Блокчейн. Часть 15. Что такое Lightning Network?

Спартак Македонский

Lightning Network — платежный протокол, оперирующий над блокчейнами. Позволяет проводить моментальные транзакции между участвующими нодами и предлагается как решение проблемы масштабируемости BTC.
Сеть Lightning Network состоит из узлов и двунаправленных платежных каналов.

✅ Серия из 18 статей о блокчейне.

СОДЕРЖАНИЕ:

1) Проблемы с сетью биткоин. Огромные комиссии. Что такое Lightning Network? Создатели концепции.

2) Как работает Lightning Network?

3) Маршрутизация Сети.

4) Где может применяется сеть Lightning Network?

5) На сколько сильно позволит lighting network расширить производительность переводов?

6) Преимущества Lightning Network.

7) Недостатки Lightning Network.

8) Когда заработает Lightning Network?

9) Видео. Что такое Lightning Network простым языком.

1) Проблемы с сетью биткоин. Огромные комиссии. Что такое Lightning Network? Создатели концепции.

Концепция Lightning Network (LN) была создана Джозефом Пун и Фаддусом Дрийей в 2015 году. Основная идея проекта заключается в разработке платежного протокола, который может быть использован в качестве решения, без использования цепей, решая проблемы масштабируемости, с которой сталкивается блокчейн Биткойна, но концепция также может применяться и к другим криптовалютам.

Технология Блокчейн прекрасна сама по себе, но, к сожалению, для личных переводов средств между собой она не подходит. Хотя бы потому, что транзакция будет происходить долго, а комиссия за неё будет ощутимой, особенно с ростом цены биткоина.

При передаче средств через блокчейн, транзакция становится в очередь с другими запросами. Она обрабатывается майнерами и записывается в блок, а затем распространяется на ноды по всему миру. Для некоторых переводов криптовалюты между собой, такой набор действий лишний и бессмысленный, особенно если переводятся копеечные суммы.

Если Алиса договорился передать Джону 0,01 BTC, ей совсем не обязательно оповещать об этом весь мир, да ещё и ждать некоторое время, пока транзакция осуществится. Деньги Алиса отправила мгновенно, однако обработка займёт некоторое время. Джон получит свои 0,01 в лучшем случае через несколько часов или даже дней.

Заплатив комиссию 0.001 BTC, что довольно дорого, 1/10 часть перевода. Это просто грабеж для мелких переводов. Не очень удобно с позиции времени и затраты на комиссию. Да и для блокчейна такого рода действия являются избыточными.

Нагрузка на сеть постепенно растёт, обработка транзакций замедляется, и, вместе с тем, дорожает. Для того чтобы твоя транзакция (перевод средств) был обработан, ты предлагаешь вознаграждение майнерам. Чем оно меньше, тем выше вероятность того, что твоя транзакция будет обработана нескоро. Чем больше ты заплатишь комиссионных, тем скорее за твой перевод возьмутся. Однако это всё равно займёт некоторое время. То есть, мгновенно, как ни крути, не получается. А мелкие переводы с небольшой комиссией зависают довольно на долго.

У меня был случай когда перевод шел 3 недели (май 2017) ! Сумма была не большая около 0,12 BTC и была указана обычная комиссия, но перевод был сделан во время большой нагрузки на сеть в мае 2017 года при локальном пампе BTC, в итоге создался огромный затор с транзакций.

Во время пампа в декабре 2017 до 20 тысяч за 1 монету, наблюдалась аналогичная ситуация, даже при высокой цене комиссии. Транзакции шли много часов, но как правило до суток. Вот такая эта слабенькая во всех аспектах в сегодняшнем виде хваленая для дураков технология которая спасет мир.

Нужно понимать, что биткоин, как и основные криптовалюты ТОП есть не что иное, как тестирования самой технологии "новых денег", все остальные тысячи криптовалют, есть просто фон "под шумок" для временной спекуляции для поддержания легенды о децентрализации. Запустятся "новые деньги" все перспективное и не перспективное испарится в миг.

Внедрение Lightning Network было вызвано ограничениями, с которыми сталкиваются не только Биткойн, но и многие другие криптовалюты. В настоящее время блокчейн Биткойна может обрабатывать только от 2 до 7 транзакций в секунду (TPS). По мере того как экосистема криптовалют увеличивается, и к сети присоединяется всё больше людей, число транзакций, обрабатываемых в блокчейне, также увеличивается.

По мере того как сеть становится все более и более перегруженной, общая производительность скомпрометирована, что значительно снижает практичность использования Биткойна в качестве глобальной цифровой валюты. В таком контексте LN был создан как попытка облегчить нагрузку блокчейн сети Биткойна.

Суть технологии Лайтнинг Нетворк заключается в том, что она производит оффчейн-транзакции. То есть, операции происходят вне блокчейна. В блокчейн лишь записывается начальный и конечный результат в платежном канале. Из-за того, что для каждой отдельной транзакции не требуется запись в блокчейн основной сети, переводы совершаются мгновенно. Для совершения этих действий всего-навсего потребуется открыть тот самый платежный канал. Он может быть использован между пользователями многократно и не требует взимания дополнительных комиссии за каждый перевод.

2) Как работает Lightning Network?

В работе Lightning Network используются такие понятия как:

1) Открытие канала — блокировка в блокчейне средств, которые будут переданы в управление вновь созданному каналу Lightning Network.

2) Закрытие канала — закрытие канала и перевод средств под контроль блокчейна.

3) Истощение канала — обратимый процесс, в результате которого канал фактически может работать только в одном направлении. Если первый узел перевел все средства в канале второму узлу, то направление перевода средств от первого узла второму будет невозможно, до тех пор, пока второй узел не переведет часть средств первому. Либо двум узлам понадобится открыть новый платежный канал.

Lightning Network состоит из вне-цепной сети, которая строится поверх Биткойн блокчейна. Система работает на уровне peer-to-peer (P2P) и его удобство использования основано на создании так называемых двунаправленных платежных каналов, благодаря которым пользователи могут совершать бесшовные транзакции с криптовалютами.

После того как две стороны решат открыть платежный канал, они могут передавать средства туда и обратно через свои кошельки. Хотя процесс создания нового платежного канала включает цепную транзакцию, все транзакции, которые происходят в канале, не связаны друг с другом и не требуют глобального консенсуса. Таким образом, эти транзакции могут быть быстро реализованы с помощью смарт-контракта, в результате чего комиссии будут намного меньше, а TPS значительно выше.

Чтобы открыть платежный канал, двум заинтересованным сторонам необходимо создать кошелек с несколькими подписями, и внести на него часть средств. Средства, хранящиеся в кошельках с несколькими подписями, могут быть доступны только в случае предоставления приватных ключей обеих сторон (два или более, в зависимости от случая). Это означает, что одна сторона не может открыть кошелек без согласия другой.

В качестве примера предположим, что Алиса хочет использовать Lightning Network для отправки биткоина Джону. Во-первых, они создали платежный канал, используя кошелек с несколькими подписями. В то время как платежный канал действует как смарт-контракт, кошелек с несколькими подписями действует как хранилище, куда отправляются депозитные средства. Во время работы платежного канала Алиса и Джон могут выполнить сколько угодно транзакций вне основной сети биткоина.

Сразу после каждой транзакции как Алиса, так и Джон подписывают её и обновляют собственную копию баланса, в которой записано количество монет каждого. Когда они выполнили все желаемые транзакции, они могут закрыть платежный канал и записать лист баланса в блокчейн Биткойна. Смарт-контракт LN гарантирует, что они получат свои Биткойны, согласно с последней версией баланса.

Подводя итог, участвующим сторонам необходимо только дважды взаимодействовать с блокчейном Биткойна. Один раз открыть платежный канал, а другой, закрыть его, это означает, что все другие транзакции, которые происходят в канале, напрямую не взаимодействуют с основной цепочкой.

Комиссию всё же заплатить нужно, но только за открытие и закрытие платежного канала. В дальнейшем, все операции внутри канала будут происходить бесплатно. В любом случае это получается гораздо дешевле, чем платить комиссию за каждую отдельную транзакцию. Кроме того, для совершения криптовалютных переводов пользователям платежного канала необходимо вносить депозит.

То есть те средства, которые будут передаваться нужно депонировать в криптовалюте на платежный канал LN. После сделки остаток средств на депозите возвращается. Этот депозит гарантирует то, что у пользователей платежного канала достаточно средств для совершения микротранзакций. Допустим необходимо перевести 1 биткоин между собой. Пользователи кладут каждый по два BTC и после завершения транзакции один забирает из депозитария 1 биткоин, а другой – три.

То есть, по сути, технология Lightning не перемещает биткоин физически, а просто один пользователь передаёт свои права на актив другому пользователю. И эти действия можно совершать многократно внутри платежного канала, пока он открыт.

Все эти действия не будут записываться в блокчейн, а лишь запишется конечный баланс пользователей, выходящих с платежного канала. В какой-то степени, сеть LN является более безопасной и конфиденциальной, чем блокчейн основной сети Bitcoin. Поскольку внутри Lightning Network действуют смарт-контракты, а полную информацию о сделке передавать необязательно в отличие от блокчейн-транзакций.

3) Маршрутизация Сети.

Суть работы Lightning Network заключается в создании платежных каналов двустороннего направления между двумя установленными узлами сети, по которым будут проходить моментальные двусторонние криптовалютные платежи без комиссии. Каждым узлом сети изначально блокируется сумма в блокчейне, выделенная для канала Lightning Network.

В дальнейшем заблокированные средства обрабатываются каналом, используя долговые расписки держателей криптовалюты, а не саму криптовалюту. В блокчейне фиксируется только факт выделения средств в открытый канал Lightning Network и итоговый баланс транзакций после закрытия канала. Платежный канал между узлами может оставаться открытым неограниченное время по желанию пользователей.

При создании двух и более каналов, работающих совместно, формируется сеть Lightning Network. В ней пользователи пересылают друг другу расписки, используя оптимальные маршруты из соединенных цепочкой открытых каналов. Так отправитель, не имеющий платежного канала с конечным получателем своих средств, использует свой открытый канал с пользователем, имеющим прямую связь с его конечным получателем.

Даже если у двух сторон нет прямого платежного канала, они все еще могут отправлять и получать Биткойны через взаимосвязанные платежные каналы. Это означает, что Алиса может отправлять платежи Чарли без необходимости создавать с ним прямой канал, если между ними есть сетевой маршрут, который содержит достаточный баланс.

Итак, если у Алисы есть открытый платежный канал с Джоном и у Джона есть канал с Чарли, она может отправить платеж через Джона. Маршрутизация платежей может включать в себя множество узлов Lightning Network, но смарт-контракт автоматически будет искать самый короткий доступный путь.

Как видите, появляется возможность совершать множество мелких транзакций за пределами блокчейна устраняя проблемы перегруженности основной сети. Lightning Network позволяет обрабатывать любые объемы транзакций без затрат сети, поддерживая при этом масштабируемость и высокий уровень безопасности.

Вся работа Lightning Network может быть рассмотрена в трех ее составляющих:

1) Каналы проведения платежей.

2) Хеш-контракты блокировки сумм для их переноса в Lightning (HTLC).

3) Протокол сети Lightning.

Высокая степень автоматизации Lightning Network позволяет существенно упростить процесс совершения транзакций, создавая платформу для дополнительного удешевления работы сети криптовалюты.

4) Где может применяться сеть Lightning Network?

Основной сферой применения технологии Лайтнинг Нетворк должны стать криптовалютные площадки. На некоторых платформах реализована возможность передачи средств между зарегистрированными пользователями быстро и без комиссии. Однако Lightning Network мог бы выступить процессинговым сервисом между криптобиржами и передавать средства между криптокошельками без необходимости записывать данные в блокчейн.

Это позволило биржам увеличивать объём торгов, пользователям быстро и дешёво совершать платежи, а курс криптовалюты на разных площадках и платформах стал бы приблизительно одинаковым, соответствуя усредненным расценкам.

Область применения Lightning Network обширна. В теории её можно было бы использовать для моментальных платежей в приложениях или онлайн-играх. Кроме того, технология может работать не только с биткоином (как это происходит на данный момент). Она может применяться на разных блокчейнах, в том числе на Ethereum, Litecoin и других.

Впрочем, следует отметить и тот факт, что популярность Lightning Network растёт. Количество нод и узлов, поддерживающих данную технологию тоже растёт. Открывается всё больше и больше платежных каналов. Сейчас уже смело можно сказать, что Lightning очень сильно помог сети Биткоин в снижении нагрузки на сеть. Снизилась комиссия и увеличилась скорость обработки транзакций, даже для тех, кто не пользуется данной технологией.

Да и блокчейн ведущей криптовалюты теперь не обрабатывает и не записывает множество статистических данных, которые иной раз пользователям были совершенно не нужны. В будущем, технология Лайтнинг Нетворк может стать если не основной, то ведущей в блокчейн-сфере.

5) На сколько сильно позволит lighting network расширить производительность переводов?

Исходя из основной особенности LN, вместо совокупного количества транзакций, необходимо рассматривать количество блокчейн и клиринговых транзакций, которые могут понадобиться на одного пользователя за определенный период, так как пользователи могут друг другу слать последовательно одну и ту же сумму в любых количествах, без комиссий, если между ними нет промежуточных нод.

Во-первых, каждый новый пользователь сети, должен будет сделать как минимум одно пополнение своего кошелька, и это должна быть блокчейн транзакция. Пользователи сети LN могут быть только с ненулевым балансом.

Во-вторых, для подключения к сети LN необходима открывающая транзакция, блокирующая балансы у входной ноды и пользователя.

В-третьих, но не обязательно, это закрывающая транзакция для выхода пользователя из сети LN, например для переключения к другой ноде сети, с целью оптимизации комиссий.

В-четвертых, самый большой объем транзакций — это клиринг, выравнивание балансов на счетах нод LN. Каждый крупный перевод по сети увеличивает шанс появления такой транзакции, причем у каждой промежуточной ноды в сети. Причем возможна ситуация, что очередная транзакция одного пользователя потребует каждой ноде в сети выпустить клиринговую, если сеть выстроена не эффективно (отсутствуют циклы). Чем больше величина залогов между узлами LN, тем реже понадобится клиринг.

Крупные ноды смогут и будут оптимизировать свои расходы таким образом, чтобы минимизировать или вообще исключить клиринг через блокчейн, но обычный пользователи этого сделать не смогут. Даже в лучшем случае, активные пользователи будут блокировать только небольшую долю от среднего пополнения (например выплата зарплаты раз в месяц или получение вознаграждения за работу) а значит в течении периода между получением средств, им понадобятся клиринговые транзакции. Получается в идеальном случае один пользователь будет делать 1 блокчейн транзакцию в месяц.

Четвертый пункт вносит наибольшее количество транзакций, и можно оценить, Количество транзакций в блокчейне с 1мб лимитом без segwit — 262т. в сутки или 7883т. в месяц. Умножаем на 2.5 коэффициент, который будет доступен благодаря segwit, получим 19 миллионов транзакций.

Итог — 19 миллионов активных пользователей, это максимум, сколько себя сможет вместить 1мб блок legacy bitcoin.

И никакие разовые расширения лимита блока до 2 или до 8 мб заметно это число не изменят. 19 миллионов человек или 190 миллионов — это катастрофически мало. Будущее криптовалют — миллиарды активных пользователей.

Если не найти технического и организационного решения, для увеличения лимита на размер блока, пользователи сети будут вынуждены уйти от использования и хранения своих средств под собственным контролем на локальных кошельках, в онлайн-кошельки и банки. И сделать это их заставит повышающаяся стоимость блокчейн переводов.

6) Преимущества Lightning Network.

1) Проект LN работает в направлении вне-цепочном решении проблемы масштабируемости. В случае успеха он может уменьшить трафик в блокчейне Биткойна.

2) Благодаря использованию двунаправленных платежных каналов, сеть Lightning Network позволяет совершать почти мгновенные транзакции.

3) LN может подойти для микроплатежей, поскольку он позволяет передавать сумму размером в 1 сатоши. Кроме того, автоматизированные микроплатежи могут быть реализованы в Machine-to-Machine экономике, где осуществляются транзакции между электронными устройствами без необходимости вмешательства человека.

7) Недостатки Lightning Network.

1) В отличие от транзакций в цепи, платежи LN не могут осуществляться, если получатель в режиме offline.

2) Участникам сети может потребоваться регулярно контролировать платежные каналы, чтобы сохранить свои средства в безопасности (такого риска можно избежать мониторингом аутсорсинга).

3) LN не подходит для крупных платежей. Поскольку сеть подсчитывает множество подписей (которые в основном являются общими кошельками), высокий шанс того, что у них не будет достаточного баланса, чтобы выступать в качестве посредников крупных платежей.

4) Открытие и закрытие платежного канала связано с транзакцией на цепочке, которая обычно требует обработки вручную и более высокую комиссию за транзакции.

8) Когда заработает Lightning Network?

Если принять во внимание бета-версию майнета, которую анонсировали Lightning Labs, дата релиза Lightning Network была запланирована на 15 марта 2018 года. Однако официальная версия еще не выпущена, поскольку она была не эффективно реализована поверх Биткойн блокчейна.

Начиная с бета-версии, количество узлов LN и платежных каналов значительно увеличилось. По состоянию на ноябрь 2018 года панель Grafana сообщает о более чем 12 500 платежных каналах.

Коллективная работа узлов и платежных каналов, вот что делает Lightning Network интересным решением проблемы масштабируемости. В бета-версии было проведено множество экспериментов, но ее эффективность еще не доказана. Тем не менее Lightning Network имеет огромный потенциал для усовершенствования Биткойна и криптовалютной экосистемы.