閃電網路共同發明人Tadge Dryja (攝影/李靜宜)

2008年,比特幣創辦人中本聰發表一篇論文《比特幣:一種對等式的電子現金系統》,掀起全球加密貨幣浪潮,10年後的今天,加密貨幣與區塊鏈有如雨後春筍般湧出,為世界帶來意想不到的顛覆。不過,比特幣作為加密貨幣的龍頭,底層的區塊鏈技術仍有不少問題,最為人詬病的,就是「交易速度慢」及「可擴充低」兩大難題。

由於區塊鏈是以分散式帳本為基礎技術,所以,就像一個巨大的帳本,每一筆交易都要記錄到區塊鏈上,使其有不可被竄改的特性。然而,以比特幣來說,其採用的共識演算法機制是PoW(Proof of Work,工作量證明),所以每一筆比特幣的交易,都要由礦工,也就是區塊鏈網路中的電腦,進行挖礦(mining)來驗證。

但是,比特幣區塊鏈的機制,是採取排隊的設計概念,當完成一筆交易後,才會開始驗證下一筆交易,而且一筆交易,得有礦工願意接單,才有機會寫進交易中來完成。所以,儘管比特幣區塊鏈約每10分鐘就能完成一次交易,但想要交易的人,可能得提出交易請求後,等上10分鐘、20分鐘,甚至幾個小時,才能獲得礦工青睞來驗證,端看交易者所付出的交易費多寡,換句話說,交易費越高,才能越快完成交易。因此,當交易量越來越大時,區塊鏈網路就會更加塞車,交易完成率也越來越差,越多人無法快速獲得驗證而完成交易。交易者為了要增加被接受驗證的機會,就會提高交易手續費,來吸引礦工,這更讓比特幣交易手續費日益昂貴。

2015年,出現了閃電網路(Lighting Network)技術,想要來解救比特幣的種種窒礙。閃電網路共同作者Tadge Dryja,也是MIT數位貨幣倡議組織(簡稱DCI)科學家,近日來臺揭露閃電網路的發明源起,以及DCI如何進一步打造出輕量級閃電網路「Lit」軟體,結合智能合約(Smart Contract)和新興的預言機(Oracle)機制,來改良比特幣。

「就像是全世界,共用同一個Wi-Fi網路上網,當每個人都用同一個區塊鏈來執行交易,整體效率當然會變得很差。」Tadge Dryja眼神堅定地說出,發明閃電網路的關鍵原因,就是要打通區塊鏈的任督二脈,使其交易速度加快、可擴充性提高。

初次見到Tadge Dryja,給人一種沒有距離的親切感,有趣的是,在共同發明閃電網路前,他除了本科念的是電子與計算機工程,後續幾年則是在紐約的視覺藝術學院攻讀攝影美術碩士,也曾在日本三重大學擔任助理教授,負責醫療英語教育。直到2013年攻讀維吉尼亞大學博士學位,研究密碼學與網路安全,才與加密貨幣、區塊鏈有了密切關係。也或許一路的累積,使得他的思維前衛又開放,才得以共同發明出閃電網路。

Tadge Dryja在2015年2月與另一位共同發明人Joseph Poon,公開了一份白皮書《比特幣閃電網絡:可擴展的連鎖即時支付》,這是閃電網路技術概念首次公開亮相。隔年,他倆更共同成立一間新公司閃電實驗室,由Tadge Dryja擔任技術長一職,不過不到一年,他就離開了閃電實驗室,於2017年加入DCI擔任科學家,繼續開發閃電網路的應用。

麻省理工學院媒體實驗室作為全球知名的研究機構,在2015年發起MIT數位貨幣倡議組織,並開發了輕量級閃電網路「Lit」軟體,要利用閃電網路,讓比特幣達到即時支付、小額支付與提高可擴充性等功能。然而,DCI的Lit最一開始是要改善比特幣所面臨的困境,也適用於與比特幣相類似的區塊鏈。

閃電網路讓比特幣交易加速、可擴充性提高、更具隱私性

Tadge Dryja說:「閃電網路技術的核心概念,就是不需要把所有交易都記錄到區塊鏈上。」當在閃電網路的通道(Channel)中進行的交易,無論次數多寡或是過程有多複雜,都不再需要記錄到區塊鏈時,交易的速度也會變快。也因此,過去等待比特幣礦工驗證一筆交易,可能得耗上10分鐘、1小時,甚至更久的時間,現在則能以「秒級」的速度完成交易。也因為在閃電網路通道進行的交易,不再需要通通記錄到區塊鏈,也讓比特幣區塊鏈的可擴充性變得更大,打破既有的侷限。

而閃電網路目前一秒能處理多少次的交易?Tadge Dryja強調,因為閃電網路通道的交易具有隱私性,只有交易雙方看得到交易次數,所以不太能測量實際所達到的交易規模,但確定的是,交易速度非常快,也因為不需要礦工來驗證每筆交易,交易手續費則能大大降低。

比特幣採用閃電網路,未來可往即時、小額支付邁進

Tadge Dryja指出:「當交易速度快、交易規模大、交易成本低,透過閃電網路就能達到即時、小額支付的應用。」這句話點出了閃電網路最大的變革,就是可以實現比特幣因交易費昂貴,而難以實現的小額支付應用。

因此,比特幣透過閃電網路,即能實現零售終端、裝置與裝置間的即時支付。不止即時支付,閃電網路也有望能為比特幣打開小額支付的新市場,閃電網路可以讓使用者以比特幣最小計算單位「聰」(Satoshi)進行付款,而1聰=0.00000001比特幣(< 0.01美分)。當每筆交易都無需經過礦工的驗證,免去高額交易手續費的關鍵,似乎也讓小額支付變得更加可能在比特幣上實現。

然而,在閃電網路中的所有交易,只有交易雙方會知道,在交易雙方關閉閃電網路的通道時,最後一筆的交易金流才會被永久地記錄在區塊鏈,等於中間發生過的交易,其它人都無從得知,也只會儲存在交易雙方的電腦。某種程度上,提升了交易隱私性。也因為閃電網路是在區塊鏈下的交易通道,所以,一旦建立起通道後,使用者不一定要連接網路也能進行交易、支付,例如在飛機、船等沒有網路的地方。Tadge Dryja也提到,運用閃電網路具有很大的彈性,使用者可以把閃電網路的通道,開著擺放一年、永遠,或是可以關掉,再新開一個閃電網路通道進行其它交易。

此外,除了交易速度慢、可擴展性低,他認為,區塊鏈還有一個大問題,當要擴充新的節點到區塊鏈時,需要複製過去在區塊鏈發生過的所有資料,但這資料過於龐大,使用者所耗費的硬體資源就會越多。不過,一旦連接閃電網路通道,要擴充新節點到區塊鏈上的使用者,則不必再存取大筆資料,減少儲存大筆資料的硬體資源。「閃電網路要做到讓使用者用一樣的電腦設備、更少的數據,就可達到更多次的交易,並保持一樣的效率。」他說。

Tadge Dryja表示,DCI開發的輕量級閃電網路Lit是開源軟體,任何人都可以免費下載使用。不過,目前閃電網路還在發展前期階段,以DCI接觸過的公司來看,雖然已經有一些小公司在進行實驗,但還沒有企業開始實際採用閃電網路,甚至還在初期了解技術的階段。

結合預言機Oracle,讓比特幣智能合約升級應用

DCI除了採用閃電網路,來加速比特幣的交易速度並使其交易規模更大,還善用了複雜理論和計算機理論中的預言機(Oracle Machine)概念。Tadge Dryja解釋:「Oracle是連接區塊鏈與現實世界資訊的橋樑,而透過Oracle放到區塊鏈上的外部數據,則是要由第三方提供的可信任數據來源,以示公正性。」

而比特幣的智能合約,只能算是簡易版的智能合約,功能有限,只能處理與支付、交易相關的用途,同時也缺乏公正第三方的數據來源,導致信任度欠佳。而以太坊的智能合約應用較為多元,也具有較高的通用性。

DCI巧妙地運用Oracle機制來作為將外部資料引入智能合約的中介,又能避免外部資料直接改變了智能合約的程式。如此可讓原本功能簡單的比特幣智能合約更具信任機制,也能像以太坊的智能合約一樣,進一步發展出各式各樣應用。他說,或許未來會出現在天氣、貨幣、股票、運動賽事等多種情境應用,也將可能成為未來合約的新形態。

Tadge Dryja也以3個例子來解釋智能合約如何結合Oracle的應用方式,分別有天氣、跨國石油交易、美元兌換等構面。他先以天氣舉例,如果Alice與Bob想以1顆比特幣打賭明天天氣,但比特幣區塊鏈並不會知道關於真實世界天氣資訊,這時,Oracle則扮演把外部的天氣資料,放到區塊鏈的中介角色,當外部事件發生後,即會觸動智能合約,進而自動形成交易。

不過,只有Alice、Bob兩人看得到打賭天氣的資訊,其它人只能在區塊鏈上看到比特幣金流的移動,但看不到智能合約上的內容。因此,「使用者在智能合約上能擁有更多隱私性,是最大的特點。」Tadge Dryja強調。而由Oracle從外部串接進來的數據,雖然為智能合約中的交易提供了標準,間接影響了區塊鏈,但它永遠不會觸及到區塊鏈,因為它只是一個橋樑。

然而,每一筆在智能合約執行的交易,都要先獲得Oracle的簽章(signature)認證,才能進行交易。Tadge Dryja接著以跨國石油交易舉例,如果有一群人約定2日後交易10公升的石油,Oracle就能以華爾街日報美元指數(WSJ Dollar Index)的美元匯率當作購買石油的標準,來作為第三方外部資料,制定相關合約,而在智能合約上所進行的每一筆石油交易,都要先獲得Oracle的簽章認證,確保是以華爾街日報美元指數的公正數據之下,所進行的交易。同樣的,Oracle也能在貨幣情境上應用,Tadge Dryja舉例,如果Alice想要以10美元作為賭金,Bob則以等值的比特幣當籌碼,Oracle則提供美元換算比特幣價錢的數據,作為智能合約的依據,當賭局結束時,Alice若贏了,智能合約將按照原本訂定的機制,自動將價值10美元的比特幣給Alice,即便Bob原本的比特幣從10美元漲到了20美元,Alice還是只能拿到當初下注的10美元。

比起以太坊,比特幣在支付領域有更大發展潛力

不過,為何DCI要大費周章,執著於解決比特幣發展的瓶頸?何不再開發一個新的區塊鏈,或是直接採用以太坊?為此,Tadge Dryja笑著說:「比特幣的可擴充性比以太坊好,甚至在支付領域,比特幣有更多發展應用的空間與潛能。」而以智能合約聞名的以太坊,對開發者來說,在開發應用時的確相對容易,不過,因為比特幣不好用,大家才去使用以太坊,也是一個因素。

他觀察,若以長遠來看,以太坊在設計面,反而比比特幣有更多技術上的困難需要克服。例如,同樣的電腦設備,能夠執行比特幣的功能與交易,若拿來執行以太坊技術,就會跑不動,因為執行以太坊需要容量更大的硬體設備。

至於DCI未來1年針對閃電網路的發展目標,Tadge Dryja坦言,短期內將致力發展研究,確保比特幣的交易可擴充性,使其更安全、更有隱私之外,DCI也要減少比特幣區塊鏈的資料量,目前仍要2TB的儲存空間,未來希望能壓縮得更少,讓比特幣區塊鏈更容易儲存。長遠來看,他希望,將閃電網路發展成大型支付系統可用技術,有更多普遍應用如即時交易或小額支付。

 

 CTO小檔案 

Tadge Dryja

閃電網路共同發明人

學歷:卡內基美隆大學電子與計算機工程學士畢業

經歷:曾在維吉尼亞大學攻讀博士學位,開啟密碼學與網路安全研究,接著在智能合約平臺新創擔任技術長,於2015年共同發表閃電網路白皮書,2016年共同創立閃電實驗室公司,並任職技術長,但同年年底即離開,並於2017年加入麻省理工學院數位貨幣倡議組織,繼續研究閃電網路的開發應用。

 

 公司檔案 

MIT數位貨幣倡議組織(DCI)

● 組織主管:DCI總監Neha Narula

● 成立時間:2015年

● 設立目標:致力於區塊鏈與數位貨幣的研究社群,開發核心軟體和基礎架構,為整體社會提供各種區塊鏈解決方案,目前主要有8大專案,閃電網路是其中之一。

● 團隊規模:現有22人

● 地址: 美國麻薩諸塞州劍橋市

● 網址:dci.mit.edu

 

 公司大事紀 

● 2015年4月:MIT媒體實驗室發起MIT數位貨幣倡議組織DCI

● 2017年2月:閃電網路共同發明人Tadge Dryja加入組織

● 2017年5月:大力推廣自行研發的輕量級閃電網路軟體Lit

● 2017年6月:推出分散式自動微型電網(DAEM),以區塊鏈、智能合約打造太陽能管理系統

● 2017年10月:利用自製的區塊鏈工具Cryptokernel,開始研發各國數位法幣


Advertisement

更多 iThome相關內容