Qtum量子链研究院即日起将会定期进行技术课程，每期一个主题，在这里我们用最专业的视角解读当下区块链技术热点话题。第一期的主题：闪电网络，早在2017年11月Qtum便先一步引入闪电网络，详情见《基于Qtum量子链的闪电网络功能简介及测试》
近月以来，比特币网络的交易费一路飙升，一度超过 30 美元达到历史新高，但在 2018 年，一个新的扩展解决方案可能会拯救数字货币王国。
闪电网络
当区块大小限制为1MB时，比特币网络只支持全网每秒7笔左右的交易速度，远低于传统的金融交易系统。同时，每10分钟一个区块，交易要安全的确认需要至少6个区块，使得交易确认缓慢。
为了提升比特币网络的性能，社区提出了链上扩容和链下扩容等不同方案。链上扩容主要是通过增大区块大小，使每个区块可以包含更多的交易数，从而提高交易容量；链下扩容方案就是闪电网络，其设计思想则是将大量交易放到比特币区块链之外进行，只把关键环节放到链上进行确认。闪电网络的设计最早于2015年2月在论文《The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments》中提出。
闪电网络主要通过引入智能合约的思想来完善链下的交易渠道，它基于微支付通道演进而来，创造性的设计了两种类型的交易合约：Revocable Sequence Maturity Contract（RSMC，序列到期可撤销合约）和Hashed Timelock Contract （HTLC，哈希时间锁定合约）。RSMC解决了链下交易的确认问题，HTLC解决了支付通道的问题。在这里上篇我们只讲一种交易合约——RSMC。
闪电网络——RSMC
RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract）
RSMC的设计思路是交易双方共同出资以创建一个双向微支付通道。
下面以Alice和Bob为例解释RSMC。
创建RSMC
假设Alice和Bob是合作方，经常有比特币交易往来，所以他们决定各拿出0.5BTC放入通道中，便于业务往来。
下图为RSMC交易的结构图，左侧为Alice的视角，右侧为Bob的视角，中间Funding Tx为共同可见。图中带<>号的签名表示已经签名成功，不带<>号表示待签名。
RSMC交易的结构图
1.双方各拿出0.5BTC，构建Funding Tx（资金池），输出为Alice和Bob的2/2多重签名。此时，Funding Tx未签名，不能广播进主链。
2.Alice构造Commitment Tx：C1a(Commitment Tx 1a)和RD1a(Revocable Delivery 1a)，并交给Bob签名。C1a的第一个输出为多重签名地址，Alice的另一把私钥Alice2和Bob的2/2多重签名，第二个输出为Bob 0.5BTC。
3.RD1a为C1a第一个输出的花费交易，输出给Alice0.5BTC，但此类型交易带有sequence，作用是阻止当前交易进块，只有前向交易有sequence个确认时才能进块
4. Bob构造Commitment Tx：C1b(Commitment Tx 1b)和RD1b(Revocable Delivery 1b)，并交给Alice签名。结构与C1a、RD1a是对称关系。
5. Bob对C1a和RD1a进行签名，并将签名给Alice；同理，Alice对C1b和RD1b签名，完成后给Bob。此时，由于并未对Funding Tx进行签名，任何一方均无法作恶，任何一方也不会有任何损失。
6. 双方均完成对commitment Tx的签名并交换后，各自再对Funding Tx进行签名，并交换。此时，Funding Tx是完整的交易，可以广播进入主链。
上述就是创建RSMC的全部过程。
交易双方先预存一部分资金到微支付通道里，初始情况下双方的分配方案等于预存的金额。每次发生交易，需要对交易后产生资金分配结果共同进行确认，同时签名把旧版本的分配方案作废。任何一方需要提现时，可以将他手里双方签署过的交易结果写到区块链网络中，从而被确认。
任何一方在任何时候都可以提现，提现时需要提供一个双方都签名过的资金分配方案。在一定时间内，如果另外一方拿出证明表明这个方案已经被作废了（非最新的交易结果），则资金罚没给质疑方；否则按照提出方的结果进行分配。罚没机制可以确保没人会故意拿一个旧的交易结果来提现。
另外，即使双方都确认了某次提现，首先提出提现一方的资金到账时间要晚于对方，这就鼓励大家尽量都在链外完成交易。通过 RSMC，可以实现大量中间交易发生在链外。
交易更新
Alice和Bob各自拥有0.5BTC的余额，此时Alice从Bob处购买了一件商品，价格为0.1BTC，那么余额应该变为Alice 0.4BTC，Bob 0.6BTC。于是创建新的Commitment Tx，对于Alice来说是C2a 和RD2a，对于Bob来说是C2b和RD2b，过程与上面类似。
交易更新时的交易结构
此时两个状态均是有效的，那么最核心的问题来了，因为C1a和C1b已经是处理过的交易了，C2a和C2b才是最新交易状态，如何才能彻底废弃掉C1a和C1b呢？RSMC采用了一个非常巧妙的方法，在C1a的第一个输出中，采用了Alice2和Bob的多重签名，Alice将Alice2的私钥交给Bob，即表示Alice放弃C1a，承认C2a。同样的逻辑，Bob将Bob2的私钥交给Alice，即表示Bob放弃C2a，承认C2b。
交易更新时的多重签名
Alice交出Alice2的私钥给Bob，那么Bob就可以修改RD1a的输出，将RD1a中输出给Alice的BTC输出给他自己，形成新的交易BR1a(Breach Remedy 1a)。若Alice破坏合约，在存在C2a的情况下依然广播出C1a，那么Alice的惩罚就是失去她全部的币。Alice交出Alice2的私钥，或者对交易BR1a进行签名，两者是等同的，都是对C1a的放弃。反之亦然，Bob交出Bob2的私钥给Alice即意味放弃C1b，而仅能认可C2b。
引入sequence的目的是，阻止后续交易（RD1a）进入主链，给出一个实施惩罚窗口期，当发现对方破坏合约时，可以有1000个块确认的时间去实施惩罚交易，即广播BR1a代替RD1a。若错过1000个块时间窗口，则无法再实施惩罚了（RD1a进入主链了）。
交易关闭
关闭RSMC，直接按照最终的余额构造出一个Commitment TX即可，例如输出为Alice 0.1BTC，Bob 0.9BTC，无需再设置多重签名，构造惩罚交易等。
明日预告：闪电网络（下）——Hashed Timelock Contract （HTLC，哈希时间锁定合约）