通过Thunderbolt视角 重新思考比特币的闪电网络设计

作者：YBB Capital 研究员 Ac-Core

1、为什么不能用比特币购买咖啡？

大多数人想到比特币时，首先想到的是其“去中心化”和“不可篡改”的特性。但如果你真的想用它来买一杯咖啡，很快就会遇到一个尴尬的问题：等待交易确认的时间甚至比等咖啡的时间还要长，有时交易费甚至比咖啡本身还高。比特币上的资产在很大程度上仍然“不可移动”——大多数用户只是持有；你不能贷款，不能组合资产，也不能进行互操作。

比特币的脚本结构极其保守，限制了大多数链下交互场景。它最初的设计目标并非每秒处理数万笔交易。然而，实际需求就在眼前——人们希望能够使用比特币，哪怕只是购买游戏皮肤或给视频创作者打赏，也不愿为此等待十分钟。

2、闪电网络：一把双刃剑

比特币主网如同高速公路，而闪电网络则是在其旁搭建的付费快速通道。其核心理念是对主网吞吐量限制的务实妥协：由于链上交易面临速度瓶颈，系统不再坚持将每笔交易都记录在链上，而是允许用户为高频交易开设专用的“支付通道”，仅在通道关闭时才在区块链上结算最终状态。这类似于朋友们轮流买单，在几次外出后才结账，而不是每次用餐后都转账。闪电网络本质上是一个由成千上万个这样的支付通道编织而成的网络。

然而，这个看似优雅的系统面临着诸多现实挑战。首先是通道设置的门槛很高——用户必须提前锁定资金才能建立通道，这意味着你需要预先建立专用连接才能与任何人进行交易。其次是复杂的路由问题：如果用户A和用户B之间缺乏直达通道，即使存在像A-C-B这样的间接路由，如果中间通道资金不足或节点不可用，交易仍然可能失败。更严重的是，存在安全风险：用户必须保持在线，以防止交易对手在关闭通道时提交过期交易进行作弊，这对普通用户提出了不切实际的操作要求。

尽管闪电网络已经上线多年，但这些结构性问题限制了其在现实世界中的应用。公开数据显示，闪电网络锁定的总价值仍然只有1亿美元左右——与比特币万亿美元的市值相比，这只是一个微不足道的数字。这引发了一个全行业的思考：是否有可能构建一个更好的链下支付协议来突破这些瓶颈？

据ChainCatcher 4月15日报道，汇丰银行在官方新闻稿中透露，比特币Thunderbolt代表了比特币近十年来最重大的技术升级。Thunderbolt可以被看作是“闪电网络2.0”，但它不仅仅是一次升级，更是对比特币链下交互范式的根本性重新设计。

3、什么是 Thunderbolt 协议？

比特币 Thunderbolt 是直接构建于比特币底层的软分叉升级。与二层网络或跨链桥妥协不同，Thunderbolt 在比特币主网上引入了协议级的变更，从根本上增强了可扩展性、交易性能和可编程性。

性能层： Nubit 利用 UTXO 捆绑技术，显著优化了比特币的传统交易模型。比特币当前的设计是单独处理每个 UTXO，这限制了吞吐量，而 UTXO 捆绑技术可以聚合多个 UTXO 进行同时处理。这种交易数据压缩技术可在不影响链上安全性的情况下，将处理速度提升近 10 倍。

可编程性：Thunderbolt 重新引入并扩展了OP_CAT操作码——最初存在于早期比特币版本中，但后来被删除。OP_CAT允许数据连接，使开发人员能够构建更高级的脚本逻辑并直接在比特币的基础层上部署去中心化应用程序 (dApps)，而无需依赖侧链、Rollup或跨链桥。

资产协议层： Nubit 还引入了名为Goldinals的统一代币标准，该标准基于零知识证明和状态承诺。该框架支持原生比特币代币的发行和验证，无需依赖外部信任或复杂的桥接。它通过链上自动做市商 (BitMM) 整合了 BRC-20、Runes 和 Ordinals 等碎片化协议，从而完全支持比特币生态系统内的去信任化交易和验证。

与侧链、Plasma、Rollups 或通过桥接器进行资产包装等传统扩容方法不同，Nubit 遵循“原生主网扩容”路径。它集成了 BitVisa 等解决方案，用于实现去中心化身份和凭证。无论是交易压缩、智能合约启用还是链上交易，所有功能都使用原生 BTC 直接在比特币主网上运行。

3.1 核心机制解析

基于论文《比特币上元协议的无状态可验证执行层》（参考文献 1），Bitcoin Thunderbolt与闪电网络类似，旨在解决比特币主网确认时间过长的问题。虽然两者都致力于提高速度并降低成本，但它们的设计理念却存在显著差异：

• 闪电网络以支付渠道为中心，仅针对点对点交易进行了优化。它缺乏可编程性，涉及复杂的渠道设置和维护，并且可扩展性有限。

• Thunderbolt由 Nubit 开发，提供可编程的链下协议，能够进行图灵完备操作，从而支持创建复杂的有状态资产、流动性协议和金融应用程序。

主要创新：

可调整的多方签名
想象一下，一个比特币签名被分成两部分：Alice 持有一半，委员会持有另一半。每次资金转移时，双方都会添加一个“密钥调整”——只有新的接收者知道——这样他们就可以在无需直接沟通的情况下离线重建完整的签名。

异步委员会账本：
一组节点（例如 4n+1）维护所有权共识。即使某些节点发生故障，只要大多数节点在线，系统仍可正常运行。这些节点无法自行转移资金——它们只是共同签名并记录所有权，从而保持去中心化和安全性。

基于原子交换的最终确定
链上赎回涉及三个原子步骤：

1、Alice 和委员会花费原始 UTXO 将资金转移给委员会；

2、委员会将相同金额的资金锁定在只有 Zenni 和委员会可以访问的联合保险库中；

3、Zenni 使用新的两部分签名来完成兑换。
此过程确保任何一方都无法作弊或放弃流程。

3.2 Thunderbolt 的协议设计与技术亮点

• 非交互式递归签名委托：
  Thunderbolt 使用可调整的 Schnorr 阈值签名，消除了多轮消息传递。每次传输只需发送一个经过密钥调整的签名，从而大幅降低通信和正常运行时间要求。

• 每一跳都使用新的锁

• 每次传输都会引入一个新的基于密钥的签名。旧密钥将失效，从而防止签名重复使用，增强安全性。

• 单一链上追踪
  唯一的链上操作是初始锁定。所有后续转账均在链下进行，最终的链上赎回也仅在交易结束时进行。与闪电网络频繁的通道操作相比，Thunderbolt 不仅提升了效率，还提升了隐私性。

• 离线弹性
  即使 Alice 或 Zenni 离线，委员会也可以继续处理赎回或转账——无需时间锁定或强制关闭。

• 通过机器验证的安全性进行形式化验证
  每个关键协议步骤都使用 Tamarin Prover 进行形式化验证，确保数学验证的安全保证——而不仅仅是理论上的承诺。

Thunderbolt 代表了对比特币如何支持高吞吐量、可编程和信任最小化的链下交互的根本性重新思考，同时保持去中心化的核心原则。

4、Thunderbolt 与现有的闪电网络解决方案有何不同？

现在让我们将 Thunderbolt 与 BOLT 协议、Breez SDK 和 Phoenix 等现有解决方案进行比较，以了解它引入的具体改进。

主要区别：

Thunderbolt 主要在安全性和理论健全性方面脱颖而出。它是少数几个可以宣称以下优势的解决方案之一：

• 其协议设计具有可证明的安全性。

• 任何恶意用户都无法单方面获得优势或获取价值。

但它也有明显的缺点：

• 部署复杂性：运行 Thunderbolt 需要完整的协议栈，普通钱包用户难以采用。

• 主链兼容性限制：比特币的脚本语言极其有限。Thunderbolt 必须突破这些限制，这增加了实现的复杂性。

• 缺乏生态系统支持：与拥有众多钱包和节点支持的 BOLT 不同，Thunderbolt 仍处于早期研发阶段。

5、Thunderbolt 的潜在影响：BTCFi 的催化剂？

那么 Thunderbolt 是 BTCFi 的最佳解决方案吗？一个大胆但明智的看法可能是：

从理论上讲，Thunderbolt 是 BTCFi 的最佳解决方案，但在实践中，它仍处于alpha 阶段——就像以太坊最初的 2.0 白皮书一样：富有远见，但尚未准备好进行大规模生产部署。根据目前的观察，Thunderbolt 的开发可能遵循以下三条潜在路径：

1、Rollup 层集成：比特币 Layer2 的 DeFi 引擎

鉴于比特币基础层可扩展性有限，Thunderbolt 可以演变为比特币 Layer 2 解决方案（例如BitVM、Nomic 或 BOB）中的模块化链下执行层。可以将其视为嵌入在比特币 Rollup 中的可编程合约引擎。

例子：

• BOB可能会整合 Thunderbolt 的支付渠道，用于原生 BTC 交易。

• RGB 生态系统可以采用 Thunderbolt 的状态管理逻辑。

• BitVM支持高级逻辑，可以将 Thunderbolt 作为智能合约标准。

• Babylon、Bitlayer 和类似系统可以将 Thunderbolt 嵌入为链下合约执行模块。

2、构建独立的并行生态系统

Thunderbolt 可能会追随闪电网络的脚步，开发自己的基础设施：节点、运营商、聚合器，甚至可能是Thunderbolt-LSP（流动性服务提供商）。在 Nubit 和早期比特币矿工的支持下，其软分叉方案——UTXO捆绑和OP_CAT——使 Thunderbolt 能够原生支持BRC-20、Runes 和 Ordinals等协议资产。

在这种情况下，Thunderbolt 可以发展成为一个成熟的生态系统，具有以下特点：

• Thunderbolt 钱包（类似 Phoenix）

• Thunderbolt 节点（用于通道操作的轻节点）

• Thunderbolt DEX（链下订单匹配）

• Thunderbolt AMM（链下流动性池）

3、被更简单的解决方案取代

Thunderbolt 的未来尚不确定。它最终可能会被更简单或更高效的替代方案取代：

• BitVM可以提供更具可扩展性的合约执行模型。

• 跨链 ZK 技术可能使完全可信的 BTC 部署在其他链上成为可能。

• 新的原生比特币协议可以将支付、借贷和合同统一到一个无缝的系统中。

真正的影响：链下可组合性

Thunderbolt 最大的突破不仅在于支付，更在于它引入了比特币资产的链下可组合性——这一概念对以太坊的 DeFi 繁荣至关重要。以太坊的成功得益于其集成的开发栈：Solidity、Hardhat、Ethers.js 和 Metamask。Thunderbolt也可以为比特币提供类似的基础。

它的核心创新——OP_CAT和UTXO Bundling——尤其令人兴奋：

• OP_CAT首次实现了比特币的原生可编程性。

• UTXO 捆绑压缩交易数据，增强链上吞吐量——类似于以太坊汇总。

这些进步共同推动了我们实现统一比特币生态系统协议并通过BitMM实现无需信任的资产交换的愿景——所有这些都无需桥接或包装代币。尽管如此，Thunderbolt 仍然更接近于一篇“强大的数学论文”，而非一个随时可用的开发者堆栈。