设想你开车到外地去参加一场重要的会议，一路上会途径三个收费站。那你要给过路费，不是又要把车慢下来，又要浪费一些时间吗。这就产生了 “自动支付系统” 的需要。
靠设备间通信（device-to-device communication，D2D）完成、无需人力介入的原子化支付，是解决这个问题的理想方案虽然有可能将这些设备与传统的支付系统（比如信用卡）关联起来，但这就引入了一个第三方，他们可能会把管理成本转嫁给你，甚至收集你的隐私。这样来看，密码货币可以创建一个更方便的支付系统。因此，把 IoT（物联网）和密码货币（例如比特币、以太坊）结合起来可以解决这些问题。
凭借去中心化账本的概念，比特币已经成为了一种颠覆性的支付系统，但对支付场景来说，它有一些重大缺陷，比如手续费太高，交易的确认时间很长。
（Lightning Network，LN）已经用一种大胆的做法解决了这些问题 —— 链下支付。有了这一进步，用比特币来做小额支付也颇有前景，而且也能被许多 IoT 应用接受。然而，在 IoT 设备上托管闪电网络和比特币节点是不可行的，因为它们的存储、内存和处理开销。
自闪电网络问世以来，它已经有了 。物联网设备只有非常有限的计算、通信和存储能力；因此，在大部分配置较低的物联网设备上安装闪电节点都是不可能的。具体来说，使用闪电网络需要你运行一个闪电节点以及一个比特币全节点，两者加起来需要超过 340 GB 的存储空间。要参与比特币区块的验证，可靠的互联网连接和相对较高的计算能力也是必不可少的。
考虑到所有这些因素，我们需要一种轻量化的解决方案。我们提议一种基于门限密码学的协议，由可信的闪电网络网关负责托管完整的闪电网络节点和比特币节点，让物联网设备能够通过这个网关发起闪电网络操作。
还可以通过支付手续费来激励 LN 网关提供这项服务。
我们提议的协议具有以下特点：
- 能够实现即时付款
- 可以运行在低带宽的网络上
- 所需物联网设备  

闪电网络

我们的协议会用到闪电网络。闪电网络是 2015 年提出的概念，很快就被 Lightning Labs 和其他团体在比特币上实现了。它是一个比特币区块链网络之上的点对点二层网络。
闪电网络致力于解决比特币的可扩展性问题。利用比特币的智能合约功能，闪电网络让用户可以开设安全的支付通道、享受即时和便宜的比特币转账，还能在网络中实现多跳间接支付。
自问世以来，使用闪电网络的用户已有了可观的增长。闪电网络现在有总计 59192 个通道，留存 1986.06 btc。
我们用一个例子把闪电网络讲得更清楚些：
Alice 想给 Bob 支付，所以跟 Bob 开启了一个闪电网络支付通道。在这个支付通道中，资金可以在 Alice 和 Bob 之间双向流动，无需把交易提交到比特币区块链上。也就是说交易是在链下发生的。

• 图 1. 一个闪电网络通道的生命周期 -
  从图 1 中可以看出，闪电网络的一个重要基石是承诺交易（commitment transaction）。承诺事务有三个输出。
  Alice 发出的承诺事务的三个输出一般是：  
• 给 Alice 分配她在通道中的余额，但是带有时间锁，要过一段时间才能使用  
• 给 Bob 分配他在通道中的余额，是马上就可用的  
• 支付合约（实质是 HTLC，哈希时间锁合约）
  （译者注：承诺事务随时可以提交到比特币区块链上，使其资金分配效果成真，所以承诺事务一经交换，便意味着双方余额更新、支付完成；只要没有任何一方把承诺事务广播到网络中，通道就一直开启，双方可以几乎无限次转账。）  

闪电网络技术基础（BOLT）

为了我们的协议，我们修改了闪电网络的闪电网络技术基础 #2。闪电网络技术基础是闪电网络用来管理通道的对等节点协议，用来实现安全的比特币链下支付。
BOLT 有三个阶段：
- 通道建立
- 通道的正常操作
- 通道关闭  

门限密码学（Threshold Cryptography）

我们的主要创新是在闪电网络中加入门限密码学。
现实生活中的密钥分割（sharing secret）是非常普遍的，但我们要借用到数字世界来。
“门限密码学” 是安全多方计算（Secure Multiparty Computation）的一个子集，处理的是超过一方参与的密码学操作。
在密码货币的世界里，私钥（private key，本身应是一个秘密值）被盗会导致资金损失。所以，人们提出了在多方间分割密钥的想法。在一个门限方案中，密钥是在多方间分割的，而且预先定义了一个阈值，参与者的数量如果少于这个阈值，无论如何也不能知道关于这个密钥的信息。
为了在物联网设备上使用闪电网络，同时无需承担所有的内存负担，我们要利用门限密码学。
这也是可以实现的，因为我们把闪电网络节点独立了出去，物联网设备只需参与关键的密码学部分。
这样做可以加速我们的开发进程，让整个系统更容易跑起来，还节约成本。  

系统模式

• 图 2. 系统模式示意图 -
  我们的系统有四个主要部分：（1）物联网设备；（2）闪电网络网关；（3）桥接闪电网络节点；（4）目标闪电网络节点。
  其它中介包括：（1）门限客户端；（2）物联网设备网关；（3）闪电网络网关的比特币核闪电网络节点；（4）门限服务器。
  一些假设：
  物联网设备可通过网关连接到互联网。
  物联网设备和闪电网络网关在发送支付的过程中不会掉线。
  物联网设备在其余时间可以离线。
  协议
  假设一个物联网设备现在想给目标闪电网络节点支付（比如支付过路费）  
• 从 IoT 网关开始，设备联系 闪电网络网关，网关管理着闪电网络节点、比特币节点和门限服务器  
• 无论什么时候 IoT 设备发起请求，闪电网络网关便打开与桥接闪电节点的通道，以连接到目标网络节点  
• 桥接网络节点可以向发起支付的闪电网络网关收取路由费  
• IoT 设备的支付通过桥接节点路由到指定的目标节点  
• 现在，门限密码学的操作在 IoT 设备和闪电网络网关间运行，所以只有闪电网络网关需要运行这个改进后的协议。系统的其余部分可以运行原始的 BOLT 协议。