共同签署至少一个承诺交易之前，有任何一方断开，就会导致资金的流失。
- 当通道正在运行时，Emma可以采取Fabian已经签署的任何承诺交易，并将它发回链上。如果她可以发送承诺交易＃1，只支付1秒的视频，为什么要支付600秒的视频？通道失败是因为Emma可以通过广播对她比较有利的先前的承诺来欺骗。
这两个问题都可以用时间锁(timelocks)来解决 - 我们来看看我们如何使用交易级时间锁（nLocktime）。
除非她有保证的找零退款，否则Emma不能冒风险进行2-of-2 签名。为了解决这个问题，Emma同时建立了资金和退款交易。她签署资金交易，但不传送给任何人。Emma只将退款交易传送给Fabian，并获得他的签名。
退款交易作为第一承诺交易，其时间锁确立了通道生命的上限。在这种情况下，Emma可以将nLocktime设置为30天或将来的第4320个区块。所有后续承诺交易必须具有较短的时间锁，以便在退款交易之前能把它们赎回。
现在，Emma已经有一个完全签署的退款交易，她可以自信地发送签署过的资金交易，因为她知道她最终可以在时间到期后最终赎回退款交易，即使Fabian消失也不会有问题。
在通道生命中双方交换的每一项承诺交易都会被时间锁锁进未来时间点。但是，对于每个承诺，延迟时间会稍短一点，所以最新的承诺可以在被它废止的前一承诺之前被赎回（译者注：上文提到如果有个最新承诺，前面的承诺就已经作废）。由于nLocktime，任何一方都只有其时间到期后才能成功传播任何承诺交易。如果一切顺利，他们将合作并通过结算交易合理地关闭通道，这样一来发送中间的承诺交易就不必要了。实质上说，承诺交易只在一方断线而另一方不得不单方面关闭通道时才使用。
例如，如果将来承诺交易＃1被时间锁定到将来的第4320个块，则将来承诺交易＃2被时间锁定到将来的4319个块。（同理可知）承诺交易＃600则可以在承诺交易＃1变为有效之前600个块的时间被消费。
图12-7显示每个承诺交易设置较短的时间锁，允许在它在之前的承诺变为有效前被花费
