Bliksemnetwerk: wat is het en kan het het schaalprobleem van Bitcoin oplossen?

Satashi Nakamoto stuurde een voorstel voor "een nieuw elektronisch geldsysteem dat volledig peer-to-peer is, zonder vertrouwde derde partij" naar een cryptografie-mailinglijst op vrijdag 31 oktober 2008. De eerste reactie - de eerste keer dat iemand publiekelijk becommentarieerde bitcoin - kwam de volgende zondag: "We hebben zo'n systeem heel erg nodig", schreef James A. Donald, "maar de manier waarop ik uw voorstel begrijp, lijkt niet op de vereiste grootte te schalen."

Gaande 10 jaar later, blijft die kritiek nog steeds waar. Zelfs de meest vurige evangelisten van Bitcoin geven toe dat het waardeloos is om kleine, dagelijkse aankopen te doen. Maar het Lightning Network, een van de meest veelbelovende bitcoin-schaalprojecten die momenteel aan de gang zijn, kan daar verandering in brengen.

The Lightning Network

Elizabeth Stark, CEO van Lightning Labs, sprak op de Blockstack Summit in juli 2017 en noemde die eerste kritiek op het elektronische geld van Nakamoto, maar gaf uiting dat Bitcoin inderdaad kan opschalen. "We zijn in principe helemaal opnieuw in 1995 als het gaat om blockchains en gedecentraliseerde technologieën, " zei ze, verwijzend naar de tijd voordat internet HTTP en de andere transport- en applicatielagen van TCP / IP verwierf.

Een van de meest besproken "laag 2" -applicaties voor de bitcoin-blockchain is het bliksemnetwerk. Voor het eerst voorgesteld door Joseph Poon en Tadge, ook bekend als Thaddeus Dryja in 2015 (de meest recente versie van hun whitepaper is hier beschikbaar), is de bliksem door drie bedrijven in een functionerende specificatie genaamd lightning-rfc of "BOLTS" verwerkt, die elk zijn eigen implementatie: Lightning Labs heeft lnd, Blockstream heeft c-lightning en ACINQ heeft eclair. Er worden ook niet-BOTLS-implementaties ontwikkeld, zoals donder.

Het bliksemnetwerk is al in gebruik, maar het staat nog in de kinderschoenen. Echte bitcoin is verzonden en bijna altijd ontvangen met behulp van de implementaties van Lightning Labs, Blockstream en ACINQ, en alle drie zijn interoperabel. De onderstaande video toont een ACINQ-engineer die bijna onmiddellijk 0, 000001 bitcoin (ongeveer $ 0, 01) verzendt van een eclair-knooppunt naar een lnd-knooppunt via een c-bliksemknooppunt:

Om te zien hoeveel een verbetering dit betekent, probeerden we een vergelijkbare transactie op de bitcoin-blockchain met GreenAddress, een mobiele portemonnee-app. De app stelde voor mijnwerkers 0, 00001907 BTC ($ 0, 19) te betalen: een vergoeding van 1, 907%. Hoewel het niet duidelijk is hoeveel blokken die vergoeding was bedoeld om binnen te bevestigen (we hebben contact opgenomen met GreenAddress om erachter te komen), is het antwoord waarschijnlijk zes blokken, of ongeveer een uur.

We zullen echter nooit te weten komen hoe lang die specifieke transactie eigenlijk zou hebben geduurd: een foutmelding informeerde ons dat "output onder 546 satoshis [$ 0, 05] door Bitcoin als oneconomisch stof wordt beschouwd. Verhoog de waarde."

Lightning Labs heeft ook cross-chain atomaire swaps getest met behulp van het netwerk; dit zijn waardetransfers tussen verschillende blockchains, in dit geval bitcoin en litecoin, die mogelijk een eerste stap vormen in de richting van het bouwen van gedecentraliseerde beurzen.

Lightning maakt micropayments mogelijk die bitcoin niet alleen kan, maar bestaande implementaties zijn nog steeds buggy. Stark dringt er bij gebruikers op aan om te leren over bliksem met behulp van bitcoins 'testnet' (dat wil zeggen, om nepgeld te gebruiken), in plaats van het live-vuur 'mainnet'. Op het moment van schrijven zijn er echter voor $ 50.000 transacties uitgevoerd op het mainnet, en sommige mensen hebben geld verloren aan een c-blikseminslag. (Christian Decker, kerntechnicus bij Blockstream, vertelde me via e-mail dat in de meeste gevallen uiteindelijk geld werd teruggevorderd.)

Dus hoe werkt bliksem?

Hoe Lightning werkt

De oplossing van Lightning is gebaseerd op tweezijdige, off-chain betalingskanalen. Stel dat Alice en Bob vaak kleine transacties met elkaar uitvoeren. Ketenbetalingen zijn in dit geval niet praktisch vanwege de kosten en de lange bevestigingstijden, dus besluiten ze een kanaal te openen waarmee ze bitcoin heen en weer kunnen sturen, direct en gratis.

Een kanaal openen

Om een ​​kanaal te openen, dragen Alice, Bob of beide een bepaalde hoeveelheid bitcoin bij aan een speciaal adres via een zogenaamde financieringstransactie (het groene vak in het onderstaande diagram). Stel dat Alice 1 BTC bijdraagt. Ze stuurt het geld naar een zogenaamd 2-of-2 multisig-adres, waarbij zowel Alice als Bob cryptografisch elke verzendtransactie met hun privésleutels moeten ondertekenen. Een normale transactie vereist alleen de handtekening van de (enkele) privésleutel die overeenkomt met de openbare sleutel van het verzendende adres.

Belangrijk is dat de financieringstransactie nog niet is ondertekend of naar het netwerk is uitgezonden.

Alle afbeeldingen afkomstig van Poon en Dryja.

Vervolgens creëren Alice en Bob een 'commitment-transactie' met de financieringstransactie als 'ouder': ze gebruiken de niet-bevestigde output van 1 BTC als input voor een 'onderliggende' transactie die 0, 5 BTC naar Alice stuurt (output 0) en 0, 5 BTC naar Bob (uitgang 1). Als je protesteert dat het bitcoin-protocol gebruikers niet toestaat om een ​​uitgave te ondertekenen zonder de handtekeningen van de invoer te kennen, werd die mogelijkheid verleend via een zachte vork.

Alice ondertekent vervolgens de uitvoer en stuurt 0, 5 BTC naar Bob; Bob ondertekent de output en stuurt 0, 5 BTC naar Alice. Beiden ondertekenen en verzenden vervolgens de financieringstransactie, die is vastgelegd voor de bitcoin-blockchain (en onderworpen aan netwerkkosten en wachttijden).

Ze hebben nu een open betaalkanaal waarmee ze bitcoin direct en gratis kunnen pendelen. Alice of Bob kunnen het op elk gewenst moment sluiten en elk hun 0, 5 BTC claimen, of wat het bijgewerkte saldo ook is.

Een kanaal openen ... In het Engels

Tenzij je al redelijk wat weet over de ingewanden van het bliksemnetwerk, is het waarschijnlijk moeilijk om het "teken hier, aanvankelijk hier, geef dit uit, zend dat uit - nee dat niet".

Hier is een meer conceptuele beschrijving. De financieringstransactie is hoe het klinkt: het levert de middelen voor het kanaal. Het fungeert ook als een limiet voor het kanaal: geen van beide partijen kan eindigen met meer dan het initiële financieringsbedrag, en de saldi van beide partijen moeten oplopen tot dat bedrag. De reden dat de financieringstransactie eerst wordt gemaakt, maar als laatste wordt uitgezonden, is dat als deze eenvoudigweg in één stap op de blockchain was geplaatst, er niets zou zijn bereikt, afgezien van een enkele, vanille-transactie. Bliksem maakt die niet sneller of goedkoper.

Door de financieringstransactie open te laten, een verplichtingstransactie in te voegen - die, zoals hieronder beschreven, als een soort slim contract functioneert - en vervolgens de financieringstransactie te sluiten, openen bliksemschieters een soort wormgat in het netwerk. Hiermee kunt u bitcoin heen en weer bewegen langs een enkel, gedefinieerd pad. U gebruikt het bitcoin-protocol, maar omzeilt de vertragingen en kosten die door de mijnwerkers worden opgelegd.

Bliksem vertrouweloos houden

Zeg dat Bob nu Alice 0.1 BTC wil betalen met hun open kanaal. De twee partijen werken eenvoudigweg de verbintenisstransactie bij - geen beroep op de mijnwerkers. Het saldo, voorheen 0, 5 BTC elk, is nu 0, 6 BTC naar Alice, 0, 4 BTC naar Bob.

Het enige probleem is, hoe dat veilig te doen ">

Het vinden van een cryptografische oplossing voor dit dilemma komt neer op één doel: het onmogelijk maken om een ​​oude transactie te ondertekenen en het kanaal te sluiten op een manier die een eerdere toestand weerspiegelt. Zolang dit een optie is, heeft bliksem een ​​probleem met dubbele uitgaven.

Vergeet niet dat Bob de helft van de commitment-transactie ondertekent (Commitment Tx 1a hieronder), die alleen Alice kan uitzenden omdat de hare de ontbrekende handtekening is. Alice tekent de andere (Commitment Tx 1b), die alleen Bob dan kan uitzenden. Beide kunnen dit doen en het kanaal sluiten, maar met behulp van de (beperkte) slimme contractschrijfmogelijkheden van bitcoin kunnen de output van de twee helften van de commitment-transactie aan verschillende beperkingen worden onderworpen. In het bijzonder kan de ene output de ontvanger in staat stellen het geld onmiddellijk uit te geven, terwijl de andere kan worden geannuleerd door een van beide partijen - via een Revocable Sequence Maturity Contract (RSMC) - voor een gedefinieerde periode, zoals 1000 blokken, of ongeveer een week.

Hier is waarom dat handig is. Als Bob sluw en onprincipe blijkt te zijn, kan hij alleen Commitment Tx 1b (hierboven) ondertekenen en uitzenden, wat Alice onmiddellijk uitbetaalt (levering 1b) en zijn geld een week lang in herroepbare limbo houdt (Herroepbare levering 1b). Alice, die ziet dat Bob heeft geprobeerd haar in te korten, kan intrekking veroorzaken en claimt niet alleen de 0.1 BTC die Bob probeerde te stelen, maar de 0.4 BTC waar hij anders recht op had gehad.

Met andere woorden, het hele kanaal gaat naar Alice als ze betrapt dat Bob vals speelt. Dat is mogelijk omdat wanneer de partijen een nieuwe commitment-transactie maken (C2a en C2b hieronder), en in feite beloven dat ze een oude commitment-transactie (C1a of C1b) niet zullen uitzenden, ze hun geld naar hun mond steken. Samen met de nieuwe vastleggingstransactie creëren ze een schending verhelpen transactie met twee uitgangen (BR1a en BR1b) die van toepassing zijn op de vorige vastlegging. Alice geeft Bob haar privésleutel voor zijn helft van de transactie voor het verhelpen van inbreuken en omgekeerd. Als een van beide nu probeert de oude transactie uit te zenden, kan de tegenpartij profiteren van de wachttijd van 1000 blokken en vooruitlopen op die transactie, waarbij het volledige saldo van de overtreder wordt ingenomen.

Het probleem is dat Alice semi-constante aandacht moet besteden aan haar kanalen, anders zal Bob haar voor honderd blokken overrompelen. Poon en Dryja stellen voor een derde partij aan te wijzen wiens taak het is om corrigerende transacties te activeren - diegene die alle fondsen van het kanaal belonen aan de onrechtmatige partij - wanneer een tegenpartij probeert te valsspelen. Deze kunnen uit de boete worden betaald.

Olaoluwa Osuntokun, mede-oprichter van Lightning Labs en CTO, ontwikkelt "wachttorens" om als deze externe handhavers te dienen. Hoewel de bezorgdheid is gerezen dat deze knooppunten als vertrouwde partijen kunnen fungeren en onveiligheid in het netwerk kunnen introduceren, vertelt Osuntokun CoinDesk dat slechts één eerlijke uitkijktoren nodig zou zijn voor een bepaald kanaal.

Ook, zoals Christian Decker, kerntechnicus bij Blockstream, in een e-mail opmerkt, is fraude riskant. Het is een belangrijke gok om aan te nemen dat het feest dat je probeert te beroven niet minstens één keer per week incheckt, en het risico om al het geld in je kanaal te verliezen kan een afschrikkend middel zijn.

De kanalen verbinden

In de echte wereld wil Alice niet exclusief transacties met Bob doen, noch Bob exclusief met Alice. Beide hebben een willekeurig aantal tegenpartijen die ze moeten betalen en worden betaald door. Het openen van kanalen met elk van deze partijen zou onpraktisch zijn. Zelfs als de gebruikersinterface tot in de perfectie zou zijn vereenvoudigd, zouden maar weinig gebruikers de benodigde liquiditeit hebben om bitcoin in een dozijn of meer open kanalen vast te leggen.

Gelukkig hoeven ze dat niet te doen. Zoals de video hierboven laat zien, kunnen gebruikers betalingen routeren via de kanalen van intermediaire gebruikers, zodat het betalen van iedereen met een open kanaal of twee mogelijk moet zijn via het zes-graden-scheidingsprincipe. In tegenstelling tot transacties binnen een enkel kanaal, zullen deze multi-channel transacties waarschijnlijk kleine kosten met zich meebrengen om knooppunten te stimuleren om kanalen te financieren en open te houden. Uienroutering, de techniek die wordt gebruikt om TOR-browsergebruikers te verbergen, voorkomt dat tussenliggende knooppunten het volledige pad van een transactie kunnen zien, waardoor de privacykwesties worden beperkt.

Hoe goed dit web van kanalen in de praktijk werkt, valt nog te bezien, en het is denkbaar dat als betalingen een te ingewikkelde route moeten nemen - met te veel "hops" via tussenliggende kanalen - de kosten die door deze gebruikers in rekening worden gebracht, kunnen oplopen.

Kan Lightning gedecentraliseerd blijven ">

Deze zorgen zijn gerelateerd aan een die, voor critici, een onoverkomelijke fout in het netwerk van bliksem vertegenwoordigt. In de implementaties van vandaag wordt een kanaal geleverd met een cap: de hoeveelheid bitcoin in de initiële financieringstransactie beperkt het totale geldbedrag in het kanaal.

Deze situatie legt een afweging op aan gebruikers met redelijk beperkte middelen. Ze kunnen kanalen met grote hoeveelheden bitcoin financieren om ervoor te zorgen dat ze het geld hebben om elke betaling te doen die ze nodig zouden hebben, of ze kunnen kleinere kanalen financieren en bitcoin beschikbaar hebben voor ander gebruik. (Omdat betalingen kunnen worden gerouteerd via gekoppelde kanalen, hoeft een bepaalde gebruiker waarschijnlijk niet meer dan een handvol kanalen te openen, en misschien slechts een paar.)

De keuze komt neer op het hebben van liquiditeit binnen bliksemkanalen of liquiditeit daarbuiten, on-chain. Kiezen om liquide betaalkanalen te financieren kan riskant zijn als wachttorens of een andere oplossing het verlies van geld door onoplettendheid niet voorkomt. Aan de andere kant, als betaalkanalen worden beveiligd en bliksem de belangrijkste methode wordt voor het dagelijks gebruik van bitcoin, zou er weinig probleem zijn met het achterlaten van middelen in kanalen. Ze zouden dienen als "een oplaadbare bankpas of contant geld", zoals Decker het zegt, terwijl de hoofdketen fungeert als een spaarrekening.

Stark voert een soortgelijk argument aan: het financieren van een bliksemkanaal voorkomt dat je die bitcoin voor iets anders gebruikt, behalve "een netwerk van potentieel veel knooppunten dat op multihop bitcoin onmiddellijk zal accepteren", schreef ze via e-mail. "we zien fondsen op Lightning-kanalen als nuttiger dan on-chain bitcoin voor transacties vanwege de directe snelheid en lage kosten, " voegde ze eraan toe.

Hubs?

Maar met wie zou je deze kanalen opzetten? De Bob voor je Alice kiezen is een economische beslissing, geen cryptografische, en voor critici van het bliksemnetwerk zou het voor de hand liggende antwoord een soort "hub" zijn, een knooppunt met veel kapitaal, waardoor het de mogelijkheid heeft om goed gefinancierde open kanalen met een aantal partijen tegelijk.

Het idee dat wat neerkomt op een bitcoin-banksector buiten de keten, kan bitcoin-enthousiastelingen storen, die het als een centralisatie van het netwerk zien.

Stark betwist deze redenering. "Duizenden gebruikers gebruiken volledige knooppunten voor bitcoin, " schrijft ze, "en wij geloven dat die en anderen ook knooppunten op Lightning draaien (het is gemakkelijker omdat je er geen bitcoin volledige knoop mee nodig hebt, en in tegenstelling tot bitcoin volledige knooppunten je kunnen kleine kosten maken voor routering). " Ze wijst er ook op dat haar team werkt aan "splicing", waardoor kanalen kunnen worden aangevuld met bitcoin uit de hoofdketen. Dat vermogen zou de afweging kunnen verminderen tussen het plaatsen van bitcoin in een kanaal of het aan de hoofdketen laten, wat op zijn beurt de neiging voor hubs om te vormen kan verminderen.

Decker ziet het als waarschijnlijk dat zich een "tweelaags netwerk zal vormen, met een groot aantal knooppunten die betrouwbaar zijn en fungeren als de ruggengraat van het netwerk." Hij verwacht echter dat dit handelaars zijn in plaats van hubs die uitsluitend bestaan ​​om vloeibare kanalen te bieden. Het aanbieden van deze kanalen aan meerdere gebruikers zou volgens hem duur zijn, omdat de hubs hoge kosten in rekening moeten brengen en ze niet concurrerend maken in vergelijking met andere knooppunten.

ACINQ CEO Pierre-Marie Padiou beweert niet te weten hoe het bliksemnetwerk zich zou kunnen ontwikkelen. "Het is heel moeilijk om te voorspellen wat het evenwicht zal zijn tussen centralisatie en decentralisatie", schreef hij via e-mail. "Natuurlijk zullen er grotere knooppunten en kleinere knooppunten zijn, maar in hoeverre het moeilijk is om van tevoren te vertellen."

De juiste manier om te schalen?

Poon en Dryja beweren dat "met behulp van een netwerk van deze microbetalingskanalen Bitcoin kan schalen naar miljarden transacties per dag met de rekenkracht die tegenwoordig op een moderne desktopcomputer beschikbaar is." Misschien, maar dat is vandaag zeker niet het geval. Op het moment van schrijven zijn er minder dan 1.000 mainnet-bliksemknopen open.

Evenmin is bliksem het enige schaalvoorstel dat er is. Een belangrijke concurrent is bitcoin contant geld, een omstreden harde vork van bitcoin die grotere blokken mogelijk maakt. Het debat tussen Bitcoin-supporters in contanten, bliksemsupporters en voorstanders van verschillende derde manieren - zelfs af en toe een anti-scaler - is levendig, of bitter. Het kan zijn dat het een of het ander bovenaan komt, dat ze naast elkaar blijven bestaan, of dat alles faalt.

In elk geval is het bliksemnetwerk een veelbelovende poging om het schaalbaarheidsdilemma te overwinnen dat bitcoin achtervolgt sinds bitcoins eerste weekend in 2008.