An Empirical Analysis of Privacy in the Lightning Network
支付渠道网络，特别是闪电网络，似乎为比特币和其他基于区块链的加密货币缺乏可扩展性和隐私提供了解决方案。以前的研究主要集中在闪电网络的可扩展性，可用性和加密经济学上，但相对较少关注探索它在实践中实现的隐私水平。本文对闪电网络提供的隐私进行了全面分析，介绍了几种利用网络公开信息的攻击，以了解旨在保密的信息，例如节点有多少可用的硬币，或者通过网络路由的支付中的发送者和接收者是谁。
2021-01-21 cs.CR
3-of-3 Multisignature Approach for Enabling Lightning Network Micro-payments on IoT Devices
比特币作为加密货币的成功使其渗透到许多日常生活交易中。它关于交易费用和长验证时间的问题通过一个称为闪电网络（LN）的创新概念来解决，该概念通过利用链下交易在比特币之上工作。这使得比特币成为一种有吸引力的小额支付解决方案，也可以用于某些物联网应用（例如，通行费支付），因为它消除了对传统的集中支付系统的需要。然而，由于其存储，内存和处理要求，不可能在资源受限的物联网设备上运行LN和比特币。因此，在本文中，我们提出了一种高效且安全的协议，该协议使物联网设备能够通过网关LN节点使用LN的功能，即使它不受信任。这个想法是只让物联网设备参与签名操作，这可以通过将LN的原始2-of-2多重签名通道替换为3-of-3多重签名通道来实现。一旦网关被授权以安全的方式为物联网设备打开通道，我们的协议就会强制网关请求物联网设备的加密签名，以进行通道上的所有进一步操作，例如发送支付或关闭通道。LN的比特币交易被修改为包含3-of-3多重签名通道。此外，我们还提出了其他更改，以保护物联网设备的资金在可能的撤销状态广播尝试中被盗。我们使用Raspberry Pi评估了所提出的协议，考虑了收费支付场景。我们的研究结果表明，及时支付可以发送和与协议相关的计算和通信延迟可以忽略不计。
2021-09-21 cs.CR
LNMesh: Who Said You need Internet to send Bitcoin? Offline Lightning Network Payments using Community Wireless Mesh Networks
针对无互联网场景下的比特币支付需求，提出LNMesh方案，基于社区无线Mesh网络实现离线闪电网络支付，设计两种信道分配方法，仿真显示信道流动性充足时成功率可达95%。
2023-04-27 cs.CR
Model Checking the Security of the Lightning Network
针对闪电协议复杂度高、状态空间大导致安全验证难的问题，研究人员用TLA+形式化建模闪电网络，通过时间抽象和分模块精化缩减状态空间，实现了最多4跳、2笔并发支付模型的安全模型检测，验证了当前规范的安全性。
2025-05-21 cs.CR cs.LO
Discharged Payment Channels: Quantifying the Lightning Network's Resilience to Topology-Based Attacks
闪电网络是迄今为止使用最广泛的支付渠道网络（PCN），使其成为攻击者的一个有吸引力的攻击面。在本文中，我们分析了闪电网络的PCN拓扑结构，并研究了其对随机故障和有针对性攻击的弹性。特别是，我们介绍了信道耗尽和节点隔离攻击的概念，并表明闪电网络容易受到这些攻击。在初步分析中，我们确认闪电网络可以被归类为一个小世界和无标度网络。基于这些发现，我们制定了一系列的战略，有针对性的攻击，并引入指标，使我们能够量化对手的优势。我们的研究结果表明，攻击者谁是能够删除一定数量的节点应该遵循基于中心的策略，而资源有限的攻击者谁的目标是高效率应该采用排名最高的最小割策略。
2019-04-23 cs.CR cs.NI cs.SI
Optimizing Closed Payment Networks on the Lightning Network: Dual Central Node Approach
针对企业在 Lightning Network 上部署封闭支付网络的需求，本文比较网状与中心路由拓扑，提出双中心节点方法并通过 SimPy 评估 100 节点吞吐量及监管影响。
2023-12-06 cs.CR cs.NI
LNGate$^2$: Secure Bidirectional IoT Micro-payments using Bitcoin's Lightning Network and Threshold Cryptography
针对物联网设备无法直接部署比特币闪电网络的问题，提出基于门限密码学的委托协议，通过不可信网关实现安全双向小额支付，经实验验证性能优异，为首个在闪电网络中落地门限密码学的方案。
2023-07-19 cs.CR
Payout Races and Congested Channels: A Formal Analysis of Security in the Lightning Network
本文基于BOLT规范构建闪电网络单跳支付协议的形式化模型并用Spin验证，定义安全性质后发现新型支付竞赛攻击，该攻击可使无辜用户损失资金，并在本地测试环境中验证了其可行性。
2024-05-03 cs.CR
A Centrality Analysis of the Lightning Network
支付通道网络（PCN），如闪电网络，为许多在区块链上运行的加密货币（如比特币）所面临的可扩展性问题提供了一个有吸引力的解决方案。然而，PCN也继承了区块链严格的可靠性要求。特别是，为了缓解流动性瓶颈和路径攻击，支付渠道网络必须保持高度的分散性。出于这一要求，我们进行了流行的闪电网络的实证中心性分析，特别是，路由系统的介数中心性分布。基于我们广泛的数据集（使用数百万个通道更新消息），我们实现了一个TimeMachine工具，使我们能够研究网络随时间的演变。我们发现，虽然网络通常是相当分散的，但少量的节点可以吸引相当大一部分交易，从而引入偏斜。此外，我们的分析表明，在过去两年中，中心性显著增加，例如，不平等（用基尼指数衡量）增加了10%以上。
2022-01-19 cs.CR
Imbalance measure and proactive channel rebalancing algorithm for the Lightning Network
在隐私感知支付通道网络中进行支付是通过尝试多个支付路径直到一个成功来实现的。对于闪电网络这样的大型网络，完成一次支付可能需要几分钟。我们引入了一个网络不平衡的措施，制定了一个序列的资金再平衡操作的渠道内沿循环路径在网络内的优化问题，以提高网络的平衡。由于渠道的资金和余额不是全局已知的，我们引入了一个贪婪的启发式，每个节点，尽管不确定性，可以提高自己的本地平衡。在对闪电网络最近快照的实证模拟中，我们证明，与应用启发式算法后的不平衡分布相比，网络的不平衡分布的Kolmogorov-Smirnoff距离为0.74。我们进一步表明，单个单位支付的成功率从不平衡网络的11.2%增加到平衡网络的98.3%。同样，对于最便宜的路径上的初始路由尝试，所有参与者对的可能支付规模的中位数从0增加到0.5 mBTC。我们提供了一个经验证据，表明路由费用应该被主动再平衡操作所放弃。执行4种不同的策略来选择再平衡周期会导致类似的结果，这表明从实际的角度来看，朋友网络中的朋友的协作方法可能更可取
2019-12-19 cs.CR cs.SI
Counting Down Thunder: Timing Attacks on Privacy in Payment Channel Networks
闪电网络是比特币的扩展解决方案，承诺实现快速和私人的支付处理。在Lightning中，多跳支付通过使用哈希时间锁定合同（HTLC）来保护，并通过洋葱路由方案在网络层上加密，以避免信息泄漏到中间结点。然而，在这项工作中，我们表明闪电网络的隐私保证可能会被对HTLC状态协商消息进行定时攻击的路径对手所破坏。为此，我们提供了估计，使对手减少匿名集，并推断出最有可能的支付端点。我们开发了一个概念验证测量节点，该节点显示了获得时间差的可行性，并评估了基于模型的网络模拟中的对抗成功。我们发现，控制少量恶意节点足以观察到所有支付的大部分，强调了路径上的对手模型的相关性。此外，我们发现，不同程度的对手可以使用基于时间的攻击来以高精度和高召回率对支付端点进行去匿名化。
2020-06-22 cs.CR cs.NI
Probing Channel Balances in the Lightning Network
由于闪电网络支付既不广播也不公开存储。因此，LN不仅被视为可扩展性，而且被视为比特币的隐私解决方案。该协议保证在通道关闭时只能确认最新的通道状态。LN节点八卦可用于路由的信道和它们的总容量。为了发出（多跳）支付，发送方基于其对图的本地知识创建路由。由于本地渠道余额不是公开的，因此支付经常由于中间跳的余额不足而失败。在这种情况下，将沿着多条路线尝试支付，直到成功。这构成了隐私效率的权衡：隐藏的平衡提高了隐私，但阻碍了路由效率。在这项工作中，我们表明，攻击者可以很容易地发现使用探测信道平衡。这需要每频道不到一分钟，需要适度的资本承诺，没有支出。我们描述了算法，并在比特币的测试网上测试了我们的概念验证实现。我们认为，LN的隐私和路由效率之间的平衡是次优的：通道平衡既没有得到很好的保护，也没有利用。我们概述了两种方式LN演变就这个问题。为了强调隐私，我们提出了一个修改的错误处理，隐藏细节的发送节点的出错通道。这将破坏我们的探测技术，但使路由失败更常见，因为发送方不知道尝试路由的哪个通道失败了。为了提高效率，我们提出了一个新的API调用，可以让发送方查询它不是一方的渠道的余额。我们认为，将这些方法结合起来可以帮助LN两全其美：在可行的情况下隐藏私有数据，并利用公共数据来提高路由效率。
2020-04-01 cs.CR
Towards a Formal Verification of the Lightning Network with TLA+
本文使用TLA+形式化验证比特币闪电网络协议的安全性，通过中间规范与精化链克服状态空间爆炸问题，证明协议满足预期安全属性。
2023-07-05 cs.CR cs.DC cs.LO
A Cryptoeconomic Traffic Analysis of Bitcoin's Lightning Network
闪电网络（LN）旨在解决比特币的可扩展性和隐私问题。这是一个支付渠道网络，比特币交易是在链外发布的，洋葱通过私人支付路径路由，旨在以更快，更便宜和私人的方式结算交易，因为它们不会记录在维护成本高，速度慢和公共的分类账中。在这项工作中，我们设计了一个交通模拟器来实证研究LN的交易费用和隐私条款。模拟器依赖于网络结构的公开数据，并在我们试图基于LN节点所有者的某些博客帖子传播的信息进行验证的假设下生成交易。我们的研究结果的估计收入从交易费是符合广泛的意见，参与经济上是不合理的，目前持有的网络在一起的大多数大型路由节点。无论是流量费还是交易费都必须增加几个数量级，才能使支付途径在经济上可行。我们假设路由器之间存在激烈的价格竞争，从而给出了潜在费用增加的最坏情况估计。我们估计目前的渠道结构和定价政策如何应对潜在的流量增加，如何减少锁定资金的渠道将影响网络，并显示的例子，估计谁经营的节点在经济上可行的收入。即使交易是洋葱路由的，也可以推断出有关支付来源和目的地的强有力的统计证据，因为由于LN的小世界性质的副作用，许多交易路径仅由单个中介组成。基于我们的模拟实验，我们定量描述了当前LN操作的隐私缺陷，并提出了一种方法，在路由路径中注入额外的跳数，以证明如何隐私可以得到加强，很少的额外的交易成本。
2020-07-13 cs.CR
PQLN: Post-Quantum Security for the Bitcoin Lightning Network's Off-Chain Surfaces
East Texas A&M University（东德克萨斯农工大学）；North American University（北美大学）；Florida Gulf Coast University（佛罗里达海湾海岸大学）；Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）
针对量子计算机对闪电网络链下密码学的威胁，提出混合后量子扩展 PQLN，利用 ML-DSA 和 ML-KEM 保护各表面，实现互操作且开销低。
2026-09-15 cs.CR cs.NI
An Exposition of Pathfinding Strategies Within Lightning Network Clients
本文系统比较了闪电网络主流客户端（Eclair、LND、LDK、CLN）的路径寻找策略，揭示其底层路径寻找问题为NP完全，并通过模拟实验评估各策略在成功率、费用、路径长度和时间锁上的表现，为未来路由算法改进提供依据。
2025-02-05 cs.CE cs.CR cs.NI
Lightning Creation Games
研究支付通道网络创建的激励结构，定义新用户效用函数并提供优化算法，同时分析整个网络形成纳什均衡的条件。
2023-06-28 cs.CR cs.GT
LNBot: A Covert Hybrid Botnet on Bitcoin Lightning Network for Fun and Profit
虽然过去提出了各种隐蔽的僵尸网络，但它们仍然缺乏对其服务器/僵尸主机的完全匿名化，或者僵尸主机和僵尸程序之间的通信缓慢。在本文中，我们提出了一种新一代混合僵尸网络，它通过比特币闪电网络（LN）进行隐蔽而有效的通信，称为LNBot。LN是一个在比特币网络之上运行的支付通道网络，用于更快的比特币交易，费用可以忽略不计。利用LN的各种匿名特性，我们设计了一个可扩展的两层僵尸网络，完全匿名的僵尸主机的身份。在第一层中，僵尸主机通过LN事务匿名向C&C服务器发送命令。具体来说，LNBot允许僵尸主机的命令以秘密多跳LN支付的形式发送，其中命令用ASCII或霍夫曼编码进行编码以提供隐蔽通信。在第二层中，C&C服务器进一步将这些命令中继到他们在迷你僵尸网络中控制的僵尸程序，以对受害者机器发动任何类型的攻击。我们在实际LN上实现了概念验证，并广泛分析了LNBot的延迟和性价比。我们的分析表明，与其他类似的区块链僵尸网络相比，LNBot实现了更好的可扩展性，成本可以忽略不计。最后，我们还提供并讨论了一系列潜在的对策，以检测LNBot活动并最大限度地减少其影响。
2020-04-25 cs.CR
Bitcoin Payment-channels for Resource Limited IoT Devices
资源受限的设备无法在内存中维护比特币区块链的完整副本。本文提出了一种面向物联网设备的双向支付通道框架。该框架利用类似比特币闪电网络的支付渠道，处理和存储要求低。该协议使物联网设备能够在不查看区块链的情况下打开和维护与传统比特币节点的支付渠道。与现有的解决方案不同，它不需要可信的第三方与区块链进行交互，也不像SPV客户端那样给点对点网络带来负担。本文的贡献包括双向比特币支付渠道的安全和加密经济公平协议。此外，我们证明了该协议的安全性和公平性，制定它作为一个游戏中，达到均衡时，所有的球员都遵循协议。
2018-12-26 cs.CR
D-LNBot: A Scalable, Cost-Free and Covert Hybrid Botnet on Bitcoin's Lightning Network
本文提出基于比特币闪电网络的隐蔽混合僵尸网络LNBot及其分布式版本D-LNBot，利用LN的匿名特性实现控制者身份完全匿名化，支持零成本运行和快速命令传播，并在实际LN上验证了概念并分析了性能与对策。
2023-05-22 cs.CR
LApps: Technological, Legal and Market Potentials of Blockchain Lightning Network Applications
跟随先驱比特币的脚步，许多山寨币以及彩色硬币已经被开发和商品化，采用区块链作为核心技术。然而，由于互操作性和可扩展性，由于高和上限（在特定情况下）的交易延迟在区块链技术的架构中根深蒂固，它们默认继承在任何基于区块链的应用程序中。闪电网络（LN）是为消除区块链技术的这一障碍而开发的支持技术之一，它通过促进加密货币的即时传输来消除这种障碍。由于LN的潜力仍然相对未知，本文调查了LN的发展现状以及可能的非货币用途，特别是在结算有色硬币（如证券）以及基于闪电应用程序（LAps）和微通道支付以及微交易的新商业模式的创建。法律上的挑战，可能会成为通过LN的障碍进行了讨论。
2019-06-20 cs.CR
Parsec: A State Channel for the Internet of Value
我们提出了Parsec，这是一个用于价值互联网的网络规模的状态通道，通过利用状态通道网络来消除区块链中的共识瓶颈，从而能够稳健地将价值转移到链外。它作为在以太坊区块链之上开发的基础设施层，作为一种网络协议，允许一致的路由和互锁通道传输，以实现各方之间的权衡。实现了一个用于状态通道的网络规模解决方案，以实现向互联网的价值转移层。国家通道上现有的网络协议包括以太坊的Raiden和比特币的Lightning Network。然而，我们打算利用Uber、LinkedIn或Netflix等大型互联网公司使用的现有网络规模技术。我们使用Apache Kafka将全球支付业务扩展到每天数万亿次的操作，从而实现近乎即时、低费用、可扩展和隐私可持续的支付。我们的架构遵循Event Sourcing模式，解决了当前支付解决方案的问题，例如扩展，转移，互操作性，低费用，小额支付等。据了解，我们提出的模型在基于以太坊（分叉）的加密货币上实现了比最先进的闪电网络更好的性能。
2018-07-30 cs.CR
Enabling Threshold Custody for the Lightning Network with Nested Threshold Multi-Signatures
TU Wien（维也纳工业大学）；Chaincode Labs（链码实验室）；Vora（沃拉）
该研究针对闪电网络通道依赖易受攻击单密钥的问题，提出新型密码原语嵌套阈值多重签名，构造出Iceberg方案，实现单边部署阈值托管且开销低，吞吐量达未修改端点的93%以上。
2026-08-24 cs.CR
How to profit from payments channels
像比特币的闪电网络这样的支付通道网络是在区块链网络中实现高交易吞吐量和几乎即时确认的一种吉祥方法。然而，在这种网络中成功支付的能力取决于参与者在网络中锁定抵押品的意愿。在Lightning中，关键的财务激励是锁定抵押品，这些抵押品是为其他参与者路由支付的小额费用。虽然用户可以选择这些费用，但目前他们主要坚持默认费用。通过提供有关收费的有益选择的见解，我们旨在激励用户锁定更多抵押品并提高网络的有效性。在本文中，我们考虑一个节点$\mathbf{A}$，给定的网络拓扑结构和信道的细节，选择在哪里建立信道和收取多少费用，使其财务收益最大化。我们形式化的优化问题，并表明它是NP难的。我们设计了一个贪心算法来逼近最优解。在每一步中，我们的贪心算法选择一个节点，最大化的总回报有关的最短路径通过$\mathbf{A}$和信道费用的数量。我们的模拟研究利用真实世界的数据集来量化我们的增益优化的影响，并表明我们的策略至少比其他策略好两倍。
2019-11-25 cs.CR cs.DC
CLoTH: a Simulator for HTLC Payment Networks
闪电网络（LN）是比特币最有前途的链下扩展解决方案之一，因为它可以实现不受众所周知的区块链可扩展性限制的链下支付。在这项工作中，我们介绍了CLoTH，HTLC支付网络的模拟器，其中LN是最好的工作示例。它在输入定义的HTLC网络上模拟输入定义的支付，并根据支付相关的统计数据（例如完成支付的时间和支付失败的概率）生成性能指标。CLoTH有助于预测HTLC支付网络开发中可能出现的问题，并在部署之前估计优化的效果。在即将推出的作品中，我们将发布CLoTH模拟的结果。
2018-12-24 cs.CR cs.DC
Teechain: A Secure Payment Network with Asynchronous Blockchain Access
比特币和以太坊等区块链可以安全地执行支付交易，但其性能受到全球共识需求的限制。支付网络通过链下交易克服了这一限制。他们只与底层区块链结算最终的支付余额，而不是为每笔交易写入区块链。在当前支付网络中执行链下交易时，各方必须在有限的时间内访问区块链，以检测偏离协议的行为不端方。这为恶意方通过故意延迟其他方的区块链访问来窃取资金打开了一个窗口，并阻止各方在与区块链断开连接时使用支付网络。我们介绍了Teechain，这是第一个第二层支付网络，它相对于底层区块链异步执行链下交易。为了防止各方行为不端，Teechain使用受硬件可信执行环境（TEE）保护的金库来建立各方之间的链下支付渠道。美国国债保持抵押资金，可以高效安全地交换交易，而无需与底层区块链进行交互。为了减轻财政部的失败，并避免必须信任所有TEE，Teechain使用委员会链复制财政部的状态，这是一种具有阈值秘密共享的链复制的新变体。Teechain的交易吞吐量至少比最先进的Lightning支付网络高出33倍。30台机器的Teechain部署每秒可以处理超过100万笔比特币交易。
2019-10-26 cs.CR
Cross-Layer Deanonymization Methods in the Lightning Protocol
比特币（BTC）域名（第1层）可以使用启发式聚类技术有效地去匿名化。然而，虽然在闪电网络（LN）中进行链下（第2层）交易似乎可以增强隐私，但由于两层之间的交互而导致的匿名性和隐私泄露的系统分析却缺失了。我们提出了集群算法，分组BTC地址，基于他们与LN的互动，以及LN节点，基于共享的命名和托管信息。我们还提出了将所有LN节点的45.97%链接到与LN交互的29.61% BTC地址的链接算法。这些链接使我们能够将信息（例如，别名，IP地址）到21.19%的BTC地址有助于他们的去匿名化。此外，这些去匿名化结果表明，LN支付的安全性和隐私性比通常认为的要弱，LN用户仅受控制36个节点和超过33%的总容量的五个参与者的支配。总的来说，这是第一篇提出将LN节点与BTC地址跨层链接的方法，并讨论隐私和安全问题的论文。
2021-02-10 cs.CR
Sluice: Global Invariant, Local Enforcement for Pooled Payment-Channel Liquidity
School of Software & Microelectronics, Peking University（北京大学软件与微电子学院）；School of Computer Science, Peking University（北京大学计算机科学与技术学院）；School of AI and Liberal Art, Beijing Normal-Hong Kong Baptist University（北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院人工智能与文学院）
针对闪电网络池化流动性中的全局不变量执行难题，Sluice采用嵌套预留与证书机制，在无罚没质押下防止超额支取，恢复池化收益19%-65%，并将协调成功率损失控制在1.3点以内。
2026-09-25 cs.CR cs.DC
Topological and Temporal Stability Analysis of the Lightning Network
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）；OFFIS – Institute for Information Technology（OFFIS信息技术研究所）
本文通过分析闪电网络的拓扑结构和时间动态，揭示了其稳定性特征，为路由协议设计和网络科学研究提供了重要参考。
2026-08-10 cs.CR cs.SI
RouTEE: A Secure Payment Network Routing Hub using Trusted Execution Environments
针对现有支付网络路由枢纽抵押成本高、隐私性差等问题，提出基于可信执行环境的无抵押安全路由枢纽RouTEE，通过新费用机制与结算方案保障诚实性，效率优于Lightning Network。
2025-03-24 cs.CR
Time-Dilation Attacks on the Lightning Network
闪电网络（LN）是一个广泛使用的支付渠道网络，可以实现更快，更便宜的比特币交易。在本文中，我们概述了攻击者可以从诚实的LN用户那里窃取资金的三种方式。这些攻击需要通过使受害者与网络隔离并延迟区块交付来延长受害者意识到新区块的时间。虽然我们的重点是LN，时间膨胀攻击可能与任何依赖于及时反应的第二层协议有关。根据我们的测量，目前有可能通过使一个节点遮挡短至2小时来窃取总信道容量。由于信任最小化的比特币轻客户端目前连接到数量非常有限的随机节点，因此只需运行500个Sybil节点，攻击者就可以吃掉47%的新部署的轻客户端（因此可以对它们进行攻击）。至于运行完整节点的受害者，由于它们通常被大型中心或服务提供商使用，攻击者可能会通过窃取其所有可用的流动性来证明更高的Eclipse攻击成本。此外，时间膨胀攻击既不需要访问哈希率，也不需要从受害者那里购买。因此，这类攻击是通过Eclipse攻击窃取资金的一种更实用的方式，而不是之前预期的双重支出。我们认为，简单的检测技术的基础上的慢块到达单独是无效的，实现更复杂的检测是不平凡的。我们认为，反Eclipse/反Sybil措施的组合是至关重要的，以减轻时间膨胀攻击。
2020-06-02 cs.CR
Ant Routing scalability for the Lightning Network
闪电网络的目标是为比特币网络提供第二层，以便使用去中心化协议以世界规模的容量即时、安全和匿名地确认交易。目前的一些提议和实现在匿名性、可伸缩性和去中心化方面存在一些困难。在\cite{GrunspanPerez}中提出了闪电网络的蚂蚁路由算法，以实现最大的分散性、匿名性和潜在的可扩展性。它解决了目前实现中的几个问题，如信道信息更新和集中的信标节点。蚂蚁路由节点扮演着同样的角色，除了它们的近邻之外，不需要任何关于网络拓扑的额外信息。LN交易的目标是即时和匿名完成。我们研究了蚂蚁路由协议的可扩展性。我们提出了一个精确的实现，有效的存储管理使用AVL树。我们评估算法的效率，我们估计本地节点的负载模拟节点的内存使用。我们证明了蚂蚁路由每秒可以支持的交易数量是几千的顺序，这是足够的全球支付网络。
2020-02-04 cs.CR cs.DC
Towards Secure and Efficient Payment Channels
小额支付渠道是当前区块链系统中限制交易吞吐量的最突出解决方案。然而，在实践中，渠道是有风险的，因为参与者必须不断在线以避免欺诈，并且效率低下，因为参与者必须打开多个渠道并将资金锁定在其中。为了解决安全问题，我们提出了一种新的机制，涉及了望塔激励观看的渠道，并揭示了欺诈。我们的协议不要求参与者在线不断观看区块链。该协议是安全的，激励兼容和轻量级的通信。此外，我们提出了一个适应我们的协议实现的闪电协议。为了提高效率，我们研究了区块链交易图中的特定拓扑结构，并概括了通道的构建，以使拓扑更好地适应特定的现实需求。在这些情况下，我们的构造减少了交易所需的签名数量和系统中锁定资金的总量。
2018-11-30 cs.CR cs.GT
Modeling Effective Lifespan of Payment Channels
虽然分散，安全和可靠，但比特币和许多其他基于区块链的加密货币都存在可扩展性问题。解决这个问题的一个有希望的建议是链下支付渠道。由于并非所有节点都直接相互连接，因此它们可以使用支付网络来路由其支付。每个节点分配一个余额，该余额在通道的生命周期内冻结。支出和接收交易将平衡转移到通道的一侧。当在一个方向上没有足够的平衡时，通道变得不平衡。在这种情况下，我们说通道的有效寿命已经结束。在本文中，我们开发了一个数学模型来预测基于网络拓扑结构的信道的预期有效寿命。我们研究了渠道不平衡对支付网络和单个渠道的影响。我们还讨论了支付渠道的某些特性对其寿命的影响。我们对闪电网络快照的案例研究显示了有效寿命是如何分布的，以及它如何与其他网络特征相关。我们的研究结果表明，中心不平衡信道对网络性能有很大的影响。
2022-09-11 cs.CR cs.DC cs.NI
Strategic Analysis of Griefing Attack in Lightning Network
闪电网络中的哈希时间锁合约（HTLC）容易受到悲伤攻击。攻击者可以通过安装此攻击来阻止多个通道并停止支付。一个国家的最先进的对策，哈希Timelock合同与悲伤惩罚（HTLC-GP）被发现工作的经典假设下，参与者是诚实或恶意的，但失败的理性参与者。为了解决这个问题，我们引入了一个博弈论模型来分析HTLC中的悲伤攻击。我们使用这个模型来分析HTLC-GP中的griefing攻击，并推测不可能设计出一个有效的协议，将惩罚恶意参与者与当前的比特币脚本系统。我们研究了惩罚对安装攻击的成本的影响，并观察到HTLC-GP在某些条件下对攻击者的抑制效果很弱。为了进一步增加攻击代价，我们引入了\emph{guaranteed minimum compensation}的概念，记为$ζ$，并将HTLC-GP修改为$\textrm{HTLC-GP}^ζ$。通过对闪电网络的几个实例进行实验，我们观察到网络中锁定的总硬币下降到$\textrm{HTLC-GP}^ζ$的$28\%$，而不像HTLC-GP中锁定的总硬币不会下降到$40\%$以下。这些结果证明了$\textrm{HTLC-GP}^ζ$比HTLC-GP更好地抵抗悲伤攻击。
2022-12-20 cs.CR cs.GT
Hijacking Routes in Payment Channel Networks: A Predictability Tradeoff
链下交易网络可以缓解当今比特币等无信任电子现金系统的可扩展性问题。然而，这些点对点网络也引入了一个新的攻击面，这是今天没有很好地理解。识别并分析了一种基于路由劫持的新型拒绝服务攻击，其利用了沿着所创建的网络通道路由和执行事务的方式。这种攻击在概念上是有趣的，因为即使是通过创建新通道来操纵拓扑的有限攻击者也可以导航与其攻击网络的方式相关的权衡。此外，攻击还强调了防御者（决定自己的路由）的基本设计权衡：为了变得更不可预测，从而更安全，理性节点必须向转发其付款的节点支付更高的费用。我们发现，比特币中三种最常见的支付渠道（lnd，C-lightning，Eclair）的路由方式不同。我们首先调查Lightning网络的当前状态，并探索这些实现所选择的路由。我们发现，在目前的网络中，近60%的所有路由只经过5个节点，而80%只经过10个节点。因此，相对少量的共谋节点可以拒绝为网络的大部分提供服务。然后，我们转向研究外部攻击者，他创建到网络的链接，并通过要求更低的费用来通过其节点绘制更多的路由。我们发现，只要五个新的链接就足以吸引大多数（65%-75%）的流量，无论使用的实现。创建这些链接的成本非常低。我们讨论了实现之间的差异，并最终得出我们自己的建议路由策略，这是基于现有方法的一种新的组合。
2019-09-15 cs.CR cs.GT cs.MA
LightPIR: Privacy-Preserving Route Discovery for Payment Channel Networks
支付通道网络是提高加密货币可扩展性的一种有前途的方法：它们允许以点对点的方式，沿着网络中的多跳路由执行交易，而不需要在区块链上达成共识。然而，在发现具有成本效益的交易路线期间，可能会泄露有关交易实体的关键信息。本文首先研究了支付通道网络中的隐私保护路由发现机制。特别是，我们提出了LightPIR，这种方法允许源有效地发现到其目的地的最短路径，而不会泄露任何有关交易端点的信息。在LightPIR中实现有效解决方案的两个主要观察结果是：（1）令人惊讶的是，集线器标记算法-开发用于预处理“街道网络”图，以便稍后可以有效地计算最短路径-也适用于支付通道网络底层的图，以及（2）集线器标记算法可以直接与私有信息检索相结合。LightPIR依赖于现有集线器标记算法之上的简单集线器标记启发式算法，该算法利用加密货币网络的特定拓扑特征，以进一步最大限度地减少存储和带宽开销。在考虑闪电网络的案例研究中，我们表明，我们的方法是一个数量级更有效的隐私保护基线的基础上使用私人信息检索的数据库，存储所有对最短路径。
2021-04-09 cs.CR cs.NI
Optimizing Virtual Payment Channel Establishment in the Face of On-Path Adversaries
本文首次将虚拟支付通道建立形式化为优化问题，提出兼顾交易成本、安全与隐私的 ILP 及快速贪心算法，并在 Lightning Network 快照上验证其有效性。
2024-05-09 cs.CR
Boosting Payment Channel Network Liquidity with Topology Optimization and Transaction Selection
针对支付通道网络（PCNs）拓扑设计与交易决策优化问题，提出p方场景下O(p)近似算法，假设交易分布满足条件时可将近似比降至O(√p)，并在闪电网络中验证了方法有效性。
2025-08-20 cs.CR cs.DC
HushRelay: A Privacy-Preserving, Efficient, and Scalable Routing Algorithm for Off-Chain Payments
支付通道网络（PCN）用于加密货币，以提高链下交易的性能和可扩展性。除了打开和关闭支付通道外，区块链中不会记录PCN接受的其他交易请求。只有打开通道的一方才知道在给定时刻剩下的确切资金数额。在实际情况中，可能不存在可以实现高价值支付转移的单一路径。对于这种情况，将交易价值分割到多个路径是一种更好的方法。虽然存在经由若干路径路由事务的若干方法，但是这样的技术是相当低效的，因为必须在路由算法的初始阶段（例如，SpeedyMurmur [42]）.不考虑网络中每个信道的剩余容量的算法容易失败。其他方法会泄漏敏感信息，并且计算成本相当高[28]。据我们所知，我们提出的方案HushRelay是一个高效的隐私保护路由算法，考虑到每个通道中留下的资金，同时将交易价值分割到几条路径上。将我们的算法的性能与真实实例上的现有路由方案（例如，Ripple Network），我们观察到HushRelay的成功率为1，执行时间为2.4秒。然而，SpeedyMurmur [42]在界标数量为6时，成功率为0.98，耗时4.74秒。在闪电网络上测试我们提出的路由算法时，观察到成功率为0.99，执行时间为0.15秒，比SpeedyMurmur所需的时间小12倍。
2020-02-12 cs.CR cs.DS
On the Anonymity of Peer-To-Peer Network Anonymity Schemes Used by Cryptocurrencies
加密货币系统可以通过利用其对等网络上的网络级通信来遭受去匿名化攻击。控制对等网络中一组共谋节点的对手可以观察正在交换的交易并推断所涉及的各方。因此，已经提出了各种网络匿名方案来缓解这个问题，其中一些解决方案提供了理论上的匿名保证。在这项工作中，我们这样的对等网络匿名解决方案的模型，并评估其匿名保证。为此，我们提出了一个新的框架，使用贝叶斯推理，以获得概率分布连接交易，他们可能的发起人。我们用这些分布来描述交易匿名性，用熵作为发起者身份的对抗性不确定性的度量。特别是，我们为Danvis、Danvis ++和Lightning Network建模。我们研究了不同的配置，并证明他们都没有提供可接受的匿名用户。例如，我们的分析显示，在广泛部署的闪电网络中，有1%的战略选择的共谋节点，对手可以唯一地确定网络中约50%的交易的发起者。在丹麦，控制15%节点的对手平均只有8个可能的发起者。此外，我们观察到，由于Danvis和Danvis ++的设计方式，增加网络规模并不对应于潜在发起者的匿名集合的增加。令人担忧的是，我们对闪电网络的纵向分析揭示了一个相反的趋势--随着网络的发展，整体匿名性下降。
2022-11-07 cs.CR
Modeling Behavioral Signals in Job Scams: A Human-Centered Security Study
International Institute of Information Technology Hyderabad（印度信息科技研究所海得拉巴分校）
本研究通过分析行为信号识别求职诈骗中的支付行为，探讨了紧迫感和时间压力提示与付款行为的关系，揭示了测量准确性和提示定义一致性的重要性。
2026-01-27 cs.CR cs.CY
