您已加入 🚀
什么是状态通道 - 实际有效的扩展解决方案
2017年12月，比特币网络最拥挤的时候，有人为了完成一笔交易支付了20万美元的手续费。与此同时，用比特币买咖啡的手续费要30美元，还要等40分钟。你不能建立一个手续费高于日常消费的支付系统。
状态通道解决了这个问题。想象一下酒吧帐单：你不必每喝一杯就刷卡，而是开一个帐单，喝一整晚，走的时候再结账。两方一次性将资金锁定在智能合约中，可以无限次、瞬时且免费地在链下进行交易，最后再在链上结算最终余额。中间的一切都是点对点的——不需要区块链，不需要手续费，确认瞬间完成。任何一方都不能作弊，因为任何欺诈行为都可以用区块链证明和惩罚。
萨尔瓦多利用比特币的状态通道网络Lightning Network进行日常支付。这不是理论，而是已经在处理真实价值的生产系统。
快速回答 - 什么是状态通道？
状态通道是一种允许无限次链下交易同时保持区块链安全性的Layer 2扩展方案。三步：开启（在智能合约中锁定资金）、交易（立即在链下交换签名状态更新）、关闭（在链上结算最终余额）。
每个状态更新都被参与者加密签名，创建了随时可以提交但在关闭前不提交的有效区块链交易。安全性：如果有人提交旧状态企图偷窃资金，对方可以提交更新状态的证明，削减作弊者的资金。
适用于有定义参与者集且交易频繁的情况：Lightning Network、游戏、微支付。限制：参与者必须在线，流动性需预先锁定，不适合多对多交互。
为什么状态通道重要
状态通道解决了区块链的可扩展性难题。比特币和以太坊优先考虑去中心化和安全性而不是速度——比特币每秒处理七笔交易，以太坊三十笔。Visa平均每秒1700笔。
状态通道并未让区块链更快——它们减少了你使用区块链的频率。Lightning Network提供5000+ TPS，最终确认时间不到一秒，平均手续费仅是satoshi，而比特币是7 TPS，确认时间10分钟，手续费1到50美元。通过率提高700倍，成本减少超过99.9%。
安全性等同于Layer 1。攻击Lightning需要与比特币相同的51%算力。唯一的新假设是参与者必须监控通道，可以通过守望塔服务解决。
状态通道的工作原理
状态通道遵循简单的三步生命周期：开启、交易、关闭。
开启通道 - 在链上锁定资金
爱丽丝和鲍勃部署需要双方签名的多重签名合约，各存入1个比特币（总容量2个比特币）。这个开启交易是到关闭前唯一的链上成本。
链下交易 - 交换签名状态
爱丽丝支付鲍勃0.1比特币。他们创建新的状态（爱丽丝0.9比特币，鲍勃1.1比特币），双方签名，瞬时点对点交换签名。无区块链，无手续费。
每个签名状态都是他们可以随时提交的有效区块链交易，但不提交，因为为何要支付手续费？如果爱丽丝广播旧状态来作弊，鲍勃提交更新的签名状态。智能合约会削减作弊者。
关闭通道 - 在链上结算
合作关闭：双方同意，提交最终状态，合约释放资金。一笔交易，一次费用。
非合作关闭：一方广播最新状态，触发挑战期（24小时到7天）。对方可以证明存在更新状态。作弊者损失资金。如果监控，你就不会亏钱。
路由和多跳通道
网络通道支持间接支付。爱丽丝与鲍勃有通道，鲍勃与查理有通道。爱丽丝通过鲍勃向查理支付，使用哈希时间锁定合约（HTLCs）。查理生成一个秘密，给出爱丽丝哈希。爱丽丝有条件支付鲍勃（"揭露秘密即可领取"）。鲍勃类似地支付查理。查理揭露秘密，鲍勃用它从爱丽丝领取。结果：通过中介进行的无需信任的支付。
实际的状态通道实现
2018年启动的Lightning Network拥有15000+节点、50000+通道、锁定了5000+比特币（超过2亿美元）。瞬时支付，satoshi级手续费，无限制吞吐量。萨尔瓦多利用Lightning接受比特币，Cash App为4000万+用户集成此功能，Strike支持即时汇款。
Raiden Network在以太坊上引入状态通道，用于ERC-20转账。相比于Lightning，由于以太坊的其他Layer 2解决方案（rollup，侧链），采用率较低。最适合微支付和游戏。
其他实现：Connext（为复杂逻辑而设计的通用状态通道），Celer Network（移动游戏，测试中宣称超过100万TPS）。
状态通道的应用场景
适合已知方之间的高频支付——雇主-员工关系、订阅、重复的商家-顾客交易。微支付变得可行：按文章付费的新闻、按秒付费的流媒体、API调用收费（按请求付费）、游戏（按分钟付费）。
游戏应用受益于回合制游戏、扑克、国际象棋等有定义参与者的游戏。玩家开启通道，游戏状态在链下即时更新，最终结果在链上结算。
状态通道与其他Layer 2方案对比
状态通道优势：瞬时终结，零边际成本，隐私。
Rollup优势：任意智能合约，无需在线，开放参与，资本效率更高，支持一次性交易。
高频交互选择状态通道。通用扩展和可变参与者选择Rollup。Rollup在以太坊Layer 2占主导地位（Arbitrum, Optimism, zkSync中锁定资金达数十亿）。状态通道用途有限但在适当场景中表现卓越。
状态通道的限制
必须监控通道以防欺诈。如果你离线时对方广播旧状态，他们可能盗走资金。守望塔服务可以解决这个问题但引入信任。
锁定的资金无法用于其他用途——爱丽丝在Lightning中的1比特币无法投入DeFi或质押。多次单方向支付后通道会枯竭，需要重新平衡。
多方通道复杂——每个参与者必须对每次更新签名。如果有人离线，通道冻结。
状态通道的未来
状态通道是专业工具，而非普遍解决方案。Lightning的应用稳步增长：萨尔瓦多部署，Cash App（4000万+用户），BTCPay服务器商家。还需改进：流动性管理，路由可靠性，守望塔集成。
混合方法将通道与Rollup结合——通道用于高频交互，Rollup用于通用计算。虚拟通道通过中介开启，无需链上交易。通道工厂通过一笔链上交易开启多个通道。
状态通道在高频支付、游戏、微支付流、订单薄方面表现突出。它们不会取代通用智能合约（Rollup更适合）或一次性交易（Layer 1就足够）。
常见问题解答
状态通道与侧链有何不同？ 状态通道通过加密欺诈证明继承Layer 1的完全安全性：每次状态更新都被所有参与者签名，创建可验证的链上交易。侧链是独立的区块链，具有自己的共识机制和验证者集，通常安全性较弱。状态通道要求参与者在线；侧链则不需要。
我需要运行完整节点吗？ 不一定。大多数用户依赖于轻客户端结合守望塔服务：由第三方监控通道，并在需要时提交欺诈证明。这引入信任，但使得状态通道适合移动用户。对于小额，守望塔解决方案合理。对于大量资金，请考虑运行自己的节点。
状态通道可用于超过两个参与者吗？ 可以，但复杂性较高。多方状态通道需要所有参与者对每次状态更新签名。如果有一方离线，整个通道将被冻结。大多数部署集中于两方通道并使用路由进行多跳支付。
如果我的对方永久离线了怎么办？ 你可以通过提交你持有的最新状态单方面强制关闭通道。智能合约会启动挑战期。如果他们一直离线且不进行争议，挑战期结束后，资金将根据你提交的状态进行分配。重要提示：提交最新状态，而不是旧的，否则可能受到处罚。
状态通道交易真的是免费的吗？ 一旦通道打开，单笔交易的边际成本实际上为零。然而，整体成本包括开启交易、关闭交易、锁定资金的机会成本以及可能的守望塔费用。如果开启和关闭总花费20美元，进行1000次交易，那么平均每笔交易的成本为0.02美元，比Layer 1便宜99%。
为什么状态通道不如Rollup受欢迎？ Rollup更适合以太坊生态系统。状态通道需要参与者在线、提前锁定流动性、定义参与者集以及通道设置开销。这在比特币支付中效果很好（Lightning Network的成功），但对于以太坊的多样化应用则较差。Rollup支持任意智能合约、无需在线监控、适用于一次性交易、且每次交互不锁定流动性。
参考资料
- Poon, J. & Dryja, T. (2016). "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" - https://lightning.network/lightning-network-paper.pdf
- Lightning Labs - "Lightning Network Technical Documentation" - https://docs.lightning.engineering/
- Raiden Network - "Raiden Network Specification" - https://raiden-network.readthedocs.io/
- Dziembowski, S. et al. (2019). "Perun: Virtual Payment Hubs over Cryptocurrencies" - IEEE Security & Privacy
- Miller, A. et al. (2017). "Sprites and State Channels: Payment Networks that Go Faster than Lightning" - https://arxiv.org/
- Connext Network - "State Channel Applications" - https://docs.connext.network/
- L2Beat - "Layer 2 Scaling Solutions Comparison" - https://l2beat.com/
- Bitcoin Optech - "State Channel Series" - https://bitcoinops.org/
- Celer Network - "Layer 2 State Channel Platform" - https://www.celer.network/
- 1ML - "Lightning Network Statistics" - https://1ml.com/
