Vorgeschlagen in einem Weißbuch 2016, das Lightning Network (LN) ist eine Layer-2-Lösung, die auf Bitcoin aufbaut.
In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit der Geschichte und dem aktuellen Stand des Lightning-Netzwerks von Bitcoin befassen.
Warum wurde das Lightning-Netzwerk von Bitcoin entwickelt?
Das Lightning Network wurde als Antwort auf Skalierbarkeitsprobleme bei Bitcoin entwickelt, insbesondere hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Kosten von Bitcoin-Transaktionen.
Die derzeitige theoretische maximale Transaktionsrate pro Sekunde (TPS) von Bitcoin liegt bei 10, in der Praxis jedoch zwischen 3 und 7. Im Vergleich dazu wickelten traditionelle Zahlungsdienstleister wie VISA im Jahr 2020 durchschnittlich 6.000 TPS ab (basierend auf Die Behauptung von VISA (von 188 Milliarden Transaktionen pro Jahr).
Die Transaktionsgebühren bei Bitcoin können je nach aktueller Auslastung des Netzwerks stark schwanken. So lagen die durchschnittlichen Transaktionsgebühren am 20. April 2021 bei über 50 US-Dollar, während der Durchschnitt am 9. August 2021 bei etwa 2,50 US-Dollar lag. Bei großen Transaktionen wie Banküberweisungen oder internationalen Geldtransfers sind Geschwindigkeit und Kosten von Bitcoin mit denen anderer Zahlungsmittel vergleichbar oder sogar besser. Wenn Bitcoin jedoch für alltägliche Zahlungen (sogenannte Mikrotransaktionen, z. B. eine Tasse Kaffee, Benzin) muss die Transaktionsgeschwindigkeit steigen und die Transaktionskosten müssen drastisch sinken.
Das Lightning-Netzwerk in der Theorie
Um zu verstehen, wie LN funktioniert und welche Herausforderungen derzeit mit LN verbunden sind, müssen wir über Bitcoin sprechen. Der begrenzende Faktor des Bitcoin-Netzwerks besteht darin, dass jede Transaktion in einen neuen Block in der Blockchain aufgenommen werden muss. Da Blöcke etwa alle 10 Minuten zur Blockchain hinzugefügt werden, gibt es eine feste Obergrenze für die Anzahl der möglichen Transaktionen, ohne das Bitcoin-Protokoll wesentlich zu verändern.
Weiterlesen: Wie funktionieren Bitcoin-Transaktionen?
Debatten über umfassende Überarbeitungen des Bitcoin-Protokolls gab es bereits in der Vergangenheit und führten zu „Hard Forks“, allen voran zur Entstehung von Bitcoin Cash. Das Lightning-Netzwerk ist keine neue Blockchain, sondern eine Layer-2-Lösung. Das bedeutet, dass das Bitcoin-Protokoll relativ unverändert bleibt, aber dennoch die Vorteile bietet, die umfassende Überarbeitungen mit sich bringen könnten – zumindest theoretisch.
LN funktioniert so, dass ein Zahlungskanal zwischen zwei Parteien eingerichtet wird, wobei nur die erste und die letzte Transaktion in die Bitcoin-Blockchain aufgenommen werden. Alle Transaktionen zwischen der ersten und der letzten finden außerhalb der Blockchain statt, was bedeutet, dass diese Transaktionen nicht durch das Bitcoin-Protokoll eingeschränkt sind.
Um einen Zahlungskanal zu eröffnen, müssen beide Parteien einen bestimmten Bitcoin-Betrag hinterlegen. Diese Bitcoin werden gesperrt und können nicht freigegeben werden, solange der Zahlungskanal offen bleibt. Der Gesamtbetrag an Bitcoin, der über diesen Kanal übertragen werden kann, entspricht dem hinterlegten Gesamtbetrag an Bitcoin. Betrachten wir ein Beispiel, um dies zu veranschaulichen:
Alice und Bob möchten einen Zahlungskanal miteinander einrichten. Alice zahlt 10 BTC und Bob 5 BTC in den Zahlungskanal ein. Eine Eröffnungstransaktion über die insgesamt 15 BTC von Alice und Bob wird in die Bitcoin-Blockchain eingetragen. Sobald diese Transaktion in die Blockchain aufgenommen wurde – was 10 Minuten oder länger dauern kann –, können Alice und Bob eine unbegrenzte Anzahl von Transaktionen mit deutlich höherer Geschwindigkeit und praktisch ohne Kosten durchführen. Nachfolgend sind die Transaktionen zwischen Alice und Bob aufgeführt:
- Alice schickt Bob 1 BTC Alice: 9 BTC Bob: 6 BTC
- Alice schickt Bob 2 BTC Alice: 7 BTC Bob: 8 BTC
- Bob schickt Alice 3 BTC Alice: 10 BTC Bob: 5 BTC
- Bob schickt Alice 1 BTC Alice: 11 BTC Bob: 4 BTC
Wenn einer oder beide den Kanal schließen möchten, wird eine Abschlusstransaktion mit den Endsalden von Alice und Bob an die Blockchain gesendet. In diesem Fall beträgt Alices Endsaldo 11 BTC und der von Bob 4 BTC.
Was ist, wenn Alice eine Transaktion mit Carol durchführen möchte? Nun, zufällig unterhält Bob einen Zahlungskanal mit Carol, also führt Alice die Transaktion mit Bob durch, und Bob leitet die Transaktion an Carol weiter. Beachten Sie, dass Bob in diesem Szenario möglicherweise eine geringe Gebühr für die Weiterleitung der Transaktion erhebt. Im Laufe der Zeit, gemäß der Theorie von Sechs Stufen der Trennung, Mit LN kann Alice mit jedem anderen Transaktionen durchführen.
Knoten A führt eine Transaktion mit Knoten Q durch, obwohl er nur direkte Zahlungskanäle zu den Knoten C und B unterhält.
Das Lightning-Netzwerk in der Praxis
LN ist ein relativ neues Protokoll. Es steht vor zahlreichen Herausforderungen, die von der Benutzerfreundlichkeit bis zur Sicherheit reichen.
Es gibt Bedenken hinsichtlich der Einfachheit, einen LN-Knoten zu betreiben. Damit das LN erfolgreich sein kann, ist ein robustes Netzwerk aus Bitcoin-Knoten erforderlich, auf denen das LN-Protokoll läuft. Der Betrieb eines LN-Knotens kann ziemlich schwierig und es könnte sein, dass es Probleme mit den Zahlungsanreizen gibt zum Betrieb kleinerer Knoten. Man könnte allerdings argumentieren, dass der Betrieb des LN nicht wesentlich schwieriger ist als der Betrieb eines vollständigen Bitcoin-Knotens. Da das LN jedoch hauptsächlich auf Mikrotransaktionen ausgerichtet ist, wird die tägliche Nutzung des LN über LN-fähige Wallets erfolgen. Im Gegensatz zu einigen der etablierteren Bitcoin-Wallets bedeutet die Neuheit dieser LN-fähigen Wallets, dass es Kompromisse zwischen der Verwahrung und nicht verwahrend Versionen. Die nicht-verwahrenden LN-Wallets sind schwieriger zu bedienen – sie sind verwirrender und weniger übersichtlich. Die verwahrenden Optionen sind einfacher zu bedienen, allerdings müssen Sie Ihre Bitcoins einem Dritten anvertrauen.
Weiterlesen: Verstehen Der Unterschied zwischen Wallets mit Verwahrung und Wallets ohne Verwahrung, und inwiefern dies mit wirtschaftlicher Freiheit zusammenhängt.
LN muss sich zudem gegen Konkurrenten behaupten. Stand Februar 2024 hat LN etwa 5.000 BTC. Das mag nach viel klingen, aber zum Vergleich: Im Februar 2024 waren über 150.000 Bitcoin auf Ethereum (WBTC, „Wrapped Bitcoin“) gebunden. Da die Blockzeiten auf Ethereum bei etwa 14 Sekunden liegen – im Gegensatz zu den 10 Minuten bei Bitcoin –, ist es bereits deutlich schneller, Bitcoin über WBTC im Ethereum-Netzwerk zu transferieren. Darüber hinaus ist es denkbar, dass Ethereum-Projekte wie ETH 2.0 und Ethereum Plasma wird die Transaktionsgebühren so weit senken, dass das Lightning Network überflüssig und veraltet wird. Man sollte auch bedenken, dass die Nutzung von WBTC alle enormen Vorteile des Zugangs zu DeFi, was bei LN nicht der Fall ist.
Schließlich – und das ist besonders besorgniserregend – war LN mit einer Reihe von Sicherheitslücken konfrontiert. Dazu gehören:
- Griefing-Angriffe: Das Geld geht nicht verloren, aber die Lightning-Guthaben des Opfers werden gesperrt, sodass der Zahlungskanal keine Transaktionen mehr verarbeiten kann.
- Überschwemmung und Plünderung: Ein Angreifer zwingt zahlreiche Opfer dazu, ihre Gelder gleichzeitig aus der Blockchain abzurufen (Flood). Der Angreifer nutzt diese Überlastung aus, um Gelder zu stehlen, die vor Ablauf der Frist nicht abgerufen werden konnten (Loot).
- Zeitdilatationsangriffe: Ein Angreifer verlängert die Zeit, die ein Opfer benötigt, um neue Blöcke zu erkennen, indem er die Zustellung der Blöcke verzögert.
- Pinning-Angriffe: Ein Angreifer bringt ein Opfer dazu, seinen LN-Kanal unsachgemäß zu schließen, und stiehlt einzelne Transaktionen.
Beim Bitcoin-Lightning-Netzwerk gibt es noch einiges zu tun
Zwar weist das LN Schwachstellen auf, doch bisher hat noch niemand diese ausgenutzt. Da das erforderliche Fachwissen zur Ausnutzung dieser Schwachstellen so hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass dies noch niemandem gelungen ist. Die LN-Entwickler sind zuversichtlich, dass das Aufdecken dieser Schwachstellen das Netzwerk nur stärken wird – dass es sich um eine notwendige Wachstumsphase handelt. Die Entwickler sind zuversichtlich, verschiedene Lösungen für die bisher entdeckten Schwachstellen entwickeln zu können, auch wenn „Pinning“-Angriffe und Zeitdilatationsangriffe Anpassungen sowohl an den LN-Implementierungen als auch an Bitcoin Core erfordern werden.
Das Lightning-Netzwerk steht heute vor vielen Herausforderungen, doch das Protokoll ist noch relativ jung, und solche Probleme sind zu erwarten. Die Lightning-Entwickler werden das Protokoll weiter verbessern und möglicherweise in der Lage sein, die Probleme zu lösen, um die Skalierbarkeit von Bitcoin auf Layer-2 zu verbessern.
Eine nüchterne Einschätzung des Lightning-Netzwerks aus der Vogelperspektive – verfasst von einem Vollzeit-Mitwirkenden an Bitcoin Core – finden Sie in Antoine Riards toller Beitrag.
