乾貨:閃電網路應用開發速成指南

買賣虛擬貨幣

如果你想要入門閃電網路程式設計,又不在乎所謂正確、最佳的做法,這篇文很適合你。換言之,這篇指南具有很強的主觀性。如果你偏好 O'Reilly 式的權威文字,這篇文章可能不對你的胃口。但是,如果你想要了解閃電網路的最小開發環境及其基本內容,不妨讀一讀。我寫本文的目的是提煉出建立閃電網路應用的基礎知識點,讓新手能夠快速構建和實驗。

我相信,只要掌握了基礎知識點,你就能編寫出更加複雜安全的應用。但是,每個人都得有個開始,我個人的感受是萬事開頭難,我認為將這些思想整合到一起可以幫助一些迷途羔羊緩解痛苦。

在深入介紹細節之前,請允許我簡單介紹一下自己的背景:

大約一個月之前,我辭去了原本穩定的資料架構師工作,開始研究日新月異的比特幣生態。你會找到這篇文章,表明你已經邁出了這一步(或者正在考慮這麼做)。

簡單來說,我認為比特幣是我所見過最有趣的技術創新。我越瞭解比特幣,就越被它吸引。比特幣技術有希望改變乃至重塑如今的互動方式,使之脫胎換骨。我希望貢獻自己的一份力量。

這就是為什麼我會選擇在比特幣上開發。我希望這篇文章能夠讓不熟悉閃電網路生態及其潛力的開發者受益,鼓勵更多開發者為比特幣領域注入創造力。

老實說,關於比特幣生態,我想寫的實在太多了(其中,“由能源支援的貨幣”這一概念排在第一位),但是隻能擇日再談了。現在開始進入正題:

閃電網路的架構

-圖源:lnrouter.app-

閃電網路的基礎設計是利用通道實現節點間的一對一連線。開通通道需要存入一定數量的比特幣,該事務會記錄在比特幣區塊鏈上。然後,使用者可以使用特殊的鏈下合約在節點之間轉移通道內的比特幣,無需提交新的事務到區塊鏈上。

實際做法是實時追蹤通道內的餘額變化。例如,你在與 Alice 開通的通道記憶體入 100 satoshi,你有大約 100 satoshi (減去鏈上交易手續費)的轉賬額度,既可以直接轉給 Alice ,也可透過 Alice 間接轉給其他人。這些轉賬幾乎是即時的,因為我們只需根據每筆交易調整通道的餘額。這種調整是透過在付款方和收款方之間傳遞加密訊息實現的。

閃電應用是在閃電網路(所謂的比特幣二層)上執行的。閃電應用同樣以比特幣作為支付方式,但是結算速度更快、交易費更低。

雖然我只是非常簡略地概括了閃電網路協議,但是知道這些已經足夠入門了。如果你想更詳細地瞭解閃電網路是如何運作的,這裡有一些很好的閱讀材料。小心不要沉溺在知識的海洋裡,坐在電腦前讀到很晚,卻一行程式碼都沒有敲。也不是說這樣一定不好,只是我們的目的還是在於實踐。另外,保證充足的睡眠也很重要。

我認為,若想了解閃電網路及其節點的運作方式,更好的辦法是自己執行一個節點並弄清楚如何透過節點路由付款。雖然這個辦法需要付出更多時間和金錢,但是既有趣又長知識。1

實現

閃電網路是開放式協議。這就意味著,閃電網路有標準的訊息通訊和解釋方式。就像 HTTPS 和 TCP/IP 不歸任何人所有那樣,閃電網路協議也是如此。任何人只要遵守標準都可以參與閃電網路。不僅如此,隨著開發者不斷加固協議並增加新功能,這一標準也會持續發展。

目前有四家公司在閃電網路協議開發中處於核心地位:Lightning Labs、Blockstream、ACINQ 和 Square Crypto,而且都有自己的實現:

Lightning Labs —lnd(Go)

Blockstream —c-lighting(C)

ACINQ —eclair(Scala)

Square Crypto —Rust Lightning(Rust)

上述所有實現都能透過閃電網路進行通訊。區別在於這些實現的 API。本文只聚焦於 Lightning Labs 的 lnd,因為這是我最先接觸、也是瞭解最多的。雖然我最終選擇 Ind 有偶然成分在裡面,但是不得不誇一下,Lightning Labs 的 Ind 文件寫得很好,而且開發者能夠透過官方 Slack 頻道獲得很多幫助和支援。

請注意,下文將圍繞 Ind 展開討論,但是基本概念適用於所有閃電網路實現。

你的開發環境

不廢話,使用Polar就行了。

好吧,再多說兩句。無論你是開發者還是使用者,在閃電網路上進行構建的最大障礙是如何建立後端。我說的不只是一個錢包,因為有很多簡單快速的託管解決方案可以用。我指的是真正的後端 —— 執行比特幣和閃電網路的節點。

我之所以這麼說,是因為你的應用需要擁有節點的某些許可權,才能完成一些重要操作,例如,透過 API/gRPC 呼叫建立發票和監控付款。如果有節點運營者授予你節點的訪問許可權,你同樣可以完成這些操作,但還是自己運營一個節點比較好。

能夠用於閃電網路開發的節點必須執行兩個程序:(1)同步到比特幣區塊鏈最新區塊的比特幣客戶端;(2)已開啟通道(可以收發支付)的閃電網路客戶端。

如果你使用的是普通的家用寬頻,光是同步區塊鏈就需要花費至少幾天的時間。你可以試一下 Neutrino(一款輕量級比特幣錢包),但是我聽說用它在閃電網路上開發可能會導致一些問題。我沒有親身嘗試過。不管怎樣,如果你才剛開始接觸這類工具,我想最好去除那些可能會產生負面影響的變數。因此,如果你負擔得起,我建議你同步完整的區塊鏈就好。

如果我們對比特幣的分層進行排序,閃電網路層就是比特幣的二層。正如我上文提到的,我們需要在閃電網路上開啟通道來進行交易。雖然在閃電網路上開啟通道不是很難,但是你需要一些計劃和協調,還要付出比特幣。你當然可以質押比特幣來開啟通道,然後開始交易。但是,你沒必要承擔這種金融風險。2

暫時先別管這些。Polar是一個很棒的工具,可以讓你在膝上型電腦上的 Docker 容器內模擬執行這些程序。另外,它還提供一個精美的 UI 介面,為你展示網路視覺化效果。

-你看!是不是等不及想同步了!(Polar 介面)-

Polar 的優點在於,當你準備好將應用轉移到測試網或主網後端時,你只需要更新一些配置即可。我已經可以做到在本地、測試網和主網後端之間輕鬆切換,只需在應用中新增或註釋掉幾行程式碼即可。(我最後會得到 .env 檔案。當然了,測評工具不是本文的目的。)

Polar 也支援 lnd、c-lighting 和 eclair 節點。這就意味著你可以靈活嘗試其它實現。

再重申一遍:使用Polar就好。這是一種快速且簡單的入門方法。再者說,萬一你根本不喜歡在閃電網路上開發呢?早日發現這一點,總好過在一個你不一定會使用的系統上浪費過多時間和金錢。話說回來,如果你發現自己沉迷於Stephan Livera(知名比特幣主播)的播客,每晚收聽不可自拔,可以搭建一個更嚴肅的開發環境。

設定 Polar

點選 “Create Network(建立網路)”,即可在 Polar 中輕鬆建立模擬閃電網路環境。你可以隨意命名這個網路(我個人認為 “test(測試)” 是個聰明的選擇)並新增兩個 lnd 節點和一個 Bitcoin Core 節點。實際上,對於剛入門的人來說,這些只是最低配,之後還可以新增更多節點。你建立好網路後就可以啟動它。首次啟動網路時需要的時間可能會長一些,因為你必須下載所有 Docker 映象。順帶一提,你需要在自己的裝置上執行 Docker。就像我之前說的,這裡還是得靠自己摸索。

最後,你會看到一個類似下圖的 Polar 介面:

在上圖所示介面中,我們可以看到 Alice 和 Bob 的 Ind 節點,而且這兩個節點都與 Bitcoin Core 後端程序相連。另外還要注意的是,這時的區塊高度是 1。這是我們的創世塊!不同於實時區塊鏈,Polar 只有在開發和測試過程中提交交易時才會出塊。

下一步是在 Alice 和 Bob 之間建立一條通道,用來進行閃電付款。點選 Alice 的節點,右側控制面板會顯示我們可以與該節點互動的不同方式。點選 “Actions(操作)” ,我們就會看到向 Alice 的錢包充值模擬比特幣以及在 Alice 和 Bob 之間開啟通道所需的一切工具。接下來,我們先向 Alice 的錢包充值一些資金,再開啟 Alice 與 Bob 的通道吧。

點選 “Deposit(充值)” ,接著將 100 萬 satoshi 充值進 Alice 的錢包。

如果一切按計劃進行,你就會看到區塊高度和 Alice 的錢包餘額發生了變化。如果沒有,請尋求幫助。這不是你的錯。3

現在,我們可以在 Alice 和 Bob 之間開啟通道。現在,Alice 已經有錢了,我們可以讓她開啟一個與 Bob 的 “Outgoing(轉出)” 通道。所謂的轉出通道,就是 Alice 可以透過該通道轉給 Bob 一定數量的比特幣。Alice 和 Bob 之間可以進行多筆轉賬交易,只要通道內有餘額即可。但是,請注意,該通道剛開啟時,只有 Alice 可以向 Bob 轉賬,因為可用餘額都在她那裡。當然了,等到 Alice 向 Bob 轉過賬之後,Bob 就可以向 Alice 轉賬了。

這種通道內資金管理方式是為了保證雙方都具備交易能力,這就是我們所說的閃電網路的流動性。實際上,使用者只能使用通道內的餘額。更深入一點來講,只有當付款方和收款方之間的通道內有足夠的餘額(且資金流向正確)時,付款才能成功。否則付款就會失敗。如何管理閃電網路中有限的流動性以及如何找到變通之法本身就是一個值得探討的話題。

坦白來說,我在使用 Polar 開啟通道時遇到過一些問題。我懷疑這是 UI 和後端之間的狀態差異導致的,但是我並不確定。有時,關閉並重啟節點(或整個網路)會有幫助。完全退出並重啟 Polar 同樣有效。另外,遇到這類情況時,出門晃悠 10 分鐘可以讓你的頭腦和精神得到很好的放鬆。

不管是什麼原因,我發現進行這些節點操作的最佳方式是透過 Polar 提供的 CLI。雖然 UI 不一定會顯示出變化,但是我們可以直接查詢資料庫(可以這麼說4)來確定 UI 是否如實反映變化。Polar 讓這一切變得簡單了。我們現在就上手做吧。

首選選中 Alice 的 Ind 節點,進入 “Actions” 介面,點選 “Terminal(終端)” 下面的 “Launch(啟動)”,接著會出現一個命令提示符,如下圖所示:

現在,我們可以使用該 Ind 節點的 lncli 工具開啟通道、建立發票和付款了。首先,執行下方命令來了解大致情況:

lncli --help

我們可以執行下方命令在 Alice 和 Bob 之間開啟一條餘額為 10 萬 satoshi 的通道:

lncli openchannel --node_key <bob's public node key> --local_amt 100000

你會看到一個帶有 “funding_txid” 的響應,對應的是 Alice 和 Bob 廣播到我們的模擬比特幣區塊鏈上的充值交易。執行下方命令檢視我們新建立的通道:

lncli listchannels

如果該命令返回的列表為空,請嘗試使用( “Actions” 介面下的)比特幣節點挖幾個區塊。這樣做應該有助於確認交易並開啟通道。

現在,我們可以透過 listchannels 響應看到 Alice 和 Bob 之間已經成功開啟通道,且通道餘額約為 10 萬 satoshi(減去交易費)。這 10 萬不到的 satoshi 就是 Alice 可以透過閃電網路支付給 Bob 的可用餘額。

支付流程

迄今為止,閃電網路上最簡單(我相信也是最常見的)支付流程是透過發票(invoice)。發票本質上是一組帶有 “金額” 和 “收款方” 的支付指令。還有其它引數和變體可以幫助支付指令解鎖更多有趣的可能性(例如,hodl 發票和BOLT12提案),但是本文只關注最基本的模式。

繼續設定我們的 Polar,我們先建立一個發票,但是這回要用 Bob 的節點。因此,我們要啟動 Bob 的終端並執行以下命令:

lncli addinvoice --amt 100

以上命令建立了一個價值 100 satoshi 的發票(實際上,我在執行這些步驟時遇到了連線錯誤。如果你也遇到同樣的問題,請停止並重啟 Bob 的節點)。我們可以透過返回的響應看到這個發票的資訊:

{    "r_hash": "7d91cafaba85b6086924142dfd890f350eb53b17b80e2993d0a2ce5ccc7252f1",    "payment_request": "lnbcrt1u1ps3lu04pp50kgu4746skmqs6fyzsklmzg0x58t2wchhq8zny7s5t89enrj2tcsdqqcqzpgsp55rtlzlf5rt0z5zg34nc2rlcm9mw6nd77x45r85z6zp07qumphr7q9qyyssqzrvxdlsluaeu7esscvv8skcmaly4794j7pg9ytapmn50uukezf4xpqma9758s39wpn4pwk475dztezg4tff8xpylksl4mww57q8hj7cq7s7222",    "add_index": "1",    "payment_addr": "a0d7f17d341ade2a0911acf0a1ff1b2edda9b7de356833d05a105fe07361b8fc"}

現在,我們只關注 “payment_request” 部分,因為這部分資料包含 Alice 向 Bob 付款所需的一切資訊,即,付款金額和收款方地址5。

如果我們切回 Alice 的節點終端,就可以得到付款請求並將它作為引數傳遞給下方命令:

lncli sendpayment --pay_req <payment_request>

結果得到:

成功。

開始你的冒險征程

這時,你應該已經具備了足夠的基礎知識和工具,可以開始構建應用了。上圖概述了一個簡單的示例應用,使用的正是我們在 Polar 中用來建立並支付發票的 API 呼叫。這就是搭建一個最基礎的應用架構所需的一切。當然了,這只是一個例子,我們在開發過程中還會遇到許多其它問題(目前還只是開始),但是你會慢慢弄清楚自己需要什麼以及如何解決這些問題。

一些額外的建議和參考:

有很多庫可以幫助開發者少寫些樣板程式碼、直奔主題。就我本人而言,學習如何使用這些庫帶給我的更多是挫敗感,而非更高的效率。問題主要出在我身上。抽象確實很棒,但前提是你要對被抽象的內容有基本瞭解。我在起步時還沒有領悟到這一點。我覺得 Ind 的API 文件學起來最容易。當我按照這個指南使用 Javascript 編寫 gRPC 客戶端時,我就已經步入正軌了。

如果你想看一個更具體的應用示例,不妨看看 Lightning Labs 構建者指南的教程。如果你熟悉教程中用到的工具 express、mobx 和 React,那麼我很推薦這個教程。如果你不熟悉這些工具,你可能不會從這篇教程中得到很大幫助,但還是能夠學到一些東西。我喜歡這個教程的一個原因是,它展示了利用閃電網路(和密碼學證明)構建應用可以實現的一些有趣功能。

最後,如果你認為本文有任何寫的不清楚或不準確之處,歡迎向我提出反饋或問題。

感謝閱讀。

加油。

腳註

如果你想執行節點,Umbrel很適合初學者。我聽說MyNode、RaspiBolt和RaspiBlitz也不錯。如果你喜歡修補軟體系統(或 SimCity(模擬城市遊戲)),那麼執行節點往壞了說是一種有趣的消遣,往好了說是一場高成本且無休止的最佳化遊戲(需要付出真金白銀的那種)。

你還可以在測試網上進行實驗,透過比特幣水龍頭獲得一些實驗用比特幣。這些幣一文不值,但是當個守財奴的體驗會很有趣。如果你對自己配置和管理節點不感興趣,可以使用Voltage之類的服務。Voltage是即用即付的雲上服務,支援測試網和主網節點。

好吧,我們不能百分之百確定。謹慎起見,請檢視lnd Slack的開發者頻道。我在這裡遇到過很多構建並維護這些工具的開發者。你可能會看到我!有人可能經歷過你正在面臨的問題。如果沒有,那就太棒了 —— 大家都能從你的問題中有所收穫。

區塊鏈是一個公共資料庫,每個人都有 root 許可權。如需瞭解更多資訊,請檢視:https://balajis.com/yes-you-may-need-a-blockchain/

關於發票中其它欄位的詳細解釋,可以檢視這篇總結。如需瞭解更多關於底層合約的資訊,請閱讀這篇文章。

(完)

(文內有許多超連結,可點選左下 ”閱讀原文“ 從 EthFans 網站上獲取)

原文連結:

https://medium.com/@rheedio/a-crash-course-in-lightning-app-development-5be5b8d2d558

作者:Michael Rhee

翻譯&校對:閔敏& 阿劍

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