Предложено в Белая книга 2016 года, Lightning Network (LN) — это решение второго уровня, построенное на базе Bitcoin.
В этой статье мы подробно рассмотрим историю и современное состояние сети Lightning Network для Биткойна.
Почему была создана сеть Lightning Network для Биткойна?
Сеть Lightning Network была создана в ответ на проблемы с масштабируемостью биткоина, а именно на низкую скорость и высокую стоимость биткоин-транзакций.
Теоретический максимальный показатель количества транзакций в секунду (TPS) для биткоина в настоящее время составляет 10, хотя в реальности он колеблется от 3 до 7. Для сравнения: традиционные платежные системы, такие как VISA, в 2020 году обрабатывали в среднем 6 000 TPS (по данным Заявление компании VISA (188 миллиардов транзакций в год).
Комиссии за транзакции в сети Биткойн могут значительно варьироваться в зависимости от текущей загруженности сети. Например, 20 апреля 2021 года средняя комиссия за транзакцию превышала 50 долларов, тогда как 9 августа 2021 года она составляла около 2,50 доллара. Для крупных транзакций, таких как банковские переводы или международные денежные переводы, скорость и стоимость биткоина сопоставимы с альтернативными вариантами или превосходят их. Но если биткоин будет использоваться для повседневных платежи (так называемые микротранзакции, например, чашка кофе, бензин), скорость транзакций должна увеличиться, а транзакционные издержки — резко снизиться.
Lightning Network в теории
Чтобы понять, как работает LN, а также какие проблемы стоят перед ней в настоящее время, нам нужно поговорить о Биткойне. Ограничивающим фактором сети Биткойна является то, что каждая транзакция должна быть включена в новый блок в цепочке. Поскольку блоки добавляются в цепочку примерно каждые 10 минут, существует жесткое ограничение на количество возможных транзакций без существенного изменения протокола Биткойна.
Подробнее: Как работают транзакции с биткойнами?
Ранее уже велись дискуссии о кардинальной переработке протокола Биткойна, которые приводили к «хард-форкам», наиболее известным из которых стало создание Bitcoin Cash. Сеть Lightning Network, вместо создания новой цепочки блоков, представляет собой решение второго уровня. Это означает, что она позволяет протоколу Биткойна оставаться относительно неизменным, но при этом обеспечивает преимущества, которые могли бы дать крупные переработки — по крайней мере, в теории.
LN работает путем создания платежного канала между двумя сторонами, при этом в блокчейне Биткойна фиксируются только первая и последняя транзакции. Любое количество транзакций между первой и последней будет происходить вне цепочки, что означает, что эти транзакции не ограничиваются протоколом Биткойна.
Чтобы открыть платежный канал, обе стороны должны заблокировать определённую сумму в биткойнах. Эти биткойны остаются заблокированными и не могут быть освобождены до тех пор, пока платежный канал остаётся открытым. Общая сумма биткойнов, которую можно перевести через этот канал, равна общей сумме заблокированных биткойнов. Рассмотрим пример, чтобы наглядно проиллюстрировать это:
Элис и Боб хотят создать между собой платежный канал. Элис вносит в платежный канал 10 BTC, а Боб — 5 BTC. В блокчейн Биткойна заносится стартовая транзакция, содержащая общую сумму 15 BTC, принадлежащую Алисе и Бобу. Как только эта транзакция будет добавлена в блокчейн (что может занять 10 минут или более), Алиса и Боб смогут совершать неограниченное количество транзакций с гораздо большей скоростью и практически без затрат. Ниже приведены транзакции между Алисой и Бобом:
- Элис отправляет Бобу 1 BTC Элис: 9 BTC Боб: 6 BTC
- Элис отправляет Бобу 2 BTC Элис: 7 BTC Боб: 8 BTC
- Боб отправляет Алисе 3 BTC Алиса: 10 BTC Боб: 5 BTC
- Боб отправляет Алисе 1 BTC Алиса: 11 BTC Боб: 4 BTC
Когда один из участников или оба желают закрыть канал, в блокчейн отправляется транзакция закрытия с указанием окончательных остатков на счетах Алисы и Боба. В данном случае окончательный остаток на счете Алисы составляет 11 BTC, а на счете Боба — 4 BTC.
А что, если Алиса захочет совершить транзакцию с Кэрол? Так вот, оказывается, что у Боба есть платежный канал с Кэрол, поэтому Алиса совершает транзакцию с Бобом, а Боб передает её Кэрол. Обратите внимание, что в этом сценарии Боб может взять небольшую комиссию за передачу транзакции. Со временем, согласно теории шесть степеней разделения, LN позволяет Алисе осуществлять транзакции с кем угодно.
Узел A осуществляет транзакции с узлом Q, несмотря на то что у него есть прямые платежные каналы только с узлами C и B.
Lightning Network на практике
LN — это относительно новый протокол. Он сталкивается со множеством проблем, начиная от удобства использования и заканчивая безопасностью.
Существуют опасения относительно того, насколько просто запустить узел LN. Для успешного функционирования LN необходима надежная сеть узлов Bitcoin, на которых работает протокол LN. Запуск узла LN может быть довольно сложно и вполне возможно, что здесь возникают проблемы, связанные со стимулированием платежей для работы небольших узлов. Впрочем, можно утверждать, что работа с LN не намного сложнее, чем работа с полным биткойн-узлом. Однако, поскольку LN в основном ориентирована на микротранзакции, повседневное взаимодействие с LN будет происходить через кошельки с поддержкой LN. В отличие от некоторых более устоявшихся биткойн-кошельков, новизна этих кошельков с поддержкой LN означает наличие компромиссов между кастодиальными и не связанный с хранением версии. Кошельки LN без хранения ключей сложнее в использовании — они более запутанные и менее понятные. Варианты с хранением ключей проще в использовании, но вам приходится доверять свои биткойны третьей стороне.
Подробнее: Понять разница между кошельками с хранением и без хранения, и как это связано с экономической свободой.
LN также приходится бороться с конкурентами. По состоянию на февраль 2024 года LN обеспечила себе около 5 000 BTC. Это может показаться значительной суммой, но для сравнения: по состоянию на февраль 2024 года на Ethereum заблокировано более 150 000 биткойнов (WBTC, «обернутые» биткойны). Поскольку время формирования блока в сети Ethereum составляет примерно 14 секунд, в отличие от 10 минут у Биткойна, совершать транзакции с биткойнами через WBTC в сети Ethereum уже сейчас намного быстрее. Кроме того, вполне возможно, что такие проекты на Ethereum, как ETH 2.0 а Ethereum Plasma позволит снизить комиссии за транзакции настолько, что сеть Lightning Network станет ненужной и устаревшей. Также важно помнить, что использование WBTC дает все огромные преимущества доступа к DeFi, чего у LN нет.
И наконец, что вызывает наибольшую озабоченность, в LN был обнаружен ряд уязвимостей. К ним относятся:
- Атаки с целью досаждения: Средства не теряются, но это приводит к заморозке средств жертвы в сети Lightning, в результате чего платежный канал не может обрабатывать никакие транзакции.
- Наводнение и мародерство: Злоумышленник заставляет множество жертв одновременно запрашивать свои средства из блокчейна (flood). Злоумышленник использует эту перегрузку, чтобы похитить средства, которые не удалось забрать до истечения срока (loot).
- Атаки с использованием замедления времени: Злоумышленник увеличивает время, за которое жертва узнает о появлении новых блоков, задерживая их доставку.
- Атаки с фиксацией: Злоумышленник обманом заставляет жертву некорректно закрыть канал LN и похищает отдельные транзакции.
Еще предстоит проделать большую работу над сетью Lightning для Биткойна
Несмотря на то что в LN обнаружены уязвимости, пока никто ими не воспользовался. Вероятно, это связано с тем, что для реализации атак, использующих эти уязвимости, требуются очень высокие технические навыки, и пока никому это не удалось. Разработчики LN уверены, что обнаружение этих уязвимостей только укрепит сеть — это необходимый этап развития. Разработчики с оптимизмом смотрят на создание различных исправлений для обнаруженных на данный момент уязвимостей, хотя для защиты от атак типа «pinning» и атак с задержкой времени потребуется одновременно внести изменения как в реализации LN, так и в Bitcoin Core.
Сегодня сеть Lightning сталкивается со множеством проблем, но протокол всё ещё относительно молод, и подобные сложности вполне ожидаемы. Разработчики Lightning будут и дальше совершенствовать протокол и, возможно, смогут решить эти проблемы, что поможет масштабированию Биткойна на втором уровне.
Если вы хотите ознакомиться с объективным анализом Lightning Network, написанным, при этом, постоянным участником проекта Bitcoin Core, ознакомьтесь со статьёй Антуана Риарда отличный пост.
