一文讀懂來自CKB生態的 Fiber Network
概述
Fiber Network 是一個基於 Nervos CKB 構建的下一代公共閃電網絡，它通過鏈外通道技術實現了快速、低成本的多幣種支付和點對點交易。這個網絡支持 RGB++ 資產，提供了一種去中心化、快速、低成本的支付方式，允許用戶在不同的數字資產之間進行即時交易，僅在通道關閉時進行鏈上結算同時保持了較高的安全性和隱私保護。
此外，Fiber Network 還特別設計了與比特幣閃電網絡的互操作性，使得兩個網絡之間的資產可以無縫轉移，從而擴大了用戶的支付選擇和網絡的覆蓋範圍。通過這些技術，Fiber Network 旨在為比特幣生態系統帶來更高的交易效率和更廣泛的應用場景。
背景
區塊鏈技術自比特幣誕生以來不斷進步，擴展到了智能合約、DeFi、NFT等領域，但在擴展性和交易速度上遇到了挑戰。為了解決這些問題，閃電網絡作為比特幣的二層擴展解決方案，通過鏈下交易和支付通道技術，實現了快速且低成本的微支付。
而 Nervos CKB 作為一個創新的區塊鏈平臺，通過其獨特的設計，為比特幣網絡提供了更好的擴展性和互操作性。Fiber Network 項目利用 CKB 的優勢，結合閃電網絡的經驗，旨在創建一個快速、低成本、去中心化的多資產實時支付網絡，以支持大規模用戶需求，降低交易費用，並提供秒級支付確認，同時支持多資產支付和跨鏈互操作性。
閃電網絡的容量（來源：BitcoinVisua）
技術原理
Fiber Network 的總體架構包括鏈下支付通道、鏈上合約、多跳路由和監控服務等核心模塊。
支付通道
支付通道技術的核心思想是將交易過程移到區塊鏈之外進行，只在最終狀態需要更新到區塊鏈上時才進行鏈上操作。
鏈下支付通道是 Fiber Network 的核心，通過它可以實現多次鏈下交易，僅在通道關閉時進行鏈上結算。這種機制可以繞開比特幣等主鏈的性能限制，實現快速的鏈下交易，顯著減少了鏈上交易的數量，提高了交易速度和降低了交易費用。
大致的工作流程如下：
- 通道創建：雙方用戶在鏈上創建支付通道，鎖定一定數量的 CKB 或者 RGB++ 資產。
- 鏈下交易：在通道開啟期間，雙方可以任意次進行鏈下交易，每次交易都更新通道狀態，但不需要立即廣播到鏈上。
- 通道關閉：當任一方決定關閉通道時，將最後的通道狀態廣播到鏈上進行結算，確保雙方的最終餘額得到確認。
以Alice和Bob為例，他們可以通過在區塊鏈上創建一個多方簽名（multisig）賬戶，並各自存入一定數量的資金來開啟一個支付通道。在這個例子中，假設Alice和Bob各存入100單位的資金。之後，他們可以在支付通道內自由進行多次轉賬，直到決定關閉通道，這時他們的最終餘額會更新到區塊鏈上。
假設在一系列的交易之後，Alice和Bob的餘額變為Alice 70單位，Bob 130單位。如果他們中的任何一方想要關閉通道，他們可以將這個最終餘額提交到區塊鏈上，從而完成結算。這個過程看起來簡單，但實際上涉及到一些複雜的機制，以確保交易的安全性和雙方的誠信。
為了應對可能的欺詐行為，比如Bob試圖用一個過期的交易狀態來欺騙系統，支付通道採用了“承諾交易”和“撤銷密鑰”這兩個關鍵概念。每次交易後，雙方會生成一對新的承諾交易，這些交易聲明瞭他們在通道中的當前餘額。這些承諾交易是不對稱的，意味著它們對雙方的解鎖條件是不同的，從而為雙方提供了一種制衡機制。
如果Bob試圖提交一個過期的承諾交易，Alice 可以使用撤銷密鑰來懲罰Bob，將他的資金抽走。這種機制確保了任何試圖雙重支付的行為都會受到相應的懲罰，從而保護了支付通道的完整性。
Fiber Network基於 CKB 的實現進一步優化了這個過程。與比特幣閃電網絡相比，Fiber 能夠原生支持多種資產，包括CKB、BTC和RGB++穩定幣，而不僅僅是比特幣。此外，由於 Fiber依賴的 Layer1 主鏈是 CKB，因此在打開和關閉支付通道時的手續費也低得多，這使得 Fiber Network 在用戶體驗方面具有明顯優勢。通過這些機制，Fiber Network 提供了一個快速、低成本且安全的支付通道解決方案。
支付通道生命週期（來源：Nervos）
WatchTower瞭望塔
WatchTower 瞭望塔是 Fiber Network 和比特幣閃電網絡中一個重要的組成部分，它充當了全天候的保安角色。在支付通道中，參與者需要時刻監視對方，防止對方提交過期的承諾交易到區塊鏈上。但由於用戶不可能全天候在線，WatchTower瞭望塔的設計就顯得尤為重要。
WatchTower 瞭望塔的主要功能是幫助用戶監控鏈上活動，一旦檢測到有人提交了過期的承諾交易，它會立即採取行動，確保通道和資金的安全。具體來說，Alice 或 Bob 可以事先構造好對應的懲罰交易（利用撤銷密鑰處理過期的承諾交易，並聲明自己為受益人），並將懲罰交易的明文發送給 WatchTower。一旦 WatchTower 監測到有過期的承諾交易被提交到鏈上，它就會立即提交懲罰交易，進行鍼對性的懲罰。
為了保護用戶的隱私，Fiber Network 只要求用戶發送過期承諾交易的哈希值和懲罰交易的明文給WatchTower，這樣WatchTower一開始並不知道承諾交易的具體內容，只知道其哈希值。除非真的有人提交過期承諾交易到鏈上，WatchTower才會看到明文，並隨即提交懲罰交易。這樣的設計意味著，除非有人作惡，WatchTower通常不會看到通道參與者的交易記錄，即便看到了，也只會看到其中一筆交易。
與傳統的比特幣閃電網絡相比，Fiber Network在WatchTower瞭望塔的設計上做了一些優化。在比特幣閃電網絡中，與撤銷密鑰相關的懲罰機制被稱為"LN-Penalty"，它存在一些缺點，比如WatchTower需要保存所有的過期承諾交易哈希和對應的撤銷密鑰，這會帶來較大的存儲壓力。而Fiber Network通過實現Daric協議，改進了撤銷密鑰的設計，允許同一個撤銷密鑰適用於多筆過期的承諾交易，從而大幅減少了WatchTower以及用戶客戶端的存儲壓力。
在比特幣閃電網絡和Fiber Network的支付通道中，WatchTower（瞭望塔）充當了安全監控的角色，負責在用戶不在線時保護他們的資金。為了更好地理解這個概念，假設Alice和Bob開通了一個支付通道，他們之間可以即時交易，而不用每次都將交易寫入區塊鏈。然而，這個機制也存在風險——任何一方都有可能在不公平的情況下提交一個過期的承諾交易，企圖竊取資金。
例如，假設Alice和Bob每完成一筆交易，雙方都會生成新的承諾交易，確保支付通道狀態的最新更新。但如果Bob突然決定作惡，試圖提交一筆過期的承諾交易——例如，他提交了一筆已經被更新和作廢的舊交易，希望獲取Alice過去資金狀態中的優勢。在這種情況下，如果Alice不在線，她就無法立即發現Bob的惡意行為。
這時，WatchTower的作用就至關重要。Alice提前將相關的懲罰交易明文發送給WatchTower，並告知其哈希值。當Bob試圖提交那筆過期交易時，WatchTower會立即識別出該過期的交易，並提交Alice預先構建好的懲罰交易，使Bob不僅無法成功偷取資金，還會被懲罰，Alice能夠獲得賠償。
通過這個過程，WatchTower不僅保護了Alice的利益，還減少了她必須時刻監控支付通道的壓力。
WatchTower機制（來源：極客web3）
多跳路由和 HTLC/PTLC
多跳路由和 HTLC/PTLC 技術 是區塊鏈支付網絡中的核心機制，用於實現安全、靈活的價值傳遞：
- 多跳路由 允許用戶通過多箇中間節點完成資金轉移，即使雙方沒有直接的支付通道，仍可以通過其他節點進行交易。這個過程確保了支付網絡的覆蓋範圍和靈活性。
- HTLC（Hashed Time-Locked Contract） 確保每個中間節點在規定時間內提供正確的密鑰來完成交易，防止中間人惡意截留資金。未能及時完成的交易會自動取消，資金返回發起方。
- PTLC（Point Time-Locked Contract） 是 HTLC 的隱私增強版本，通過每個節點使用不同的密鑰來解鎖交易，避免交易路徑中的關聯性被外部推斷，進一步保護用戶隱私。
在 Fiber Network 中，多跳路由和 HTLC/PTLC 技術相結合，提升了支付網絡的靈活性、安全性和隱私性。多跳路由允許用戶通過多箇中間節點進行資金轉移，即使雙方沒有直接的支付通道，也能通過公開的網絡結構和 Dijkstra 最短路徑算法找到最優的轉賬路徑，確保交易高效完成。
HTLC 通過時間鎖和哈希鎖確保中間節點按時完成交易，否則資金會自動退回，防止中間節點作惡。而 PTLC 則進一步增強隱私保護，每個節點使用不同的密鑰，避免暴露交易路徑的關聯性。
這種結合不僅擴展了支付網絡的覆蓋範圍，還確保了交易的安全性和隱私，解決了傳統閃電網絡中的漏洞，如替代交易循環攻擊，使 Fiber Network 成為一個更安全和高效的支付系統。
假設 Alice 想向 Daniel 轉賬 100 塊錢，但他們之間沒有直接的支付通道。在 Fiber Network 中，通過 多跳路由 和 HTLC/PTLC 技術，Alice 可以藉助中間節點完成這筆交易。
例如：Alice 與 Bob 有通道，Bob 與 Carol 有通道，而 Carol 與 Daniel 有通道。通過 多跳路由，Fiber 使用 Dijkstra 最短路徑算法，找到 Alice -> Bob -> Carol -> Daniel 的最優路徑。接下來，Alice 通過 HTLC 創建一個條件交易，要求 Bob 必須在 30 分鐘內提供一個密鑰 R，才能拿到這筆錢。Bob 再用相同的方式和 Carol 創建 HTLC，要求 Carol 在 25 分鐘內提供密鑰。最後，Carol 創建 HTLC 給 Daniel，要求 Daniel 在 20 分鐘內提供密鑰 R。
Daniel 知道自己擁有密鑰 R，所以在規定時間內提交密鑰，收到 Carol 的 100 塊錢。然後，Carol 拿到密鑰後也在規定時間內將其交給 Bob，Bob 再將密鑰提供給 Alice，完成整個交易。Bob 和 Carol 各自賺取手續費，而 Alice 成功將 100 塊轉給 Daniel。在這個過程中，PTLC 技術增強了隱私保護，每一跳的密鑰是獨立的，Bob 和 Carol 不會知道完整的交易路徑，無法推斷 Alice 和 Daniel 之間的關係，保護了雙方的隱私。
在 Fiber Network 中，這種交易不僅安全，還通過 Dijkstra 算法選擇最優路徑，確保交易快速、低成本地完成。同時，Fiber 的存儲優化使 HTLC/PTLC 的實現更加高效，減少了網絡的存儲負擔，提升整體性能。
跨域原子支付
Fiber 和比特幣閃電網絡可以通過 HTLC（哈希時間鎖合約）和 PTLC（點時間鎖合約）實現跨域支付，確保跨域過程的原子性。這意味著在跨域支付中，所有步驟要麼成功完成，要麼全部回滾，避免部分成功、部分失敗的情況，從而保障用戶資產的安全。
這種設計允許 Fiber 和比特幣閃電網絡互通，使用戶能夠在兩個網絡之間進行無縫轉賬。例如，用戶可以在 Fiber 網絡中向比特幣閃電網絡的用戶轉賬，或通過 Fiber 網絡使用 CKB 或 RGB++ 資產兌換比特幣。
具體流程可以這樣理解：假設 Alice 想用 Fiber 網絡中的 CKB 向比特幣閃電網絡中的 Bob 轉賬。她可以通過跨域中轉商 Ingrid 實現這筆交易。Ingrid 同時在兩個網絡中運行節點，充當中間人。Alice 向 Ingrid 支付 CKB，而 Ingrid 再向 Bob 支付比特幣。
舉個例子，假設 Bob 想收到 1 個 BTC，Alice 與 Ingrid 商定了兌換比例，用 1.1 個 CKB 換取 1 個 BTC。Alice 向 Ingrid 支付 1.1 個 CKB，其中 0.1 個 CKB 是 Ingrid 的手續費。Ingrid 再在比特幣閃電網絡中向 Bob 支付 1 個 BTC。這個過程中，通過 HTLC 的機制，Ingrid 必須知道 Bob 的密鑰 R 才能完成支付，保證 Alice 的錢不會在中途丟失。
應用場景
Fiber Network 基於 Nervos CKB 構建，其跨鏈和多資產支付能力在加密行業的核心商業模式中展現出廣泛的應用潛力，包括跨鏈支付、跨鏈流動性挖礦、跨鏈借貸和去中心化交易所（DEX）。在這些場景中，Fiber 的技術細節為其高效、安全的操作提供了基礎。
跨鏈支付
跨鏈支付 是 Fiber Network 的重要用例，通過鏈下支付通道和 HTLC 合約，Fiber 提供了多幣種、快速且低成本的跨鏈支付功能。用戶可以在比特幣網絡和其他鏈（如 Nervos CKB）之間進行即時支付，無需中介或信任第三方。
例如，用戶 A 可以通過 Fiber 從比特幣網絡向用戶 B 轉賬 CKB 或其他支持的 RGB++ 資產。技術上，Fiber 通過 HTLC 合約確保跨鏈支付的安全性：A 鎖定資金併發起交易，B 在提供正確的哈希預映像後解鎖資金，確保交易的無信任執行。如果 B 未能及時解鎖，資金會自動退還給 A。與比特幣閃電網絡的互操作性進一步增強了 Fiber 的支付覆蓋範圍，支持更多資產類型並帶來更高的交易靈活性。
CFN 和閃電網絡之間的原子跨鏈互換流程（來源：Nervos）
跨鏈流動性挖礦
跨鏈流動性挖礦利用 Fiber 的跨鏈通道和多跳路由功能，用戶可以為多種資產提供跨鏈流動性並從中獲取收益。
具體來說，用戶可以將比特幣鎖定在 Fiber 的支付通道中，為比特幣生態的 meme 幣或其他代幣提供流動性，支持新資產的跨鏈發行和交易。通過鏈下支付通道，用戶可以在無需頻繁進行鏈上操作的情況下，通過更新通道狀態完成鏈下的流動性提供，這不僅大大降低了鏈上交易成本，還提升了流動性的效率。此外，Fiber 的守望塔服務也為流動性提供者保駕護航，實時監控交易和通道狀態，防止惡意用戶試圖利用舊的通道狀態進行攻擊。
跨鏈原子化借貸
依託 Fiber 的跨鏈互換能力，用戶可以利用比特幣等主流資產作為抵押，在 CKB 網絡或其他鏈上借貸穩定幣或其他代幣。
在這種借貸場景中，HTLC 合約再次發揮關鍵作用：借款人首先在比特幣網絡上鎖定比特幣，併發起借貸交易，借出的穩定幣通過 Fiber 網絡轉移到 CKB 網絡。HTLC 的哈希鎖和時間鎖機制確保了借款過程的安全性和無信任操作，即使鏈下交易出現問題，用戶仍然可以通過鏈上合約安全取回鎖定資產。這樣，Fiber 構建了一個去中心化、無許可的跨鏈借貸市場，打破了傳統借貸市場的邊界。
Fiber Network 與其他網絡的交互（來源：Nervos）
跨鏈去中心化交易所（DEX）
跨鏈去中心化交易所（DEX）是 Fiber 支持的另一個重要場景。通過 Fiber 的跨鏈技術，用戶可以在比特幣、CKB 以及支持的 RGB++ 資產之間進行去中心化交易，而無需依賴中心化交易所的撮合服務。
具體來說，Fiber 的多跳路由功能允許用戶通過多箇中間節點完成跨鏈資產的轉移，無需直接與對手方建立支付通道，極大地提升了交易的靈活性。同時，HTLC 合約為交易過程提供了安全保證，每個節點都通過哈希鎖和時間鎖鎖定資金，確保交易的每一步都能安全完成。最終，這種低成本、快速的跨鏈交易功能將大大提高比特幣和 CKB 生態系統中資產的流動性，推動 DeFi 應用的擴展。
通過這些技術細節的結合，Fiber Network 在跨鏈支付、流動性挖礦、借貸和去中心化交易等場景中展現了強大的應用潛力，成為推動比特幣和 Nervos CKB 生態系統創新和發展的重要基礎設施。
結語
現狀與未來
目前，Fiber Network 已經完成了原型開發，發佈了相關的 Demo，成功實現了兩個節點之間的基本功能，包括通道的開啟、更新和關閉，並驗證了與比特幣閃電網絡的跨鏈功能。相關的項目代碼可以在以下 GitHub 倉庫中找到：
在未來的發展計劃中，團隊將致力於完成多跳路由和守望塔服務的開發，同時改進 RPC 接口和 SDK，以便開發者能夠更輕鬆地訪問 Fiber Network。
多跳路由協議基於 Dijkstra 算法，用於搜索支付路徑，從而降低路由費用並提高多跳路徑支付的成功率。在 Fiber Network 正式上線後，團隊計劃根據網絡流量和實際運營情況優化路由算法，預計會提供 2 到 3 種路徑搜索策略，以滿足用戶不同的路由偏好和需求。此外，Fiber Network 還將引入多路徑支付策略，將較大的支付金額分成多個部分，通過不同路徑傳輸，從而進一步提高支付成功率。
守望塔服務將由 Fiber Network 中的一些節點提供，這些節點會保持在線狀態，實時監控網絡中的異常情況，並協助保護通道中的資產。監控服務還將跟蹤跨鏈樞紐服務，確保即使用戶在一段時間內離線，也能保障與閃電網絡的成功交易。
此外，團隊還計劃在 Fiber Network 中加入更多功能，例如利用 CKB 的可編程性實現隱私保護算法，並在此基礎上優化路由算法和守望塔服務，以增強用戶支付信息的安全性和隱私性。
結語
Fiber Network 作為一個基於 Nervos CKB 的下一代公共閃電網絡，為比特幣和 CKB 生態系統提供了快速、低成本的多幣種支付和交易能力。它通過鏈下支付通道和多跳路由技術提高了交易速度，降低了成本，同時支持跨鏈互操作性，增強了網絡的擴展性，提升了資產流動性。此外，Fiber Network 還引入了監控服務以提升安全性，為 DeFi 應用提供了堅實的基礎，推動了整個生態系統的創新和發展。簡而言之，Fiber Network 是一個促進比特幣和 CKB 生態系統交易效率和靈活性的重要基礎設施項目。