Lightning Network: Co to je a může vyřešit bitcoinův problém změny měřítka?

Satashi Nakamoto zaslal v pátek 31. října 2008 na poštovní seznam kryptografií návrh „nového elektronického hotovostního systému, který je plně peer-to-peer, bez důvěryhodné třetí strany“. První odpověď - poprvé veřejně komentoval bitcoiny - přišla následující neděle: „Velmi, velmi potřebujeme takový systém, “ napsal James A. Donald, „ale jak chápu váš návrh, nezdá se, že by se škálovalo na požadovanou velikost.“

Tato kritika, která bude pokračovat o 10 let později, stále přetrvává. Dokonce i nejhorlivější evangelisté bitcoinů připouštějí, že pro malé, každodenní nákupy je to bezcenné. Lightning Network, jeden z nejslibnějších projektů v oblasti škálování bitcoinů, který právě probíhá, by to mohla změnit.

Blesková síť

Ve svém vystoupení na summitu Blockstack v červenci 2017 uvedla generální ředitelka Lightning Labs Elizabeth Stark tuto první kritiku Nakamotovy elektronické hotovosti, ale vyjádřila jistotu, že bitcoiny se ve skutečnosti mohou rozšířit. "V zásadě jsme v roce 1995 znovu, pokud jde o blockchainy a decentralizované technologie, " řekla s odkazem na čas, než internet získal HTTP a další transportní a aplikační vrstvy TCP / IP.

Mezi nejvíce mluvené aplikace „vrstvy 2“ pro bitcoinový blockchain patří blesková síť. Nejprve navrhli Joseph Poon a Tadge, aka Thaddeus Dryja v roce 2015 (nejnovější verze jejich whitepaper je k dispozici zde), blesk byl zpracován do funkční specifikace nazvané lightning-rfc nebo "BOLTS" třemi společnostmi, z nichž každá má vlastní implementace: Lightning Labs má lnd, Blockstream má c-lightning a ACINQ má eclair. Jsou také vyvíjeny implementace jiné než BOTLS, jako je hrom.

Blesková síť je již v provozu, ale je v extrémním dětství. Skutečný bitcoin byl odeslán a téměř vždy přijat pomocí implementací Lightning Labs, Blockstream a ACINQ a všechny tři jsou interoperabilní. Níže uvedené video ukazuje inženýra ACINQ, který téměř okamžitě odesílá 0, 000001 bitcoinu (asi 0, 01 $) z uzlu eklairu do uzlu lc uzlem c-lightning:

Abychom viděli, jak velké zlepšení to představuje, zkusili jsme podobnou transakci na bitcoinové blockchainu pomocí aplikace GreenAddress, mobilní peněženky. Aplikace navrhla platit horníkům 0, 00001907 BTC (0, 19 $): poplatek 1, 907%. I když není jasné, kolik bloků měl tento poplatek potvrdit (došli jsme se na adresu GreenAddress, abychom to zjistili), odpověď je pravděpodobně šest bloků, nebo přibližně hodinu.

Nikdy však nezjistíme, jak dlouho by tato transakce skutečně trvala, ačkoli: chybová zpráva nás informovala, že „výstupy pod 546 satoshi [$ 0, 05] jsou bitcoiny považovány za nehospodárný prach. Prosím, zvyšte hodnotu.“

Lightning Labs také testoval atomové swapy napříč řetězci pomocí sítě; jedná se o převody hodnoty mezi různými blockchainy, v tomto případě bitcoinem a litecoinem, které potenciálně označují první krok k budování decentralizovaných výměn.

Blesk umožňuje mikroplatby, které bitcoiny samy o sobě nemohou, ale stávající implementace jsou stále buggy. Stark naléhá na uživatele, aby se dozvěděli o blesku pomocí bitcoinových "testnetů" (tj. Použití falešných peněz), spíše než "mainnet". V době psaní však bylo na mainnetu provedeno přibližně 50 000 transakcí v hodnotě 50 000 USD a někteří lidé přišli o chybu na blesku typu c-lightning. (Christian Decker, hlavní technický technik společnosti Blockstream, mi prostřednictvím e-mailu řekl, že finanční prostředky byly ve většině případů nakonec získány zpět.)

Jak tedy funguje blesk?

Jak funguje Lightning

Řešení Lightning je založeno na obousměrných platebních kanálech mimo řetězec. Řekněme, že Alice a Bob často spolu komunikují v malém množství. Platby za řetězec nejsou v tomto případě praktické kvůli poplatkům a dlouhým potvrzovacím dobám, takže se rozhodnou otevřít kanál, který jim umožní odesílat bitcoiny sem a tam, okamžitě a bez poplatků.

Otevření kanálu

K otevření kanálu Alice, Bob nebo obojí přispívají jistým množstvím bitcoinů na zvláštní adresu prostřednictvím tzv. Finanční transakce (zelené pole v diagramu níže). Řekněte Alice přispívá 1 BTC. Odešle finanční prostředky na tzv. Multisigovou adresu 2 ze 2, což vyžaduje, aby Alice i Bob kryptograficky „podepsali“ jakoukoli odesílající transakci svými soukromými klíči. Normální transakce vyžaduje pouze podpis soukromého klíče (jednoho) soukromého klíče, který odpovídá veřejnému klíči odesílající adresy.

Důležité je, že transakce financování ještě není podepsána nebo vysílána do sítě.

Všechny obrázky pocházejí z Poon a Dryja.

Dále Alice a Bob vytvoří „závazkovou transakci“ využívající finanční transakci jako její „nadřazenou“: používají jako nepotvrzený výstup 1 BTC jako vstup pro „podřízenou“ transakci, která Alice odesílá 0, 5 BTC (výstup 0) a 0, 5 BTC na Bob (výstup 1). Pokud protestujete, že bitcoinový protokol neumožňuje uživatelům podepsat útratu, aniž by znali podpisy vstupu, byla tato schopnost udělena pomocí měkké vidlice.

Alice poté podepíše výstup, když Bobovi pošle 0, 5 BTC; Bob podepíše výstup odesláním 0, 5 BTC Alice. Oba pak podepíší a vysílají transakci financování, která je vázána na bitcoinový blockchain (a podléhá síťovým poplatkům a čekacím dobám).

Nyní mají otevřený platební kanál, přes který mohou okamžitě a bezplatně dopravovat bitcoiny sem a tam a zdarma. Alice nebo Bob jej mohou kdykoli uzavřít a nárokovat si každých 0, 5 BTC, nebo cokoli je aktualizovaný zůstatek.

Otevření kanálu ... V angličtině

Pokud již o víčkách bleskové sítě nevíte dost, je pravděpodobně obtížné strávit "podepsat zde, počáteční zde, utratit to, vyslat to - ne to ne".

Zde je více koncepční popis. Finanční transakce je taková, jak zní: poskytuje prostředky pro kanál. Funguje také jako strop pro kanál: žádná ze stran nemůže skončit s vyšší než počáteční částkou financování a zůstatky obou stran se musí k této částce přidat. Důvodem, proč je transakce financování vytvořena jako první, ale poslední vysílání, je to, že pokud by byla jednoduše zaúčtována do blockchainu v jednom kroku, nebylo by nic provedeno kromě jediné transakce prosté vanilky. Blesk nečiní ty rychlejší nebo levnější.

Ponecháním finanční transakce otevřené, vložením závazkové transakce - která, jak je popsáno níže, funguje jako druh chytré smlouvy - a poté uzavírá finanční transakci, bleskotvorné výběry otevřou v síti nějakou červí díru. To vám umožní pohybovat bitcoiny tam a zpět po jediné definované cestě. Používáte bitcoinový protokol, ale obcházíte zpoždění a náklady způsobené horníkům.

Vedení Lightning Trustless

Řekni Bob nyní chce zaplatit Alice 0, 1 BTC pomocí svého otevřeného kanálu. Obě strany jednoduše aktualizují závazkovou transakci - není třeba se obracet na horníky. Zůstatek, dříve 0, 5 BTC, je nyní 0, 6 BTC Alice, 0, 4 BTC Bobovi.

Jediným problémem je, jak to bezpečně udělat ">

Nalezení kryptografického řešení tohoto dilematu se zredukuje na jeden cíl: znemožnění podpisu staré transakce a uzavření kanálu způsobem, který odráží předchozí stav. Dokud je to možné, má blesk problém s dvojnásobnou útratou.

Nezapomeňte, že Bob podepíše jednu polovinu transakce se závazkem (Závazek Tx 1a níže), kterou může vysílat pouze Alice, protože její chybí podpis. Alice podepíše druhou (Commitment Tx 1b), kterou pak může vysílat pouze Bob. Jeden může tak učinit a uzavřít kanál, ale s použitím bitcoinových (omezených) inteligentních schopností psaní kontraktů mohou být výstupy obou polovin transakce se závazkem podrobeny různým omezením. Konkrétně jeden výstup může příjemci umožnit okamžitě utratit finanční prostředky, zatímco druhý může být předmětem kterékoli strany - prostřednictvím smlouvy o zpětně splatné sekvenční splatnosti (RSMC) - na dobu určitou, například 1000 bloků, nebo přibližně týden.

Proto je to užitečné. Pokud se ukáže, že Bob je nevyzpytatelný a nepředvídaný, může podepsat a vyslat pouze závazek Tx 1b (výše), který Alice okamžitě vyplatí (dodávka 1b) a drží své prostředky v odvolacím limbu po dobu jednoho týdne (vratná dodávka 1b). Alice, když viděla, že se ji Bob pokusil změnit, může vyvolat odvolání a požadovat nejen 0, 1 BTC, který se Bob pokusil ukrást, ale 0, 4 BTC, na které by jinak měl nárok.

Jinými slovy, celý kanál jde do Alice, pokud chytí Bobova podvádění. Je to možné, protože když strany vytvoří novou transakci se závazkem (C2a a C2b níže), která ve skutečnosti slibují, že nebudou vysílat starou transakci se závazkem (C1a nebo C1b), vloží své peníze tam, kde jsou jejich ústa. Spolu s novou transakcí závazku vytvářejí transakci nápravy porušení s dvěma výstupy (BR1a a BR1b), které se vztahují na předchozí závazek. Alice dává Bobovi soukromý klíč pro jeho polovinu transakce nápravy porušení a naopak. Nyní, pokud se jeden z nich pokusí vyslat starou transakci, může protistrana využít čekací lhůty 1000 bloků a před touto transakcí se obrátit, přičemž vezme celou částku strany, která je stranou trestného činu.

Problém je v tom, že Alice musí věnovat svým kanálům polokonstantní pozornost, aby ji Bob nezachytil za 1000 bloků. Poon a Dryja navrhují určit některou třetí stranu, jejímž úkolem je vyvolávat transakce nápravy porušení - ty, které odměňují všechny prostředky kanálu neoprávněné straně - když se protistrana pokouší podvádět. Tyto pokuty by mohly být zaplaceny z pokuty.

Olaoluwa Osuntokun, spoluzakladatel společnosti Lightning Labs a CTO, vyvíjí „strážní věže“, které budou sloužit jako tyto vymáhače třetích stran. Přestože byly vzneseny obavy, že tyto uzly by mohly fungovat jako důvěryhodné strany a zavádět do sítě nejistotu, Osuntokun říká CoinDesk, že pro daný kanál bude zapotřebí pouze jedna čestná strážní věž.

Také, jak Christian Decker, hlavní technický technik společnosti Blockstream, poukazuje v e-mailu, podvod je riskantní. Je to důležitá hazardní hra, která předpokládá, že se strana, kterou se pokoušíte okrást, nebude kontrolovat alespoň jednou týdně a riziko ztráty všech peněz ve vašem kanálu může být dost odrazující.

Propojení kanálů

Ve skutečném světě Alice nechce obchodovat výhradně s Bobem, ani s Bobem výhradně s Alice. Oba mají libovolný počet protistran, které musí zaplatit a dostávat zaplaceno. Otevření kanálů u každé z těchto stran by bylo nepraktické. I kdyby bylo uživatelské rozhraní zjednodušeno k dokonalosti, jen málokdo by měl likviditu nezbytnou pro vázání bitcoinů na tucet nebo více otevřených kanálů.

Naštěstí nemusí. Jak ukazuje výše uvedené video, uživatelé mohou směrovat platby prostřednictvím kanálů přechodných uživatelů, takže platit komukoli s otevřeným kanálem nebo dvěma by mělo být možné na principu šesti stupňů oddělení. Na rozdíl od transakcí v rámci jednoho kanálu budou tyto vícekanálové transakce pravděpodobně zahrnovat malé poplatky, které budou motivovat uzly k financování kanálů a udržovat je otevřené. Směrování cibule, technika používaná k maskování uživatelů prohlížeče TOR, zabraňuje prostředním uzlům vidět celou cestu, kterou transakce přijala, což zmírňuje obavy o ochranu soukromí.

Jak dobře tato síť kanálů funguje v praxi, je třeba ještě vidět a je možné si představit, že pokud platby musí brát příliš spletitou trasu - s příliš velkým množstvím „chmele“ prostřednictvím přechodných kanálů - poplatky účtované těmito uživateli by se mohly sčítat.

Může blesk zůstat decentralizovaný ">

Tyto starosti souvisejí s tou, která pro kritiky představuje nepřekonatelnou chybu v bleskové síti. V dnešních implementacích přichází kanál s limitem: množství bitcoinů v počáteční transakci financování omezuje celkovou částku peněz v kanálu.

Tato situace ukládá kompromis uživatelům s přiměřeně omezenými zdroji. Mohou buď financovat kanály s velkým množstvím bitcoinů, aby zajistily, že mají prostředky na provedení jakékoli platby, kterou potřebují, nebo mohou financovat menší kanály a mít bitcoiny k dispozici pro další použití. (Protože platby mohou být směrovány přes propojené kanály, daný uživatel pravděpodobně nemusí otevírat více než hrst kanálů, a možná jen pár.)

Volba se scvrkává na likviditu uvnitř bleskových kanálů nebo likviditu mimo ně, v řetězci. Volba financování likvidních platebních kanálů by mohla být riskantní, pokud strážní věže nebo jiné řešení nezabrání ztrátě finančních prostředků v důsledku nepozornosti. Na druhou stranu, pokud jsou platební kanály zabezpečeny a blesk se stává hlavní metodou každodenního používání bitcoinů, s ponecháním finančních prostředků v kanálech by bylo málo problematické. Sloužily by jako „dobíjecí debetní karta nebo hotovost“, jak uvádí Decker, zatímco hlavní řetězec funguje jako spořicí účet.

Stark uvádí podobný argument: financování kanálu blesků vám brání používat tento bitcoin pro cokoli jiného, ​​s výjimkou „sítě potenciálně mnoha uzlů, které napříč multihopem přijímají bitcoiny okamžitě, “ napsala e-mailem. „Předpokládáme, že finanční prostředky na Lightningových kanálech budou pro transakce užitečnější než bitcoiny v řetězci kvůli okamžité rychlosti a nízkým poplatkům, “ dodala.

Rozbočovače?

Ale s kým byste nastavili tyto kanály? Výběr Boba vaší Alice je ekonomické rozhodnutí, nikoli kryptografické a pro kritiky bleskové sítě by zřejmou odpovědí bylo jakési „rozbočovač“, uzel se spoustou kapitálu, který by mu umožňoval udržovat dobře financované otevřené kanály s několika stranami najednou.

Myšlenka, že to, co se rovná offcořetězcovému odvětví bitcoinových bankovnictví, by se mohlo vyvíjet, znepokojuje nadšence bitcoinů, kteří to považují za centralizaci sítě.

Stark zpochybňuje tuto argumentaci. „Tisíce uživatelů provozují plné uzly pro bitcoiny, “ píše, „a věříme, že ti a další budou také provozovat uzly na Lightningu (je to snazší, protože spolu s ním nepotřebujete plný bitcoinový uzel a na rozdíl od úplných uzlů bitcoinů mohou za směrování účtovat malé poplatky). ““ Také poukazuje na to, že její tým pracuje na „sestřihu“, který by umožnil doplnění kanálů pomocí bitcoinu z hlavního řetězce. Tato schopnost by mohla zmírnit kompromis mezi umístěním bitcoinu do kanálu nebo ponecháním na hlavním řetězci, což by zase mohlo snížit tendenci k vytváření nábojů.

Decker to považuje za pravděpodobné, že se vytvoří „dvouvrstvá síť, s velkým počtem uzlů, které jsou spolehlivé a fungují jako páteř sítě“. Očekává však, že to budou obchodníci, spíše než rozbočovače, které existují pouze pro poskytování tekutých kanálů. Poskytnutí těchto kanálů více uživatelům, tvrdí, by bylo drahé, vyžadovalo by, aby rozbočovače účtovaly vysoké poplatky a ve srovnání s jinými uzly by byly konkurenceschopné.

CEO ACINQ Pierre-Marie Padiou netuší, že ví, jak se může vyvíjet síť blesků. „Je velmi obtížné předvídat, jaká bude rovnováha mezi centralizací a decentralizací, “ napsal e-mailem. "Samozřejmě budou existovat větší uzly a menší uzly, ale do jaké míry je obtížné to předem říct."

Správná cesta k měřítku?

Poon a Dryja tvrdí, že „pomocí sítě těchto mikroplatebních kanálů může bitcoin škálovat až miliardy transakcí denně s výpočetní silou, která je dnes k dispozici v moderním stolním počítači.“ Možná, ale dnes tomu tak určitě není. V době psaní je otevřeno méně než 1 000 uzlů blesku sítě.

Blesk není jediným návrhem na změnu měřítka. Hlavním konkurentem je bitcoinová hotovost, sporná pevná vidlice bitcoinu, která umožňuje větší bloky. Debata mezi příznivci hotovostních bitcoinů, příznivci blesků a zastánci různých třetích způsobů - dokonce i příležitostných anti-scalerů - je živá, i když obviňující. Je možné, že jeden nebo druhý vyjde na vrchol, že budou i nadále koexistovat, nebo že vše selže.

V každém případě je síť blesků slibným pokusem překonat dilema škálovatelnosti, které pronásleduje bitcoiny od prvního bitcoinového víkendu v roce 2008.