作者：Marco Argentieri
利用 Ark 的 VTXO 範式將智能合約轉移到鏈下，“虛擬通道” 可以帶來高效、低成本的比特幣支付通道。
Ark 帶來的最有前景的機會之一是，他可以將比特幣原生的智能合約放到鏈下的樹結構中。支付通道就是展示這種潛力的一個絕佳候選者。
雖然在當前，人們都是在閃電網絡的的語境下理解支付通道的，但在閃電網絡出現以前，更早的提議研究了更簡單的單向支付通道。BitcoinJ 項目就描述了這樣一個實現：它使用 “斯皮爾曼式” 式支付通道，可以帶來高吞吐量的單向（從發送者到接收者）支付通道。
這種方法的顯然劣勢在於，因為需要使用鏈上交易來開啟，啟動成本較高。
我們提出了一種消除這種劣勢的解決方案：利用 Ark 協議，為比特幣支付同村啟用更高效、成本更低的部署方式，我們稱之為 “虛擬通道”。
斯皮爾曼式支付通道
所有支付通道的起點都是在比特幣區塊鏈上確認一筆注資交易、鎖定一定數量的資金到一個參與者共享的多簽名地址中。這筆注資交易充當這條通道的基礎，需要一次鏈上的操作。
這種智能合約的最簡單版本就是標準的單向支付通道。支付者向一個合約注資，該合約有兩種可能的花費條件：
- 支付者和接收者雙方簽名的合作結算
- 支付者在一段時間後可單方發起的退款
這裡的核心概念很簡單：支付者通過簽名花費這個合約的新交易、將更大的資金份額分配給接收者，就可以即時在鏈下轉移資金。接收者驗證了支付者的簽名之後，這筆交易就可以被認為生效了 —— 消除了對比特幣區塊的重複花費保護機制的依賴。
只要通道保持開啟，就可以繼續發送交易，每一筆新交易都會更加接收者可以得到的資金。
在這條通道過期以前，接收者一直擁有使用支付者的最新簽名、加上自己的簽名、廣播一筆完全有效的比特幣交易的選擇。這筆交易花費的是通道合約（上述多簽名地址）、以一個或更多輸出準確地反映了通道內最新的餘額：接收者的收益，以及支付者的找零（如果有的話）。
過期機制本質是為了保證支付者能收回自己的資金，如果接收者變得無響應，或者拒絕合作更新通道狀態的話。
這種設計的主要優勢在於，它不需要雙方都同時在線。只要支付者簽名了更新，就可以下線。接收者也只需要存儲最新的通道狀態（交易），不需要承擔困擾閃電網絡的用戶和操作者的備份負擔。
最明顯的缺點，可能你也猜到了，就是這種方法不能高效擴容。一個普通用戶可能有多個對手，而且建立通道的鏈上成本可能不划算（長期來看無法負擔）。
放在 VTXO 內的通道
VTXO 範式最強大的特性是它對 UTXO 模式的原生支持，這使得我們可以使用 Tapscript，讓裸的 VTXO 腳本拓展到超越單個簽名人。通過定義額外的簽名路徑，我們可以封裝多方合約 —— 創建包含支付者、接收者和 Ark 服務商的虛擬通道。
它所用的 Taproot 腳本路徑是這樣的：
- 棄權：所有參與者對如何花費這個 VTXO 達成一致。隨時可用。
- 退款和棄權：在某一個區塊高度之後，支付者和服務商一起花費，以退款或創建新的通道。
- 24 小時之後：在 VTXO 樹在鏈上展開的 24 小時之後，支付者和接收者的共同控制開始生效。
- 48 小時之後：在 VTXO 樹在鏈上展開的 48 小時之後，支付者可以完全控制這筆資金。
注資
一旦支付者和接收者對一個腳本模板達成一致，他們就一起通過參與一個 Ark 輪次來創建一條通道。支付者用自己的 VTXO（或者一個進群 UTXO）為這個通道注資，然後接收者驗證並聯合簽名包含了代表這條虛擬通道的葉子的 VTXO 樹。這個過程要求所有參與者同時在線，而且依賴於服務商來提供必要的 UTXO 流動性。
支付
支付者創建並簽名一個花費該合約、在支付者和接收者之間分割通道餘額的 PSBT。
接收者接收這筆部分簽名的交易，存儲它以備日後使用，然後發送承諾好的商品或服務。
退款
如果接收者不再合作了怎麼辦？
不需要手動展開整個 VTXO 樹。一個絕對時間鎖允許支付者跟服務商完全放棄這個通道合約，在 VTXO 樹過期以前。
單方退出
如果 Ark 服務商離線了，或者無法響應，其它的花費路徑就有用了。VTXO 樹可以展開、廣播到比特幣區塊鏈上，從而激活其它花費路徑。這保證了支付者和接收者的交易依然能在鏈上結算，防止資金因為服務商不可用而永遠鎖定。
給我看看你的代碼
我們需要分叉來支持虛擬通道嗎？完全不需要！
在即將到來的 arkd 0.4 版本種，服務商不再需要顯式支持一種具體的腳本模板，只要棄權路徑存在、所有單方面贖回路徑都帶有時間鎖就行。
腳本路徑
棄權
<PayerPubKeyOP_CHECKSIGVERIFY<ReceiverPubKey>OP_CHECKSIGVERIFY<ServerPubKey>OP_CHECKSIG退款和棄權
<BlockHeight>OP_CHECKLOCKTIMEVERIFYOP_DROP<PayerPubKey>OP_CHECKSIGVERIFY<ServerPubKey>OP_CHECKSIG通道：更新
<144> // 1 day in blocksOP_CHECKSEQUENCEVERIFYOP_DROP<PayerPubKey>OP_CHECKSIGVERIFY<ReceiverPubKey>OP_CHECKSIG通道：退款
<288> // 2 days in blocksOP_CHECKSEQUENCEVERIFYOP_DROPPayerPubKeyOP_CHECKSIG開啟通道
支付者放棄自己的 VTXO（或者 UTXO）以參加下一個輪次，為通道注資；TA 跟接收者都註冊一個額外的新公鑰，用於代表自己只用來簽名 VTXO 樹的私鑰。通道輸出的 taproot 腳本樹會在花費時揭曉，在註冊輸入時，需要提供一個十六進制編碼的 tapscript 列表。
message Input { Outpoint outpoint = 1; oneof taproot_tree { string descriptor = 2; Tapscripts tapscripts = 3; }}message Tapscripts { repeated string scripts = 1;}發起支付
再簡單不過了：支付者簽名一個 PSBT 併發送給接收者。即時結算，而且沒有什麼收款額度概念！
關閉通道
在關閉通道時，接收者結合支付者的最新簽名和自己的簽名，請求服務商聯合簽名一筆贖回交易，從而將通道的關閉終局化。這筆交易可以結算成常規的 VTXO，不論是同步結算還是在未來的輪次中結算。
洞見
- 斯皮爾曼通道構造非常適合 Ark 框架。
- 與閃電通道不同，單向通道的風險和開銷都顯著低了許多。用戶不需要備份，也不需要為了持久化通道狀態而保持在線。
- Ark VTXO 腳本編程允許超越單簽名合約的鏈下擴容應用。
（完）
