Zaproponowano w Raport z 2016 r., Lightning Network (LN) to rozwiązanie warstwy drugiej oparte na sieci Bitcoin.
W niniejszym artykule przyjrzymy się historii oraz aktualnemu stanowi sieci Lightning Network w systemie Bitcoin.
Dlaczego powstała sieć Lightning Network dla Bitcoina?
Sieć Lightning Network powstała w odpowiedzi na problemy związane ze skalowalnością Bitcoina, a mianowicie z szybkością i kosztami transakcji bitcoinowych.
Obecna teoretyczna maksymalna liczba transakcji na sekundę (TPS) w sieci Bitcoin wynosi 10, choć w rzeczywistości mieści się ona w przedziale od 3 do 7. Dla porównania, tradycyjne systemy płatnicze, takie jak VISA, obsłużyły w 2020 roku średnio 6 000 TPS (według danych Twierdzenie firmy VISA (188 miliardów transakcji rocznie).
Opłaty transakcyjne związane z Bitcoinem mogą się znacznie różnić w zależności od aktualnego obciążenia sieci. Na przykład 20 kwietnia 2021 r. średnie opłaty transakcyjne przekraczały 50 dolarów, podczas gdy 9 sierpnia 2021 r. średnia wynosiła około 2,50 dolara. W przypadku dużych transakcji, takich jak przelewy bankowe czy międzynarodowe przekazy pieniężne, szybkość i koszt transakcji w sieci Bitcoin są porównywalne lub lepsze od alternatywnych rozwiązań. Jeśli jednak Bitcoin ma być wykorzystywany do codziennych płatności (tzw. mikrotransakcje, np. filiżanka kawy, paliwo), prędkość transakcji musi wzrosnąć, a koszty transakcji muszą drastycznie spaść.
Sieć Lightning w teorii
Aby zrozumieć, jak działa LN oraz jakie wyzwania stoją obecnie przed tą siecią, musimy poruszyć temat Bitcoina. Czynnikiem ograniczającym sieć Bitcoin jest to, że każda transakcja musi zostać umieszczona w nowym bloku w łańcuchu. Ponieważ bloki są dodawane do łańcucha mniej więcej co 10 minut, istnieje sztywny limit liczby transakcji, które można przeprowadzić bez znaczącej modyfikacji protokołu Bitcoin.
Czytaj więcej: Jak działają transakcje bitcoinowe?
Debaty na temat gruntownych zmian w protokole Bitcoina miały już miejsce w przeszłości i doprowadziły do powstania tzw. „hard forków”, z których najbardziej znanym jest powstanie Bitcoin Cash. Sieć Lightning Network, zamiast tworzyć nowy łańcuch bloków, stanowi rozwiązanie warstwy drugiej. Oznacza to, że pozwala ona na pozostawienie protokołu Bitcoin w stanie względnie niezmienionym, zapewniając jednocześnie korzyści, jakie mogłyby przynieść poważne zmiany — przynajmniej w teorii.
LN działa poprzez utworzenie kanału płatniczego między dwiema stronami, w ramach którego tylko pierwsza i ostatnia transakcja są zapisywane w łańcuchu bloków Bitcoina. Wszelkie transakcje pomiędzy pierwszą a ostatnią odbywają się poza łańcuchem, co oznacza, że nie podlegają one ograniczeniom protokołu Bitcoin.
Aby uruchomić kanał płatniczy, obie strony muszą zablokować określoną kwotę bitcoinów. Kwota ta pozostaje zablokowana i nie może zostać uwolniona tak długo, jak długo kanał płatniczy pozostaje otwarty. Łączna kwota bitcoinów, jaką można przelać za pośrednictwem tego kanału, odpowiada łącznej kwocie zablokowanych bitcoinów. Przyjrzyjmy się przykładowi, który to ilustruje:
Alice i Bob chcą utworzyć między sobą kanał płatniczy. Alice wpłaca do kanału płatniczego 10 BTC, a Bob – 5 BTC. Transakcja otwierająca, obejmująca łącznie 15 BTC należących do Alicji i Boba, zostaje umieszczona w łańcuchu bloków Bitcoin. Po dodaniu tej transakcji do łańcucha bloków, co może zająć 10 minut lub więcej, Alicja i Bob mogą przeprowadzać nieograniczoną liczbę transakcji ze znacznie większą szybkością i praktycznie bez żadnych kosztów. Poniżej przedstawiono transakcje między Alicją a Bobem:
- Alice wysyła Bobowi 1 BTC Alice: 9 BTC Bob: 6 BTC
- Alice wysyła Bobowi 2 BTC Alice: 7 BTC Bob: 8 BTC
- Bob wysyła Alicji 3 BTC Alicja: 10 BTC Bob: 5 BTC
- Bob wysyła Alicji 1 BTC Alicja: 11 BTC Bob: 4 BTC
Gdy jedna ze stron lub obie strony chcą zamknąć kanał, do łańcucha bloków wysyłana jest transakcja zamykająca zawierająca końcowe salda Alicji i Boba. W tym przypadku końcowe saldo Alicji wynosi 11 BTC, a Boba – 4 BTC.
A co, jeśli Alicja chce przeprowadzić transakcję z Carol? Cóż, tak się składa, że Bob ma kanał płatniczy z Carol, więc Alicja przeprowadza transakcję z Bobem, a Bob przekazuje ją dalej do Carol. Należy zauważyć, że w tym scenariuszu Bob może pobrać niewielką opłatę za przekazanie transakcji. Z biegiem czasu, zgodnie z teorią sześć stopni oddalenia, LN umożliwia Alicji przeprowadzanie transakcji z dowolną osobą.
Węzeł A przeprowadza transakcję z węzłem Q, mimo że posiada bezpośrednie kanały płatnicze jedynie z węzłami C i B.
Sieć Lightning w praktyce
LN to stosunkowo nowy protokół. Stoi przed wieloma wyzwaniami, od kwestii użyteczności po bezpieczeństwo.
Pojawiają się obawy dotyczące tego, jak łatwe jest prowadzenie węzła LN. Aby sieć LN odniosła sukces, potrzebna jest solidna sieć węzłów Bitcoin obsługujących protokół LN. Prowadzenie węzła LN może być dość trudne i może się zdarzyć, że pojawią się problemy związane z zachętami płatniczymi do obsługi mniejszych węzłów. Można jednak argumentować, że prowadzenie sieci LN nie jest o wiele trudniejsze niż prowadzenie pełnego węzła bitcoinowego. Ponieważ jednak LN jest przeznaczona głównie do mikrotransakcji, codzienne korzystanie z LN będzie odbywać się za pośrednictwem portfeli obsługujących LN. W przeciwieństwie do niektórych bardziej uznanych portfeli bitcoinowych, nowość tych portfeli obsługujących LN oznacza, że istnieją kompromisy między przechowywaniem a niepolegające na sprawowaniu opieki wersje. Portfele LN bez powiernictwa są trudniejsze w obsłudze — bardziej skomplikowane i mniej intuicyjne. Portfele z powiernictwem są łatwiejsze w obsłudze, ale w przypadku swoich bitcoinów musisz polegać na podmiocie zewnętrznym.
Czytaj więcej: Dowiedz się więcej różnica między portfelami z przechowywaniem kluczy a portfelami bez przechowywania kluczy, oraz w jaki sposób wiąże się to z wolnością gospodarczą.
LN musi również zmierzyć się z konkurencją. Według stanu na luty 2024 r. firma LN pozyskała około 5 000 BTC. Może się to wydawać sporą kwotą, ale dla porównania – według stanu na luty 2024 r. na sieci Ethereum zablokowanych jest ponad 150 000 bitcoinów (WBTC, „wrapped Bitcoin”). Ponieważ czas tworzenia bloku w sieci Ethereum wynosi około 14 sekund, w przeciwieństwie do 10 minut w przypadku Bitcoina, przeprowadzanie transakcji Bitcoinem za pośrednictwem WBTC w sieci Ethereum jest już znacznie szybsze. Co więcej, można sobie wyobrazić, że projekty oparte na Ethereum, takie jak ETH 2.0 a Ethereum Plasma obniży opłaty transakcyjne na tyle, że sieć Lightning stanie się zbędna i przestarzała. Należy również pamiętać, że korzystanie z WBTC wiąże się z ogromnymi korzyściami wynikającymi z dostępu do DeFi, czego nie robi LN.
Wreszcie, co budzi największe obawy, w systemie LN wykryto szereg luk w zabezpieczeniach. Należą do nich:
- Ataki typu „griefing”: Środki nie zostają utracone, ale powoduje to zamrożenie środków ofiary w sieci Lightning, przez co kanał płatniczy nie może przetwarzać żadnych transakcji.
- Powódź i grabież: Atakujący zmusza wiele ofiar do jednoczesnego odebrania środków z łańcucha bloków (flood). Wykorzystując to przeciążenie, atakujący kradnie środki, których nie udało się odebrać przed upływem terminu (loot).
- Ataki związane z dylatacją czasu: Atakujący wydłuża czas, w którym ofiara dowiaduje się o nowych blokach, opóźniając ich dostarczenie.
- Ataki typu „pinning”: Atakujący nakłania ofiarę do nieprawidłowego zamknięcia kanału LN i kradnie poszczególne transakcje.
Prace, które należy jeszcze wykonać w sieci Lightning Network dla Bitcoina
Chociaż sieć LN ma luki w zabezpieczeniach, nikt jak dotąd nie wykorzystał ich w praktyce. Prawdopodobnie wynika to z faktu, że wiedza specjalistyczna wymagana do przeprowadzenia ataków wykorzystujących te luki jest tak zaawansowana, że nikomu się to jeszcze nie udało. Twórcy LN są przekonani, że wykrywanie tych luk tylko wzmocni sieć – jest to niezbędny etap rozwoju. Twórcy są optymistycznie nastawieni do opracowania różnych poprawek dla wykrytych dotychczas luk, choć ataki typu „pinning” i ataki związane z dylatacją czasu będą wymagały jednoczesnych modyfikacji zarówno implementacji LN, jak i Bitcoin Core.
Obecna sieć Lightning Network stoi przed wieloma wyzwaniami, ale protokół ten jest wciąż stosunkowo młody i tego rodzaju problemy są czymś naturalnym. Programiści Lightning Network będą nadal udoskonalać protokół i być może uda im się rozwiązać te problemy, przyczyniając się do skalowania Bitcoina w warstwie drugiej.
Czytaj więcej: Poznaj różnice między Bitcoinem a Bitcoin Cash oraz dowiedz się, dlaczego Bitcoin Cash służy w dużej mierze do innych zastosowań.
Jeśli szukasz obiektywnej analizy sieci Lightning Network z perspektywy 10 000 stóp — napisanej przy tym przez pełnoetatowego współpracownika projektu Bitcoin Core — zapoznaj się z artykułem Antoine’a Riarda świetny wpis.
