Lightning Network: co to jest i czy może rozwiązać problem skalowania bitcoinów?

Satashi Nakamoto wysłał propozycję „nowego elektronicznego systemu gotówki, który jest w pełni peer-to-peer, bez zaufanej strony trzeciej”, na listę mailingową do kryptografii w piątek, 31 października 2008 r. Pierwsza odpowiedź - pierwszy raz, kiedy ktoś publicznie skomentował bitcoiny - nadeszła następująca niedziela: „Bardzo, bardzo potrzebujemy takiego systemu”, napisał James A. Donald, „ale w moim rozumieniu twoja propozycja nie wydaje się dostosowywać do wymaganego rozmiaru”.

Po 10 latach ta krytyka wciąż brzmi prawdziwie. Nawet najbardziej zagorzali ewangeliści Bitcoin przyznają, że nie warto robić małych codziennych zakupów. Ale Lightning Network, jeden z najbardziej obiecujących obecnie projektów skalowania bitcoinów, może to zmienić.

Sieć Błyskawic

Przemawiając na Blockstack Summit w lipcu 2017 r., Dyrektor generalny Lightning Labs, Elizabeth Stark, zacytowała tę pierwszą krytykę elektronicznej gotówki Nakamoto, ale wyraziła przekonanie, że bitcoin może się skalować. „Zasadniczo jesteśmy w 1995 roku od nowa, jeśli chodzi o łańcuch bloków i zdecentralizowane technologie”, powiedziała, odnosząc się do czasu, zanim Internet pozyskał HTTP i inne warstwy transportowe i aplikacyjne TCP / IP.

Jedną z najczęściej omawianych aplikacji „warstwy 2” dla łańcucha bloków bitcoinów jest sieć błyskawic. Po raz pierwszy zaproponowany przez Josepha Poona i Tadge'a, znany również jako Thaddeus Dryja w 2015 r. (Najnowsza wersja ich białej księgi jest dostępna tutaj), błyskawica została opracowana w funkcjonującej specyfikacji zwanej lightning-rfc lub „BOLTS” przez trzy firmy, z których każda ma jego własna implementacja: Lightning Labs ma lnd, Blockstream ma c-lightning, a ACINQ ma eclair. Opracowywane są również implementacje inne niż BOTLS, takie jak grzmot.

Sieć piorunów jest już uruchomiona, ale jest jeszcze w powijakach. Prawdziwe bitcoiny zostały wysłane i prawie zawsze otrzymane przy użyciu implementacji Lightning Labs, Blockstream i ACINQ, a wszystkie trzy są interoperacyjne. Poniższy film pokazuje inżyniera ACINQ wysyłającego 0, 000001 bitcoina (około 0, 01 USD) niemal natychmiast z węzła eclair do drugiego węzła przez węzeł c-lightning:

Aby zobaczyć, ile to stanowi ulepszenie, wypróbowaliśmy podobną transakcję na blockchainie bitcoin za pomocą aplikacji mobilnej GreenAddress. Aplikacja sugeruje płacenie górnikom 0, 00001907 BTC (0, 19 USD): 1, 907% opłaty. Chociaż nie jest jasne, ile bloków ta opłata miała potwierdzić w ciągu dnia (skontaktowaliśmy się z GreenAddress, aby się dowiedzieć), odpowiedź prawdopodobnie wynosi sześć bloków lub około godziny.

Nigdy jednak nie dowiemy się, ile faktycznie zajęłaby ta konkretna transakcja: komunikat o błędzie poinformował nas, że „wyniki poniżej 546 satoshi [0, 05 $] są uważane przez Bitcoin za nieekonomiczny pył. Proszę zwiększyć wartość”.

Lightning Labs przetestował również krzyżowe wymiany atomowe za pomocą sieci; są to transfery wartości między różnymi łańcuchami bloków, w tym przypadku bitcoinami i litecoinami, które potencjalnie stanowią pierwszy krok w kierunku zdecentralizowanej wymiany.

Błyskawica umożliwia mikropłatności, których bitcoin nie może samodzielnie, ale istniejące implementacje są nadal wadliwe. Stark zachęca użytkowników do uczenia się o błyskawicach za pomocą „testnetu” bitcoinów (czyli korzystania z fałszywych pieniędzy), a nie „mainnet” na żywo. Jednak w chwili pisania tego tekstu w sieci głównej przeprowadzono około 50 000 $ transakcji, a niektórzy ludzie stracili pieniądze na błąd błyskawicy. (Christian Decker, główny inżynier technologii w Blockstream, powiedział mi przez e-mail, że w większości przypadków ostatecznie odzyskano środki).

Jak działa błyskawica?

Jak działa błyskawica

Rozwiązanie Lightning oparte jest na dwukierunkowych kanałach płatności poza łańcuchem. Powiedz, że Alice i Bob często dokonują transakcji w małych ilościach. Płatności online nie są w tym przypadku praktyczne ze względu na opłaty i długi czas potwierdzania, więc decydują się otworzyć kanał umożliwiający im wysyłanie bitcoinów tam i z powrotem, natychmiast i bez opłat.

Otwieranie kanału

Aby otworzyć kanał, Alice, Bob lub oboje przekazują pewną ilość bitcoinów na specjalny adres za pośrednictwem tak zwanej transakcji finansowania (zielone pole na schemacie poniżej). Powiedz, że Alice wnosi 1 BTC. Wysyła środki na tak zwany adres multisig 2-z-2, który wymaga od Alicji i Boba kryptograficznego „podpisania” każdej transakcji wysyłania kluczami prywatnymi. Normalna transakcja wymaga jedynie podpisu (pojedynczego) klucza prywatnego odpowiadającego kluczowi publicznemu adresu wysyłającego.

Co ważne, transakcja finansowania nie została jeszcze podpisana ani przekazana do sieci.

Wszystkie obrazy pochodzą z Poon i Dryja.

Następnie Alice i Bob tworzą „transakcję zobowiązań”, wykorzystując transakcję finansowania jako „nadrzędną”: wykorzystują niepotwierdzoną wartość wyjściową 1 BTC jako dane wejściowe dla transakcji „podrzędnej”, która wysyła 0, 5 BTC do Alicji (wyjście 0) i 0, 5 BTC do Boba (wyjście 1). Jeśli protestujesz, że protokół Bitcoin nie pozwala użytkownikom podpisywać wydatków bez znajomości podpisów wejściowych, zdolność ta została przyznana za pośrednictwem miękkiego rozwidlenia.

Alice następnie podpisuje wyjście, wysyłając 0, 5 BTC do Boba; Bob podpisuje wynik, wysyłając 0, 5 BTC do Alice. Następnie podpisują i transmitują transakcję finansowania, która jest zaangażowana w łańcuch bloków bitcoinów (i podlega opłatom sieciowym i czasami oczekiwania).

Mają teraz otwarty kanał płatności, przez który mogą błyskawicznie i bez opłat przesyłać bitcoiny w obie strony. Zarówno Alice, jak i Bob mogą ją zamknąć w dowolnym momencie i zażądać 0, 5 BTC za każdy, niezależnie od zaktualizowanego salda.

Otwieranie kanału… Po angielsku

O ile nie znasz się już dobrze na temat wewnętrznych elementów sieci piorunów, prawdopodobnie trudno jest przetrawić „znak tutaj, inicjał tutaj, wydaj to, wyemituj to - nie, nie to ”.

Oto bardziej koncepcyjny opis. Wygląda na to, że transakcja finansowania: zapewnia środki dla kanału. Działa również jako ograniczenie dla kanału: żadna ze stron nie może uzyskać więcej niż początkowa kwota finansowania, a salda obu stron muszą się sumować do tej kwoty. Powodem, dla którego transakcja finansowania jest tworzona jako pierwsza, a nadawana jako ostatnia, jest to, że gdyby została po prostu wysłana do blockchain w jednym kroku, nic nie zostałoby zrealizowane oprócz pojedynczej transakcji o zwykłej wanilii. Błyskawica nie czyni ich szybszymi ani tańszymi.

Pozostawiając otwartą transakcję finansowania, wstawienie transakcji zobowiązania - która, jak opisano poniżej, funkcjonuje jako rodzaj inteligentnej umowy - a następnie zamknięcie transakcji finansowania, błyskawice otwierają coś w rodzaju tunelu czasoprzestrzennego w sieci. Pozwala na przesuwanie bitcoinów tam iz powrotem po jednej, określonej ścieżce. Używasz protokołu bitcoin, ale omijasz opóźnienia i wydatki narzucone przez górników.

Utrzymanie Błyskawicy bez zaufania

Powiedz, że Bob chce teraz zapłacić Alice 0.1 BTC za pomocą otwartego kanału. Obie strony po prostu aktualizują transakcję zobowiązań - nie trzeba odwoływać się do górników. Saldo, wcześniej 0, 5 BTC każdy, wynosi teraz 0, 6 BTC dla Alicji, 0, 4 BTC dla Boba.

Jedynym problemem jest to, jak to zrobić bezpiecznie ">

Znalezienie kryptograficznego rozwiązania tego dylematu sprowadza się do jednego celu: uniemożliwienia podpisania starej transakcji i zamknięcia kanału w sposób odzwierciedlający poprzedni stan. Tak długo, jak jest to możliwe, błyskawica ma problem z podwójnymi wydatkami.

Pamiętaj, że Bob podpisuje połowę transakcji zobowiązania (Zobowiązanie Tx 1a poniżej), którą tylko Alice może nadawać, ponieważ jej brak jest podpisu. Alice podpisuje drugą (Zobowiązanie Tx 1b), którą tylko Bob może następnie nadawać. Albo można to zrobić i zamknąć kanał, ale korzystając z (inteligentnych) możliwości zapisywania kontraktów bitcoinowych, wyniki dwóch połówek transakcji zobowiązania mogą podlegać różnym ograniczeniom. W szczególności jedno wyjście może pozwolić odbiorcy na natychmiastowe wydatkowanie środków, a drugie może zostać anulowane przez którąkolwiek ze stron - na podstawie umowy o odwołaniu sekwencji odwołań (RSMC) - na określony czas, na przykład 1000 bloków lub około tydzień.

Oto dlaczego jest to przydatne. Jeśli Bob okaże się przebiegły i pozbawiony zasad, może jedynie podpisać i nadać Zobowiązanie Tx 1b (powyżej), które natychmiast wypłaca Alice (Dostawa 1b) i utrzymuje jego fundusze w nieodwracalnej otchłani przez tydzień (Odwołalna Dostawa 1b). Alice, widząc, że Bob próbował ją zmienić, może wywołać odwołanie i twierdzić, że nie tylko 0, 1 BTC Bob próbował ukraść, ale 0, 4 BTC, do którego w przeciwnym razie byłby uprawniony.

Innymi słowy, cały kanał trafia do Alice, jeśli przyłapie Boba na zdradzie. Jest to możliwe, ponieważ gdy strony tworzą nową transakcję zobowiązań (C2a i C2b poniżej), obiecując w efekcie, że nie wyemitują starej transakcji zobowiązań (C1a lub C1b), wkładają pieniądze tam, gdzie są ich usta. Wraz z nową transakcją związaną z zobowiązaniami tworzą transakcję usunięcia naruszenia z dwoma wynikami (BR1a i BR1b) odnoszącymi się do poprzedniego zobowiązania. Alicja daje Bobowi swój klucz prywatny za połowę transakcji usunięcia naruszenia i na odwrót. Teraz, jeśli którykolwiek z nich spróbuje wyemitować starą transakcję, kontrahent może skorzystać z 1000-blokowego okresu oczekiwania i wyprzedzić tę transakcję, zabierając całą saldo strony, która popełniła przestępstwo.

Problem polega na tym, że Alice musi zwracać uwagę na swoje kanały w sposób ciągły, aby Bob nie zaskoczył jej za 1000 bloków. Poon i Dryja sugerują wyznaczenie osoby trzeciej, której zadaniem jest wywoływanie transakcji zaradczych - takich, które wynagradzają wszystkie środki kanału pokrzywdzonemu - gdy kontrahent próbuje oszukać. Można je uiścić z kary.

Olaoluwa Osuntokun, współzałożyciel i dyrektor ds. Technologii Lightning Labs, opracowuje „wieże strażnicze”, które mają pełnić rolę zewnętrznych organów nadzoru. Chociaż zgłoszono obawy, że węzły te mogą działać jako zaufane strony i wprowadzać niepewność do sieci, Osuntokun mówi CoinDesk, że dla jednego kanału potrzebna byłaby tylko jedna uczciwa strażnica.

Ponadto, jak podkreśla Christian Decker, główny inżynier technologii w Blockstream, w wiadomości e-mail, oszustwo jest ryzykowne. Zakładanie, że impreza, którą próbujesz obrabować, nie zamelduje się co najmniej raz w tygodniu, jest dość ryzykowna, a ryzyko utraty wszystkich pieniędzy na Twoim kanale może wystarczyć.

Podłączanie kanałów

W prawdziwym świecie Alice nie chce przeprowadzać transakcji wyłącznie z Bobem, ani Bob wyłącznie z Alice. Oba mają dowolną liczbę kontrahentów, których muszą zapłacić i otrzymać zapłatę. Otwarcie kanałów z każdą z tych stron byłoby niepraktyczne. Nawet gdyby interfejs użytkownika został uproszczony do perfekcji, niewielu użytkowników miałoby płynność niezbędną do powiązania bitcoinów w kilkunastu lub więcej otwartych kanałach.

Na szczęście nie muszą. Jak pokazuje powyższy film, użytkownicy mogą kierować płatności kanałami użytkowników pośrednich, aby płacenie każdemu z kanału otwartego lub dwóch kanałów było możliwe dzięki zasadzie sześciu stopni separacji. W przeciwieństwie do transakcji w ramach jednego kanału, te transakcje wielokanałowe będą prawdopodobnie wiązały się z niewielkimi opłatami, aby zachęcić węzły do ​​finansowania kanałów i utrzymać je otwarte. Routing cebuli, technika stosowana do maskowania użytkowników przeglądarki TOR, uniemożliwia węzłom pośrednim zobaczenie pełnej ścieżki podjętej przez transakcję, łagodząc obawy dotyczące prywatności.

Jak dobrze działa ta sieć kanałów w praktyce, dopiero się okaże. Można sobie wyobrazić, że jeśli płatności będą musiały obrać zbyt skomplikowaną trasę - przy zbyt wielu „przeskokach” przez kanały pośrednie - opłaty naliczane przez tych użytkowników mogą się sumować.

Czy błyskawica może pozostać zdecentralizowana ">

Te obawy są związane z tym, który dla krytyków stanowi nie do pokonania wadę w sieci błyskawic. W dzisiejszych implementacjach kanał ma limit: ilość bitcoinów w początkowej transakcji finansowania ogranicza całkowitą kwotę pieniędzy w kanale.

Ta sytuacja wymusza kompromis między użytkownikami z rozsądnie ograniczonymi zasobami. Mogą albo finansować kanały z dużymi ilościami bitcoinów, aby upewnić się, że mają środki na każdą potrzebną płatność, lub mogą finansować mniejsze kanały i mieć bitcoiny dostępne do innych zastosowań. (Ponieważ płatności mogą być kierowane przez połączone kanały, dany użytkownik prawdopodobnie nie musi otwierać więcej niż kilku kanałów, a może tylko kilku).

Wybór sprowadza się do posiadania płynności w kanałach błyskawicy lub płynności poza nimi, w łańcuchu. Wybór finansowania płynnych kanałów płatności może być ryzykowny, jeśli wieże strażnicze lub inne rozwiązanie nie zapobiegnie utracie funduszy z powodu nieuwagi. Z drugiej strony, jeśli kanały płatności zostaną zabezpieczone, a błyskawica stanie się główną metodą korzystania z bitcoinów z dnia na dzień, nie będzie problemu z pozostawieniem środków w kanałach. Będą służyć jako „karta debetowa lub gotówka z możliwością doładowania”, jak to ujął Decker, podczas gdy główny łańcuch działa jak konto oszczędnościowe.

Stark wysuwa podobny argument: finansowanie kanału błyskawicy uniemożliwia użycie tego bitcoina do czegokolwiek innego, z wyjątkiem „sieci potencjalnie wielu węzłów, które w wielu sklepach natychmiast przyjmą bitcoiny”, napisała za pośrednictwem poczty elektronicznej. „Przewidujemy, że fundusze na kanałach Lightning będą bardziej przydatne niż transakcje bitcoin w sieci ze względu na natychmiastową szybkość i niskie opłaty”, dodała.

Piasty?

Ale z kim skonfigurowałbyś te kanały? Wybór Boba do Alicji jest decyzją ekonomiczną, a nie kryptograficzną, a dla krytyków sieci piorunów oczywistą odpowiedzią byłoby coś w rodzaju „węzła”, węzła z dużym kapitałem, dającego mu możliwość utrzymania dobrze finansowane otwarte kanały z wieloma stronami jednocześnie.

Pomysł, że coś, co stanowi sektor bankowości bitcoin poza siecią, niepokoi entuzjastów bitcoinów, którzy postrzegają to jako centralizację sieci.

Stark kwestionuje tę argumentację. „Tysiące użytkowników używają pełnych węzłów dla bitcoinów” - pisze - i wierzymy, że ci i inni będą również uruchamiać węzły na Lightning (jest to łatwiejsze, ponieważ nie potrzebujesz wraz z nim pełnego węzła bitcoin, w przeciwieństwie do pełnych bitcoinów może pobierać niewielkie opłaty za routing). ” Zwraca także uwagę, że jej zespół pracuje nad „łączeniem”, co pozwoliłoby doładowywać kanały za pomocą bitcoinów z głównego łańcucha. Ta umiejętność może złagodzić kompromis między umieszczeniem bitcoinów w kanale lub pozostawieniem go w głównym łańcuchu, co z kolei może zmniejszyć tendencję do tworzenia się hubów.

Decker uważa za prawdopodobne, że „utworzy się sieć dwupoziomowa z dużą liczbą węzłów, które są niezawodne i działają jak kręgosłup sieci”. Oczekuje jednak, że będą to kupcy, a nie centra, które istnieją wyłącznie po to, by zapewnić płynne kanały. Zapewnia te kanały wielu użytkownikom, jak twierdzi, byłoby drogie, wymagając od hubów wysokich opłat i czyniąc je niekonkurencyjnymi w porównaniu z innymi węzłami.

Dyrektor generalny ACINQ, Pierre-Marie Padiou, nie twierdzi, że wie, jak może rozwinąć się sieć błyskawic. „Bardzo trudno jest przewidzieć, jaka będzie równowaga między centralizacją a decentralizacją” - napisał za pośrednictwem poczty elektronicznej. „Oczywiście będą większe i mniejsze węzły, ale o ile trudno jest je z góry powiedzieć”.

Właściwy sposób na skalowanie?

Poon i Dryja twierdzą, że „używając sieci tych kanałów mikropłatności, Bitcoin może skalować się do miliardów transakcji dziennie dzięki mocy obliczeniowej dostępnej na współczesnym komputerze stacjonarnym”. Być może, ale z pewnością dzisiaj tak nie jest. W momencie pisania otwartych jest mniej niż 1000 węzłów błyskawicy sieci głównej.

Błyskawica nie jest jedyną dostępną propozycją skalowania. Głównym konkurentem jest bitcoin cash, kontrowersyjny twardy bitcoin, który pozwala na większe bloki. Debata między zwolennikami gotówki bitcoin, zwolennikami błyskawicy i zwolennikami różnych trzecich sposobów - nawet okazjonalnego antyskalera - jest ożywiona, jeśli wręcz zażarta. Może się zdarzyć, że jedno lub drugie wyjdzie na wierzch, że będą nadal współistnieć lub że wszystko zawiedzie.

W każdym razie sieć błyskawic jest obiecującą próbą przezwyciężenia dylematu skalowalności, który nawiedzał bitcoiny od pierwszego weekendu bitcoinów w 2008 roku.