有过比特币提币、转账等交易的人相信都感受到过，整个比特币网络拥堵不堪，交易费节节攀升，对比传统金融结算系统已经没有速度上的优势。究其原因，无非是比特币的设计原因：平均每10分钟出一个区块，每个区块大小为1M。所以，每10分钟能打包确认的交易是有限的，同时由于矿工是趋利的，会有限打包手续费高的交易，导致交易费的攀升。
于是，比特币社区开启了旷日长久的扩容大战。大区块派主张链上扩容，而小区块派则坚持链下扩容。链下扩容的方案就是我们今天的主角闪电网络。
闪电网络以比特币区块链为后盾，在链下实现真正的点对点微支付交易，区块链处理能力的瓶颈被彻底打破，时延、最终性、容量甚至隐私问题也迎刃而解。社区不少人甚至认为：“闪电网络”的论文（The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments）对比特币的重要性仅在中本聪的创世论文之下，排名第二。
核心的概念主要有两个：RSMC（Recoverable Sequence Maturity Contract）和 HTLC（Hashed Timelock Contract）。前者解决了链下交易的确认问题，后者解决了支付通道的问题。
1.RSMC
闪电网络的基础是交易双方之间的双向微支付通道，RSMC定义了该双向微支付通道的最基本工作方式。
假设A（Alice）和B（Bob）之间要打开一个支付通道，A和B则需分别往一个2-2签名的多重签名地址转入一定额度的比特币。
假设为{Alice: 0.4, Bob: 0.6}，意味着打入通道的资金共有1个 BTC，其中A拥有0.4 BTC，B拥有0.6 BTC。通道的设立会记录在比特币区块链上。通道的设立会记录在比特币区块链上。
假设B决定向A支付0.1 BTC，双方在链下对最新的分配方案{Alice:0.5, Bob:0.5} 签名认可，并签名同意作废上面的分配方案。
如果A打算终止通道并动用她的那份资金，她可以向区块链出示双方签字的余额分配方案。如果一段时间之内B不提出异议，区块链会终止通道并将资金按协议转入各自预先设立的提现地址。如果B能在这段时间内提交证据证明A企图使用的是一个双方已同意作废的分配方案，则A的资金将被罚没并给到B。
为了鼓励双方尽可能久地利用通道进行交易，RSMC对主动终止通道方给予了一定的惩罚：主动提出方其资金到账将比对方晚，因此谁发起谁吃亏。
2.HTLC
HTLC可以简单理解为，通过智能合约，双方约定转账方先冻结一笔钱，并提供一个哈希值，如果在一定时间内有人能提出一个字符串，使得它哈希后的值跟已知值匹配（实际上意味着转账方授权了接收方来提现），则这笔钱转给接收方。
这么做使得分配方案更复杂了，有何意义呢？
假设A想给C发送0.05 BTC，但A和C之间并没有微支付通道。但这没关系，A找到了一条经过B到达Ce的支付路径，该路径由A/B和B/C这样2个微支付通道串接而成。
A签名了一个转账密文H给C，由于A与C没有直接的支付通道，C收不到这笔转账。
现在，A和 B商定一个HTLC合约：只要B能在2天内向A出示正确的密文，A则支付B 0.051 BTC，否则钱会自动退还给A。
B和 C商定一个HTLC合约：只要C能在1天内向B出示正确的密文，B则支付C 0.05BTC，否则钱会自动退还给B。
现在，由于A已经把密文告诉了C，C只要向B出示正确的密文，就能收到0.05BTC。而多的0.001 BTC成了B的佣金，也可以理解为旷工费。
3.闪电网络
这个交易机制可以扩展到非常多的人，也就形成了闪电网络。在整个交易中，智能合约起到了中介的重要角色，而区块链则确保最终的交易结果被确认。
闪电网络是基于微支付通道演进而来，创造性的设计出了两种类型的交易合约：序列到期可撤销合约RSMC（Revocable Sequence Maturity Contract，哈希时间锁定合约HTLC（Hashed Timelock Contract）。
RSMC解决了通道中币单向流动问题，HTLC解决了币跨节点传递的问题。这两个类型的交易组合构成了闪电网络。
RSMC 创建
我们先来创建一个序列到期可撤销合约（RSMC），爱丽丝和鲍伯是合作方，经常有比特币往来，所以他们决定各拿出0.5BTC放入通道中，便于业务往来。
解释一下下方RSMC交易的结构（图X），左侧为爱丽丝的视角，右侧为鲍伯的视角。中间Funding Tx为共同可见，C1a和RD1a为爱丽丝持有，C1b和RD1b为鲍伯持有。交易图中带有尖括号的签名表示待填入。
RSMC交易的结构图
1、双方各拿出0.5BTC，构建Funding Tx，输出为爱丽丝和鲍伯的2/2多重签名。此时， Funding Tx未签名，更不广播。
2、爱丽丝构造Commitment Tx：C1a和RD1a，并交给鲍伯签名。C1a的第一个输出为多重签名地址，爱丽丝的另一把私钥爱丽丝2和鲍伯的2/2多重签名，第二个输出为鲍伯 0.5BTC。
3、RD1a为C1a第一个输出的花费交易，输出给爱丽丝0.5BTC，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、鲍伯构造Commitment Tx：C1b和RD1b，并交给爱丽丝签名。结构与C1a、RD1a是对称关系。
5、鲍伯对C1a和RD1a进行签名，并将签名给爱丽丝；同理，爱丽丝对C1b和RD1b签名，完成后给鲍伯。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，广播之。
上述过程以及结构图的描述，就是创建RSMC的全部过程。
C1a, C1b两笔交易花费的是同一个输出，故他们两个交易只有一个能进块。若爱丽丝广播C1a，则鲍伯立即拿到0.5BTC（C1a的第二个输出），而爱丽丝需要等C1a得到1000个确认，才能通过RD1a的输出拿到0.5BTC。另一方，若鲍伯广播C1b，则爱丽丝立即拿到0.5BTC，鲍伯等待C1b得到1000个确认，才能通过RD1b拿到0.5BTC。也就是说，单方广播交易终止合约的那一方会延迟拿到币，而另一放则立即拿币。
交易更新
爱丽丝和鲍伯各自0.5BTC的余额，此时爱丽丝从鲍伯处购买了一件商品，价格为0.1BTC，那么余额应该变为爱丽丝 0.4BTC，鲍伯 0.6BTC。于是创建新的Commitment Tx，对于爱丽丝来说是C2a 和RD2a，对于鲍伯来说是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，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，采用了爱丽丝2和鲍伯的多重签名，爱丽丝将爱丽丝2 的私钥交给鲍伯，即表示爱丽丝放弃C1a，承认C2a。
交易更新时的多重签名
爱丽丝交出爱丽丝2的私钥给鲍伯，那么鲍伯就可以修改RD1a的输出给他自己，形成新的交易BR1a。若爱丽丝破坏合约存在C2a的情况下依然广播出C1a，那么爱丽丝的惩罚就是失去她全部的币。爱丽丝交出爱丽丝2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，鲍伯交出鲍伯2的私钥给爱丽丝即意味放弃C1b，而仅能认可C2b。
引入sequence的目的是，阻止后续交易进块（RD1a），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进块了）。
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，例如输出为爱丽丝0.1BTC，鲍伯0.9BTC，无需再设置多重签名，构造惩罚交易等。
中转交易
爱丽丝想要支付0.5BTC给鲍勃，但她并没有一个渠道来和他进行交易。幸运的是，她和查理有一个交易渠道，而查理正好和鲍勃有一个交易渠道。这样爱丽丝就能借助查理的交易渠道，通过哈希时间锁定合约（HTLC）来和鲍勃进行交易了。
中转交易示意图
为了完成这次交易，爱丽丝就会给鲍勃发短信说：“嘿！我要给你付笔款。”这时鲍勃自己将收到一个随机数字（R），接着鲍勃便会回一个被哈希的数字（H）（你可以认为被哈希的数字R是随机数字的一种加密形式）给爱丽丝。然后爱丽丝的钱包紧接着就会联系查理说：“嘿，查理。如果你给我生成（H）的未加密值（R），那么我就同意更新我们渠道的支付分配，这样你就可以得到的就会比0.5BTC多一点，我得的比0.5少一点。”尽管查理并不知道R，但他也会同意。之后查理便会去找鲍勃说：“嘿，鲍勃。如果你给我那个能生成H的未加密的值R，我将同意更新我们渠道的支付分配，这样你就可以得到的会比0.5BTC多一点，我得到的比0.5少一点。”
因为R就是从鲍勃这里生成的，所以他肯定知道。接着他马上将R告诉查理，并更新了其渠道的支付分配。然后查理将R告诉给了爱丽丝之后也更新他们的渠道，最后交易完成，爱丽丝以脱链的形式付给鲍勃0.5BTC。
总结
RSMC通过巧妙的设置Commitment TX的多重签名输出，以及sequence的延迟进块形成惩罚窗口期，解决了在微支付通道中的币单向流动问题。
Alice 会把自己的 1BTC 放到一个 MultiSig 地址里面，这个 MultiSig 需要 Alice 和 Bob 一同 sign
才会执行具体的操作（即这 1BTC 要还给 Alice 多少，多少要转到 Bob 的账户里面去），在 Alice 转钱到这个 MultiSig 之前，Bob 会首先签名一条消息，这条消息里面说： 把 MultiSig 里面的 1BTC 退还给 Alice，但是，这里还有一个 Time Lock，下面图里用的 Time Lock 用的是 30 天，Alice 只有 30 天之后才能 sign，执行退钱的操作。这个部分的操作还需要在区块链 上进行操作。
Alice 要转账 0.1 BTC 给 Bob，那么她 sign 一条消息，里面说，这 1BTC 有 0.9 要还给自己，0.1 给 Bob.
Bob 如果这个时候也 sign 了这个 message，那么就可以 broadcast 到 blockchain，使得上面的 MultiSig 执行操作，实现了转账。
但 Bob 也可以不 sign，因为之后 Alice 可能还要转账。比如，这里Alice 又 sign 了一条新的 meassage，如果 Bob 也 sign 了这条，那么他会得到更多的 bitCoin，因此在这条和上面那条旧的 message 中，他肯定更加倾向于选择这一条。当然，同样的，Bob 可以不考虑 sign 了然后 Broadcast 出去，而是等待 Alice 可能会再次向他转账，比如这里 Alice 又转了 0.1 BTC 给 Bob：
那么，假如现在 Bob 想要还 0.1 BTC 给 Alice 呢？当然，你可以说 Bob 也去创建一个 MultiSig，那么就是对等的了。但其实 Bob 可以不那么做，他只需要把 Alice 给他的 0.2BTC 中的 0.1 BTC 退回去就可以了。
如果要实现这一点，那么一开始 Alice 在 sign 消息的时候，还需要给一个 lock time。
我们来重新看这个过程：
Alice sign message 说，0.8 BTC 留给自己， 0.2 给 Bob，这条消息 Bob 只有在 第 29 天的时候才能 sign：
而 Bob 想要还 0.1 个 BTC 给 Alice，于是他 sign 了一条新的消息，这条消息在第 28 天才是有效的，接下来，他们之间还可以有更多的转账操作，直到 lock time 变成了当天，一方为了自己的利益，必须马上 sign，并且把 消息 broadcast 到 blockchain，完成在 Blockchain 上的转账 ：
如果每两个人之间转账，都需要先建立一个 MultiSig，这似乎对 Blockchain 的压力也不小。
于是，假如存在的第三个人，他或许不是一个个人，而是某个交易所，他收取一点点的手续费。
根据上面的描述，现在你已经知道 Alice 和 Bob 之间，可以建立一种关系来互相转账，在接下来的描述中，我们不再关注 Alice 和 Bob ，以及即将加入的 Carol 和 Bob 之间的转账细节了。我们只需要抽象地知道，他们之间是可以互相转账的，且不需要每一笔都经过 区块链。
那么，我们现在要让 Carol 加入，Alice 要转账给 Carol：
Carol 会首先会构造一个 R，不告诉别人。同时会计算出 R 的 hash H.
Carol 把 H 给 Alice：
Alice 转账 0.01 BTC 给 Bob，Bob 要拿到这 0.01 BTC 的话，他还需要提供 R :
于是 Bob 就转账给 Carol，同样的，Carol 要拿到钱需要提供 R 给 Bob：
转账似乎就可以顺利完成了。
上面的设计叫做 “Hash Lock”，这个设计是有问题的：
如果 Alice 和 Bob 之间的转账先失效了，那么 Alice 的 0.01 BTC 会退回，Bob 就拿不到了；而 Bob 和 Carol 之间的转账要是后失效，那么 Carol 从 Bob 那里拿到 0.01BTC 之后，Bob 就损失掉了 0.0.1 BTC.
所以，我们需要 “Hash Time Lock”，其实就是保证 Carol 和 Bob 之间的转账一定要比 Alice 和 Bob 之间的先过期。
这样的话，我们就得到了闪电网络：
