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Was ist das Lightning Network?

Vorgeschlagen in einem Whitepaper von 2016, ist das Lightning Network (LN) eine Layer-2-Lösung, die auf Bitcoin aufgebaut ist.

In diesem Artikel werden wir in die Geschichte und den aktuellen Stand des Lightning-Netzwerks von Bitcoin eintauchen.

Warum wurde das Bitcoin Lightning Network geschaffen?

Das Lightning Network wurde als Antwort auf Skalierungsprobleme mit Bitcoin entwickelt, insbesondere in Bezug auf die Geschwindigkeit und die Kosten von Bitcoin-Transaktionen.

Die derzeitige theoretische maximale Anzahl von Transaktionen pro Sekunde (TPS) bei Bitcoin beträgt 10, in der Realität liegt sie jedoch zwischen 3 und 7. Im Gegensatz dazu verarbeitete ein traditioneller Zahlungsabwickler wie VISA im Jahr 2020 durchschnittlich 6.000 TPS (basierend auf VISAs Angabe von 188 Milliarden Transaktionen pro Jahr).

Die Transaktionsgebühren von Bitcoin können stark variieren, abhängig von der aktuellen Nachfrage nach Nutzung des Netzwerks. Zum Beispiel lagen die durchschnittlichen Transaktionsgebühren am 20. April 2021 bei über 50 USD, während sie am 9. August 2021 etwa 2,50 USD betrugen. Für große Transaktionen, wie Banküberweisungen oder internationale Überweisungen, sind die Geschwindigkeit und Kosten von Bitcoin vergleichbar oder überlegen gegenüber Alternativen. Aber wenn Bitcoin für alltägliche Zahlungen (sogenannte Mikro-Transaktionen, z.B. eine Tasse Kaffee, Benzin) verwendet werden soll, muss die Transaktionsgeschwindigkeit erheblich steigen und die Transaktionskosten müssen drastisch sinken.

Lightning Network in der Theorie

Um zu verstehen, wie LN funktioniert und welche aktuellen Herausforderungen LN hat, müssen wir über Bitcoin sprechen. Der begrenzende Faktor des Bitcoin-Netzwerks besteht darin, dass jede Transaktion in einen neuen Block auf der Kette eingefügt werden muss. Da Blöcke etwa alle 10 Minuten zur Kette hinzugefügt werden, gibt es eine feste Grenze für die Anzahl der Transaktionen, die ohne wesentliche Änderungen am Bitcoin-Protokoll möglich sind.

Mehr lesen: Wie funktionieren Bitcoin-Transaktionen?

Debatten über wesentliche Überarbeitungen des Bitcoin-Protokolls haben schon früher stattgefunden und zu 'Hard Forks' geführt, am bemerkenswertesten die Schaffung von Bitcoin Cash. Das Lightning Network ist anstatt der Erstellung einer neuen Blockchain eine Layer-2-Lösung. Das bedeutet, dass es das Bitcoin-Protokoll relativ unverändert lässt, aber die Vorteile größerer Überarbeitungen bringen kann – zumindest theoretisch.

LN funktioniert, indem ein Zahlungskanal zwischen zwei Parteien eingerichtet wird, bei dem nur die erste und letzte Transaktion auf der Bitcoin-Blockchain verzeichnet werden. Jede Anzahl von Transaktionen zwischen der ersten und letzten findet Off-Chain statt, was bedeutet, dass diese Transaktionen nicht durch das Bitcoin-Protokoll begrenzt sind.

Um einen Zahlungskanal zu starten, müssen beide Parteien einen Betrag an Bitcoin festlegen. Dieses Bitcoin wird gehalten und kann nicht freigegeben werden, solange der Zahlungskanal offen bleibt. Der Gesamtbetrag an Bitcoin, der durch diesen Kanal übertragen werden kann, ist der Gesamtbetrag an festgelegtem Bitcoin. Schauen wir uns ein Beispiel an, um dies zu veranschaulichen:

Alice und Bob möchten einen Zahlungskanal miteinander bilden. Alice legt 10 BTC fest und Bob legt 5 BTC in den Zahlungskanal. Eine Eröffnungstransaktion, die die kombinierten 15 BTC von Alice und Bob hält, wird auf die Bitcoin-Blockchain gesetzt. Sobald diese Transaktion zur Blockchain hinzugefügt wurde, was 10 Minuten oder mehr dauern kann, können Alice und Bob eine unbegrenzte Anzahl von Transaktionen zu viel schnelleren Geschwindigkeiten und praktisch ohne Kosten durchführen. Unten sind Transaktionen zwischen Alice und Bob aufgeführt:

1. Alice sendet Bob 1 BTC Alice: 9 BTC Bob: 6 BTC
2. Alice sendet Bob 2 BTC Alice: 7 BTC Bob: 8 BTC
3. Bob sendet Alice 3 BTC Alice: 10 BTC Bob: 5 BTC
4. Bob sendet Alice 1 BTC Alice: 11 BTC Bob: 4 BTC

Wenn eine oder beide Parteien den Kanal schließen möchten, wird eine Schlusstransaktion mit den endgültigen Salden von Alice und Bob an die Blockchain gesendet. In diesem Fall beträgt der endgültige Saldo von Alice 11 BTC und der von Bob 4 BTC.

Was ist, wenn Alice mit Carol transagieren möchte? Nun, es stellt sich heraus, dass Bob einen Zahlungskanal mit Carol hat, also transagiert Alice mit Bob, und Bob leitet die Transaktion an Carol weiter. Beachten Sie, dass Bob in diesem Szenario möglicherweise eine kleine Gebühr für die Weiterleitung der Transaktion nimmt. Im Laufe der Zeit ermöglicht LN durch die Theorie der sechs Grade der Trennung Alice, mit jedem anderen zu transagieren.

Node A transagiert mit Node Q, obwohl es nur direkte Zahlungskanäle mit den Nodes C und B hat.

Lightning Network in der Praxis

LN ist ein relativ neues Protokoll. Es steht vor vielen Herausforderungen, die von der Benutzerfreundlichkeit bis zur Sicherheit reichen.

Es gibt Bedenken, wie einfach es ist, einen LN-Knoten zu betreiben. Damit LN erfolgreich ist, benötigt es ein robustes Netzwerk von Bitcoin-Knoten, die das LN-Protokoll ausführen. Das Betreiben eines LN-Knotens kann ziemlich schwierig sein, und es könnte sein, dass es Anreizprobleme für das Betreiben kleinerer Knoten gibt. Es kann argumentiert werden, dass das Betreiben von LN nicht viel schwieriger ist als das Betreiben eines vollständigen Bitcoin-Knotens. Da LN jedoch hauptsächlich auf Mikro-Transaktionen abzielt, wird die alltägliche Erfahrung mit LN durch LN-fähige Wallets erfolgen. Im Gegensatz zu einigen der etablierten Bitcoin-Wallets bedeutet die Neuheit dieser LN-fähigen Wallets, dass es Kompromisse zwischen verwahrenden und nicht-verwahrenden Versionen gibt. Die nicht-verwahrenden LN-Wallets sind schwerer zu nutzen - verwirrender, weniger direkt. Die verwahrenden Optionen sind einfacher zu nutzen, aber man muss sich auf einen Drittanbieter mit seinem Bitcoin verlassen.

Mehr lesen: Verstehen Sie den Unterschied zwischen verwahrenden und nicht-verwahrenden Wallets und wie es sich auf die wirtschaftliche Freiheit bezieht.

LN muss sich auch mit Wettbewerbern auseinandersetzen. Im Februar 2024 hat LN ungefähr 5.000 BTC gebunden. Das mag nach viel klingen, aber im Vergleich dazu sind über 150.000 Bitcoin auf Ethereum (WBTC, Wrapped Bitcoin) im Februar 2024 gebunden. Da die Blockzeiten auf Ethereum ungefähr alle 14 Sekunden im Gegensatz zu den 10 Minuten bei Bitcoin sind, ist es bereits viel schneller, Bitcoin über WBTC im Ethereum-Netzwerk zu transagieren. Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass Ethereum-Projekte wie ETH 2.0 und Ethereum Plasma die Transaktionsgebühren so weit senken werden, dass das Lightning Network unnötig und obsolet wird. Es ist auch wichtig zu bedenken, dass die Nutzung von WBTC alle massiven Vorteile des Zugangs zu DeFi mit sich bringt, die LN nicht bietet.

Zuletzt und am besorgniserregendsten ist LN mit einer Reihe von Schwachstellen konfrontiert. Dazu gehören:

• Griefing-Angriffe: Es gehen keine Gelder verloren, aber es führt dazu, dass die Lightning-Gelder des Opfers eingefroren werden, sodass der Zahlungskanal keine Transaktionen verarbeiten kann.
• Flood and loot: Ein Angreifer zwingt viele Opfer, ihre Gelder gleichzeitig von der Blockchain zu beanspruchen (Flut). Der Angreifer nutzt diese Überlastung, um Gelder zu stehlen, die nicht vor Ablauf der Frist beansprucht werden konnten (Plünderung).
• Zeitdilatationsangriffe: Ein Angreifer verlängert die Zeit, die ein Opfer benötigt, um von neuen Blöcken Kenntnis zu nehmen, indem er die Blocklieferung verzögert.
• Pinning-Angriffe: Ein Angreifer täuscht ein Opfer dazu, seinen LN-Kanal falsch zu schließen und stiehlt einzelne Transaktionen.

Arbeit, die noch am Bitcoin Lightning Network zu leisten ist

Obwohl LN unter Schwachstellen leidet, hat sie bisher niemand ausgenutzt. Es ist wahrscheinlich, dass, da die erforderliche Expertise für die Ausnutzung dieser Schwachstellen so hoch ist, noch niemand dies getan hat. LN-Entwickler sind zuversichtlich, dass die Entdeckung dieser Schwachstellen das Netzwerk nur stärker machen wird - dass es eine notwendige Wachstumsphase ist. Die Entwickler sind optimistisch, verschiedene Lösungen für die bisher entdeckten Schwachstellen zu schaffen, obwohl Pinning-Angriffe und Zeitdilatationsangriffe Anpassungen sowohl der LN-Implementierungen als auch des Bitcoin Cores gleichzeitig erfordern werden.

Das Lightning Network von heute steht vor vielen Herausforderungen, aber das Protokoll ist noch relativ jung und solche Probleme sind zu erwarten. Lightning-Entwickler werden das Protokoll weiter verbessern und könnten in der Lage sein, die Probleme zu lösen, um Bitcoin auf Layer-2 zu skalieren.

Mehr lesen: Verstehen Sie die Unterschiede zwischen Bitcoin und Bitcoin Cash und warum Bitcoin Cash weitgehend einem anderen Anwendungsfall dient.

Für eine nüchterne Bewertung des Lightning Networks aus der Vogelperspektive, geschrieben von einem Vollzeit-Bitcoin-Core-Beitragenden, sehen Sie sich Antoine Riards ausgezeichneten Beitrag an.