Le Réseau Lightning Expliqué

Bitcoin est une excellente forme de monnaie. Il est limité à 21 millions de pièces, difficile à censurer et sécurisé par le réseau informatique le plus puissant de la planète. Ce qu'il n'est pas, par conception, c'est assez rapide et bon marché pour acheter un café cent fois par jour. Le réseau Lightning est la réponse à ce problème. C'est une deuxième couche qui s'assoit au-dessus de Bitcoin et le transforme en quelque chose que l'on peut réellement dépenser dans la vie quotidienne, tout en conservant la sécurité de la couche de base en dessous.

Cet article explique pourquoi Lightning a dû être inventé, comment il fonctionne en détail, ce en quoi il est réellement bon aujourd'hui et les compromis réels qu'il comporte encore.

Pourquoi une seule couche ne peut pas tout faire

La couche de base de Bitcoin est un registre mondial. Chaque transaction doit être vérifiée par chaque participant complet et ensuite stockée pour toujours. C'est exactement ce qui la rend si fiable, et c'est aussi pourquoi elle ne peut jamais être rapide. Le réseau est construit de sorte qu'un nouveau bloc n'apparaisse qu'environ toutes les 10 minutes, et chaque bloc ne peut contenir qu'une quantité limitée de données. Lorsque plus de personnes veulent effectuer des transactions qu'il n'en tient dans le prochain bloc, une file d'attente se forme dans le mempool, et les mineurs qui sécurisent le réseau priorisent les transactions qui paient les frais les plus élevés.

Il en résulte un marché des frais. Quand la demande est forte, le coût pour faire confirmer une transaction dans un délai raisonnable augmente fortement, et une transaction qui paie peu peut attendre des heures ou même plus longtemps. Vous pouvez voir la mécanique complète de cela dans nos articles sur comment fonctionne le mempool et sur comment les transactions Bitcoin sont vérifiées.

Pourquoi ne pas simplement agrandir les blocs ou les accélérer? Parce que cela briserait quelque chose de plus important. Plus chaque bloc est grand, plus la bande passante, la puissance de traitement et l'espace de stockage nécessaires à chaque noeud complet augmentent. Augmenter la taille des blocs suffisamment pour rivaliser avec un réseau de cartes gérant des dizaines de milliers de paiements par seconde nécessiterait qu'un seul noeud stocke environ un téraoctet de nouvelles données chaque jour. Seules les grandes entreprises pourraient se le permettre. Le réseau se centraliserait silencieusement, et un Bitcoin centralisé n'est plus résistant à la censure. Faire évoluer la couche de base de cette façon reviendrait à sacrifier exactement la propriété qui rend Bitcoin utile.

Le trilemme de la blockchain

Cette tension a un nom. Un registre distribué peut être hautement décentralisé, hautement sécurisé et hautement évolutif, mais en pratique il ne peut maximiser que deux des trois à la fois. Choisir la décentralisation et la sécurité, comme le fait Bitcoin, signifie que le débit brut on-chain reste intentionnellement bas. Beaucoup d'autres réseaux poursuivent l'évolutivité à la place, et le paient avec une décentralisation plus faible, qui tend à affaiblir également la sécurité au fil du temps. Un réseau qu'une seule organisation peut effectivement contrôler est exposé à la censure et aux pressions, ce qui est le contraire de ce que Bitcoin cherchait à réaliser.

Lightning ne résout pas le trilemme. Il le contourne. La couche de base de Bitcoin reste décentralisée et sécurisée, et un deuxième réseau au-dessus d'elle est optimisé pour l'évolutivité et la vitesse. Comme ce deuxième réseau se règle toujours sur Bitcoin, il hérite de sa sécurité sans forcer la couche de base à faire des compromis.

Construire la monnaie en couches, comme Internet

L'idée de construire en couches n'est pas nouvelle, et elle n'est pas propre à Bitcoin. Internet a été construit de la même manière. D'abord est venu un moyen de base de déplacer des paquets de données entre des machines. Par-dessus sont venues les connexions fiables. Par-dessus est venu le web, et seulement bien plus tard sont venus les appels vidéo et le streaming en haute définition. Personne n'a essayé d'ajouter le streaming directement sur la couche brute des paquets. Chaque couche suppose celle du dessous et ajoute de nouvelles capacités.

Ce n'était pas une réflexion après coup pour Bitcoin non plus. Dès 2010, Hal Finney, l'un des premiers contributeurs de Bitcoin, affirmait que Bitcoin lui-même ne pourrait pas enregistrer de manière réaliste toutes les transactions financières du monde, et qu'une deuxième couche de systèmes de paiement plus légère et plus efficace serait nécessaire. Lightning est une réalisation de cette idée. Et tout comme Internet a continué à empiler des couches, d'autres couches et applications peuvent être construites sur Lightning à leur tour.

Qu'est-ce qu'un canal de paiement

Le bloc de construction fondamental de Lightning est le canal de paiement. Deux personnes ouvrent un canal en créant conjointement une transaction Bitcoin qui bloque certains bitcoins dans une adresse multisignature partagée 2 sur 2. Bloquer ces bitcoins sur la couche de base ouvre un canal sur Lightning avec une capacité égale au montant bloqué. A partir de là, les deux parties peuvent se payer mutuellement dans ce canal autant de fois qu'elles le souhaitent, et seule l'ouverture et la fermeture touchent jamais la blockchain.

Une image utile est un compte ouvert dans son café préféré. Au lieu de payer chaque café et de compter la monnaie à chaque fois, on ouvre un compte à l'arrivée. Le personnel note chaque commande. C'est seulement au départ qu'on règle l'ensemble du compte en un seul paiement. Le compte lui-même est le canal. La couche de base n'est que le règlement final à la fin. Tout ce qui se passe entre les deux se produit instantanément et gratuitement.

Comment fonctionne un paiement Lightning

A l'intérieur du canal, aucun paiement individuel n'est écrit sur la blockchain. Ce qui change, c'est seulement la répartition des fonds bloqués entre les deux côtés.

Supposons que Mara et Theo bloquent chacun 2,5 BTC dans un canal, de sorte que le canal contient 5 BTC, équilibrés à 2,5 contre 2,5. Si Mara paie 0,5 BTC à Theo, ils signent simplement une nouvelle déclaration indiquant que le solde est maintenant de 2,0 pour Mara et 3,0 pour Theo. Si Theo paie ensuite 2 BTC en retour, ils signent une autre déclaration indiquant 4,0 pour Mara et 1,0 pour Theo. Chaque paiement n'est qu'un nouvel instantané signé de qui possède quoi. Ces mises à jour se produisent en millisecondes, ne coûtent rien et ne quittent jamais le canal. C'est seulement quand les deux décident de fermer le canal que la répartition finale est enregistrée sur Bitcoin.

Pourquoi personne ne peut tricher

Si chaque paiement n'est qu'un instantané signé, qu'est-ce qui empêche quelqu'un de fermer le canal en utilisant un ancien instantané plus favorable? C'est là la partie ingénieuse.

A chaque mise à jour du solde, les deux parties signent le nouvel état, et l'ancien état devient révocable. Si Theo tentait de fermer le canal en utilisant un instantané obsolète où il détenait plus de bitcoins qu'il n'en avait réellement droit, Mara peut répondre par une transaction de pénalité, parfois appelée transaction de justice. Elle transfère la totalité du solde du canal à Mara. Tricher ne rate pas seulement son but, cela coûte tout au tricheur. Comme le comportement honnête est toujours le choix sûr, le système reste sécurisé sans que personne ait besoin de faire confiance à l'autre partie.

Il y a un inconvénient qui mérite d'être mentionné honnêtement. Pour détecter une tentative de triche, il faut la remarquer dans une fenêtre de temps, ce qui signifie être en ligne. Si on ne peut pas rester en ligne, on peut déléguer cette surveillance à un watchtower, un service qui surveille les canaux à la recherche de fermetures frauduleuses et déclenche la pénalité si nécessaire.

Acheminer les paiements a travers plusieurs sauts

On ne peut évidemment pas ouvrir un canal direct avec chaque personne et chaque magasin qu'on paiera jamais. Ouvrir un canal coûte une transaction on-chain, donc payer quelques Euros ou Dollars pour un canal juste pour acheter un café n'aurait aucun sens. Lightning résout ce problème avec le routage.

Si Mara a un canal avec Theo, et Theo a un canal avec Priya, et Priya a un canal avec Sam, alors Mara peut payer Sam même s'ils ne partagent aucun canal. Le paiement est transmis saut par saut le long du chemin. Chaque noeud de transmission prend généralement une petite commission, typiquement une fraction de centime en Euro ou en Dollar. Plus il y a de participants et de canaux, plus il y a de routes possibles, et plus le réseau devient puissant.

Deux propriétés rendent le routage sûr. Premièrement, il est privé au milieu : les noeuds le long de la route ne peuvent généralement pas savoir qui a initialement envoyé le paiement ni où il arrive finalement, car les informations de routage sont superposées comme un oignon. Deuxièmement, il est sans confiance. Un noeud intermédiaire ne peut pas simplement voler un paiement qui le traverse. Cela est garanti par les Hash Time Locked Contracts, ou HTLC. En termes simples, un paiement est lié à un secret, et un noeud ne peut réclamer son paiement entrant qu'en révélant le secret correspondant, ce qui permet à son tour au noeud précédent de réclamer le sien. Une limite de temps garantit que si la chaîne de confirmations n'est pas complétée, chaque saut est remboursé en toute sécurité. Le paiement complet atteint sa destination ou est annulé. Si vous voulez comprendre l'idée sous-jacente derrière ce secret, consultez notre article sur ce qu'est un hash.

Ouvrir et fermer un canal

Un canal est encadré par deux transactions on-chain, avec potentiellement des milliers de paiements off-chain gratuits entre les deux. Il y a trois façons de fermer un canal:

• Coopérativement: les deux parties s'accordent pour fermer et le solde final est réglé on-chain presque immédiatement. C'est le résultat le moins cher et le plus propre.
• Unilatéralement: l'une ou l'autre partie peut fermer seule sans le consentement de l'autre. Pour laisser le temps de détecter toute fraude, les fonds de la partie qui ferme sont retenus derrière un court verrouillage temporel avant de devenir dépensables.
• En dernier recours contre la fraude: si un côté tente de fermer avec un ancien état, l'autre côté utilise la transaction de pénalité décrite précédemment pour réclamer la totalité du solde.

Le Lightning moderne prend également en charge le splicing, qui permet d'ajouter ou de retirer des fonds d'un canal sans le fermer et le rouvrir entièrement. Cela rend les canaux beaucoup plus flexibles qu'ils ne l'étaient dans les premières années de Lightning.

Quand utiliser Lightning et quand rester on-chain

Lightning et la couche de base ne sont pas des concurrents. Ce sont deux outils pour deux tâches différentes. Les paiements petits, fréquents et instantanés appartiennent à Lightning. Les grands transferts finaux de valeur élevée, et l'acte de déplacer des économies dans sa propre garde, appartiennent on-chain, où le règlement est le plus robuste. Un modèle mental utile est que la couche de base est là où la valeur se règle en définitive, et Lightning est là où la valeur se déplace rapidement au quotidien.

Ce que Lightning rend possible

Parce que Lightning peut déplacer de petits montants instantanément et presque gratuitement, il débloque des usages qui n'étaient jamais pratiques sur la couche de base. Il fait de Bitcoin un moyen de paiement quotidien crédible pour les petits achats. Il permet de véritables micropaiements, jusqu'à des montants bien inférieurs à ce qui aurait jamais eu du sens on-chain. Il rend les paiements transfrontaliers rapides et peu coûteux, ce qui est significatif dans les endroits où le transfert d'argent est lent ou cher.

Il permet également des idées qui n'existaient tout simplement pas auparavant. L'argent peut être transmis à la seconde, de sorte qu'un auditeur pourrait payer un créateur en continu pendant qu'il consomme du contenu, plutôt que via une plateforme unique qui prend une grande part. Des machines et des logiciels, y compris des agents automatisés, peuvent se payer directement pour de petites unités de travail. Des connexions et des murs payants peuvent être construits sur une identité Lightning plutôt que sur un autre couple email et mot de passe. Ce sont des catégories de possibilités, pas des recommandations d'un produit particulier.

Les compromis honnêtes

Lightning est puissant, mais il n'est pas terminé, et prétendre le contraire ne servirait personne.

Liquidité. Pour recevoir des paiements, vos canaux ont besoin d'une capacité entrante, et pour les envoyer, d'une capacité sortante. La configuration de cela reste l'une des parties les moins intuitives de l'utilisation directe de Lightning.

L'exigence d'être en ligne. Comme expliqué ci-dessus, défendre ses propres canaux signifie être joignable, ou faire confiance à un watchtower pour le faire.

Fiabilité du routage pour les grands montants. Une seule route peut ne pas avoir suffisamment de liquidité pour un grand paiement. Diviser un paiement sur plusieurs routes aide, mais le routage de grandes sommes reste moins fiable que le routage de petites sommes.

Custodial contre non-custodial. Les portefeuilles Lightning les plus faciles sont souvent custodial, ce qui signifie qu'un tiers détient vos clés et vos bitcoins. C'est commode, mais ce n'est pas de l'auto-garde, et cela réintroduit exactement le type d'intermédiaire de confiance que Bitcoin existe pour éliminer. La position de CanoeBit est cohérente: la commodité est bienvenue, mais détenir ses propres clés est le but. Considérez Lightning custodial comme une rampe de départ, pas une destination.

La confidentialité est meilleure, pas parfaite. Lightning cache bien plus que la couche de base, mais les ouvertures et fermetures de canaux sont visibles on-chain, les canaux publics annoncent leur capacité, et des chercheurs ont montré des façons de sonder les soldes. Des mises à jour continues continuent d'améliorer cela, mais vous ne devriez pas supposer un anonymat total.

Energie. Cela vaut la peine d'être dit clairement: les paiements Lightning se produisent hors chaîne et n'ajoutent pratiquement aucune consommation d'énergie supplémentaire. Ils ne nécessitent pas davantage de minage. Lightning s'appuie simplement sur la sécurité que la couche de base produit déjà, ce qui fait partie du débat plus large sur l'énergie autour de Bitcoin.

Il existe également des attaques théoriques connues, comme le channel jamming, où un attaquant bloque les canaux d'une victime sans compléter les paiements. Celles-ci restent des domaines de recherche actifs, avec des atténuations proposées en cours plutôt que complètement résolues.

Vers quoi se dirige Lightning

Lightning a beaucoup mûri depuis sa bêta de 2018. La mise à jour Taproot de Bitcoin a permis aux ouvertures de canaux de ressembler à des transactions ordinaires, améliorant la confidentialité. Les demandes de paiement réutilisables permettent désormais des codes de paiement statiques et partageables et des paiements récurrents. Le splicing rend les canaux redimensionnables sans les fermer. Les adresses Lightning lisibles par l'homme, dans le format familier nom-arobase-domaine, ont rendu l'envoi d'un paiement aussi simple qu'envoyer un email.

Ce qui doit encore se passer pour une adoption massive réelle concerne principalement l'utilisabilité et la liquidité. Envoyer et recevoir doit sembler sans effort pour quelqu'un qui n'a jamais entendu le mot "canal", la liquidité doit être plus facile à obtenir, et les configurations non-custodial doivent être aussi simples que les configurations custodial. La partie encourageante est la rapidité avec laquelle cela avance. La partie honnête est qu'il reste encore du travail réel à faire.

La conclusion

Le réseau Lightning est la couche de paiement de Bitcoin. Il existe parce qu'une couche de base décentralisée et sécurisée ne peut pas aussi être un rail de paiement à grande vitesse sans sacrifier ce qui la rend précieuse. Plutôt que d'affaiblir Bitcoin, Lightning construit une couche plus rapide par-dessus, de la même façon qu'Internet a été construit une couche capable à la fois. Il fonctionne déjà pour les paiements quotidiens aujourd'hui, et il s'améliore chaque année. Utilisé avec ses propres clés, il permet de dépenser des bitcoins rapidement et à faible coût sans renoncer à la souveraineté qui a rendu Bitcoin digne d'être détenu en premier lieu.