Sieć Lightning Wyjaśniona

Bitcoin to doskonała forma pieniądza. Jest rzadki, z limitem 21 milionów monet, trudny do cenzurowania i zabezpieczony przez najpotężniejszą sieć komputerową na planecie. Czym nie jest, z założenia, to wystarczająco szybki i tani, żeby kupować kawę sto razy dziennie. Lightning Network jest odpowiedzią na ten problem. To druga warstwa siedząca na szczycie Bitcoina, która zamienia go w coś, co można faktycznie wydawać w codziennym życiu, zachowując jednocześnie bezpieczeństwo warstwy bazowej poniżej.

Ten artykuł wyjaśnia, dlaczego Lightning musiała zostać wynaleziona, jak działa od środka, w czym jest naprawdę dobra dzisiaj i jakie realne kompromisy wciąż niesie ze sobą.

Dlaczego jedna warstwa nie wystarczy

Warstwa bazowa Bitcoina to ogólnoświatowy rejestr. Każda transakcja musi być sprawdzona przez każdego pełnego uczestnika, a następnie przechowywana na zawsze. To właśnie sprawia, że jest tak godna zaufania, i dlatego też nigdy nie może być szybka. Sieć jest zbudowana tak, że nowy blok pojawia się tylko mniej więcej co 10 minut, a każdy blok może pomieścić tylko ograniczoną ilość danych. Kiedy więcej osób chce dokonywać transakcji, niż mieści się w następnym bloku, w mempool tworzy się kolejka, a górnicy zabezpieczający sieć priorytetyzują transakcje, które płacą najwyższe opłaty.

Efektem jest rynek opłat. Gdy popyt jest duży, koszt potwierdzenia transakcji w rozsądnym czasie gwałtownie rośnie, a transakcja, która płaci mało, może czekać godzinami lub nawet dłużej. Pełną mechanikę tego zagadnienia możesz zobaczyć w naszych artykułach o tym, jak działa mempool i jak weryfikowane są transakcje Bitcoin.

Dlaczego więc nie powiększyć po prostu bloków lub przyspieszyć ich tworzenia? Ponieważ złamałoby to coś ważniejszego. Im większy każdy blok, tym większej przepustowości, mocy obliczeniowej i przestrzeni dyskowej potrzebuje każdy pełny węzeł. Zwiększenie rozmiaru bloków na tyle, żeby dorównać sieci kart obsługującej dziesiątki tysięcy płatności na sekundę, wymagałoby od pojedynczego węzła przechowywania około terabajta nowych danych każdego dnia. Stać by na to tylko duże firmy. Sieć po cichu by się scentralizowała, a scentralizowany Bitcoin nie jest już odporny na cenzurę. Skalowanie warstwy bazowej w ten sposób oznaczałoby poświęcenie dokładnie tej właściwości, która sprawia, że Bitcoin jest wart używania.

Trylemma blockchaina

To napięcie ma swoją nazwę. Rozproszony rejestr może być wysoce zdecentralizowany, wysoce bezpieczny i wysoce skalowalny, ale w praktyce może maksymalizować tylko dwie z trzech właściwości jednocześnie. Wybór decentralizacji i bezpieczeństwa, jak robi to Bitcoin, oznacza, że surowa przepustowość on-chain celowo pozostaje niska. Wiele innych sieci zamiast tego goni za skalowalnością i płaci za to słabszą decentralizacją, która z czasem osłabia też bezpieczeństwo. Sieć, którą jedna organizacja może skutecznie kontrolować, jest narażona na cenzurę i naciski, co jest przeciwieństwem tego, do czego Bitcoin dążył.

Lightning nie rozwiązuje trylemmy. Ją omija. Warstwa bazowa Bitcoina pozostaje zdecentralizowana i bezpieczna, a druga sieć na jej szczycie jest dostrojona pod kątem skalowalności i prędkości. Ponieważ ta druga sieć zawsze rozlicza się na Bitcoinie, dziedziczy jego bezpieczeństwo bez zmuszania warstwy bazowej do kompromisów.

Budowanie pieniadza warstwami, jak Internet

Idea budowania warstwami nie jest nowa i nie jest wyłączna dla Bitcoina. Internet został zbudowany w ten sam sposób. Najpierw pojawił się podstawowy sposób przenoszenia pakietów danych między maszynami. Na tym zbudowano niezawodne połączenia. Na tym zbudowano sieć, a dopiero znacznie później pojawiły się wideorozmowy i strumieniowanie w wysokiej rozdzielczości. Nikt nie próbował dodawać strumieniowania bezpośrednio do surowej warstwy pakietów. Każda warstwa zakłada tę poniżej i dodaje nowe możliwości.

Nie była to też późna refleksja dla Bitcoina. Już w 2010 roku Hal Finney, jeden z pierwszych współtwórców Bitcoina, argumentował, że Bitcoin sam w sobie nie może realistycznie rejestrować każdej transakcji finansowej na świecie i że potrzebna będzie lżejsza i wydajniejsza druga warstwa systemów płatności. Lightning jest jedną z realizacji tego pomysłu. I podobnie jak Internet ciągle dodawał warstwy, kolejne warstwy i aplikacje mogą być budowane na szczycie Lightning.

Czym jest kanal platnosci

Podstawowym elementem składowym Lightning jest kanał płatności. Dwie osoby otwierają kanał, wspólnie tworząc transakcję Bitcoin, która blokuje pewne bitcoiny w współdzielonym adresie multisig 2 z 2. Zablokowanie tych bitcoinów w warstwie bazowej otwiera kanał na Lightning z pojemnością równą zablokowanej kwocie. Od tej chwili dwie strony mogą płacić sobie nawzajem w ramach tego kanału tyle razy, ile chcą, a tylko otwarcie i zamknięcie kiedykolwiek dotykają blockchainu.

Pomocnym obrazem jest otwarta zakładka w ulubionym kawiarni. Zamiast płacić za każdą kawę i liczyć resztę za każdym razem, otwierasz zakładkę po przybyciu. Personel notuje każde zamówienie. Dopiero wychodząc rozliczasz całą zakładkę jedną płatnością. Sama zakładka to kanał. Warstwa bazowa to tylko ostateczne rozliczenie na koniec. Wszystko pomiędzy dzieje się natychmiastowo i bezpłatnie.

Jak działa platnosc Lightning

Wewnątrz kanału żadna indywidualna płatność nie jest zapisywana w blockchainie. Zmienia się tylko podział zablokowanych środków między dwiema stronami.

Powiedzmy, że Mara i Theo każdy blokuje po 2,5 BTC w kanale, więc kanał zawiera 5 BTC, zrównoważone 2,5 do 2,5. Jeśli Mara płaci Theo 0,5 BTC, po prostu podpisują nowe oświadczenie mówiące, że saldo wynosi teraz 2,0 dla Mary i 3,0 dla Theo. Jeśli Theo później płaci z powrotem 2 BTC, podpisują kolejne oświadczenie mówiące 4,0 dla Mary i 1,0 dla Theo. Każda płatność to po prostu świeży, podpisany migawkowy zapis stanu własności. Aktualizacje te odbywają się w milisekundach, nic nie kosztują i nigdy nie opuszczają kanału. Dopiero gdy dwoje zdecyduje się zamknąć kanał, ostateczny podział zostaje zapisany na Bitcoinie.

Dlaczego nikt nie moze oszukac

Skoro każda płatność to tylko podpisana migawka, co powstrzymuje kogoś przed zamknięciem kanału przy użyciu starej, korzystniejszej migawki? To jest właśnie sprytna część.

Za każdym razem, gdy saldo się aktualizuje, obie strony podpisują nowy stan, a stary stan staje się odwoływalny. Gdyby Theo próbował zamknąć kanał używając przestarzałej migawki, w której posiadał więcej bitcoinów niż mu faktycznie przysługuje, Mara może odpowiedzieć transakcją karną, czasem nazywaną transakcją sprawiedliwości. Przetransferuje ona całe saldo kanału do niej. Oszustwo nie tylko się nie udaje, kosztuje oszusta wszystko. Ponieważ uczciwe zachowanie jest zawsze bezpiecznym wyborem, system pozostaje bezpieczny bez konieczności ufania drugiej stronie.

Jest jeden element wart szczerego omówienia. Żeby wykryć próbę oszustwa, trzeba ją zauważyć w oknie czasowym, co oznacza bycie online. Jeśli nie można pozostawać online, można delegować to czuwanie do watchtower, usługi, która monitoruje kanały pod kątem nieuczciwych zamknięć w czyimś imieniu i uruchamia karę, jeśli to konieczne.

Przekazywanie platnosci przez wiele skokow

Oczywiście nie można otworzyć bezpośredniego kanału z każdą osobą i sklepem, któremu kiedykolwiek będziemy płacić. Otwarcie kanału kosztuje transakcję on-chain, więc płacenie kilku Euro lub Dolarów za kanał tylko po to, żeby kupić kawę, nie miałoby sensu. Lightning rozwiązuje to za pomocą routingu.

Jeśli Mara ma kanał z Theo, a Theo ma kanał z Priya, a Priya ma kanał z Sam, to Mara może zapłacić Sam, mimo że nie dzielą żadnego kanału. Płatność jest przekazywana skok po skoku wzdłuż ścieżki. Każdy węzeł przekazujący zazwyczaj pobiera małą opłatę, zazwyczaj ułamek centa w Euro lub Dolarze. Im więcej uczestników i kanałów istnieje, tym więcej możliwych tras jest dostępnych i tym potężniejsza staje się sieć.

Dwie właściwości sprawiają, że routing jest bezpieczny. Po pierwsze, jest prywatny po środku: węzły wzdłuż trasy generalnie nie mogą powiedzieć, kto pierwotnie wysłał płatność ani gdzie ostatecznie trafia, ponieważ informacje routingowe są warstwowe jak cebula. Po drugie, jest bez zaufania. Pośredni węzeł nie może po prostu ukraść płatności przechodzącej przez niego. Jest to zapewnione przez Hash Time Locked Contract, czyli HTLC. Mówiąc prosto, płatność jest powiązana z tajemnicą, a węzeł może odebrać swoja płatność przychodzącą tylko przez ujawnienie pasującej tajemnicy, co z kolei pozwala poprzedniemu węzłowi odebrać swoją. Limit czasu zapewnia, że jeśli łańcuch potwierdzeń nie zostanie ukończony, każdy skok zostaje bezpiecznie zwrócony. Cała płatność dociera do miejsca przeznaczenia albo jest anulowana. Jeśli chcesz poznać podstawową ideę stojącą za tą tajemnicą, zajrzyj do naszego artykułu o tym, czym jest hash.

Otwieranie i zamykanie kanalu

Kanał jest obudowany przez dwie transakcje on-chain, z potencjalnie tysiącami bezpłatnych płatności off-chain pomiędzy nimi. Istnieją trzy sposoby zamknięcia kanału:

• Kooperatywnie: obie strony zgadzają się na zamknięcie i ostateczne saldo jest rozliczane on-chain niemal natychmiast. To najtańszy i najczystszy wynik.
• Jednostronnie: każda ze stron może zamknąć kanał samodzielnie bez zgody drugiej strony. Aby dać czas na wykrycie ewentualnych oszustw, środki zamykającej strony są zatrzymane za krótką blokadą czasową przed możliwością ich wydania.
• Jako ostateczność w razie oszustwa: jeśli jedna strona próbuje zamknąć ze starym stanem, druga strona używa opisanej wcześniej transakcji karnej, aby odebrać całe saldo.

Nowoczesny Lightning obsługuje również splicing, który pozwala dodawać lub usuwać środki z kanału bez jego całkowitego zamykania i ponownego otwierania. To sprawia, że kanały są znacznie bardziej elastyczne niż były we wczesnych latach Lightning.

Kiedy uzywac Lightning, a kiedy zostac on-chain

Lightning i warstwa bazowa nie są konkurentami. To dwa narzędzia do dwóch zadań. Małe, częste, natychmiastowe płatności należą do Lightning. Duże, ostateczne transfery o dużej wartości i przenoszenie oszczędności do własnej pieczy należą do on-chain, gdzie rozliczenie jest najbardziej niezawodne. Pomocny model mentalny: warstwa bazowa to miejsce, gdzie wartość ostatecznie się rozlicza, a Lightning to miejsce, gdzie wartość szybko przemieszcza się dzień za dniem.

Co Lightning umozliwia

Ponieważ Lightning może błyskawicznie i niemal bezpłatnie przenosić niewielkie kwoty, odblokowuje zastosowania, które nigdy nie były praktyczne w warstwie bazowej. Czyni Bitcoina wiarygodną codzienną metodą płatności za drobne zakupy. Umożliwia prawdziwe mikropłatności, do kwot znacznie mniejszych niż kiedykolwiek miałoby sens on-chain. Sprawia, że płatności transgraniczne są szybkie i tanie, co jest istotne w miejscach, gdzie przesyłanie pieniędzy jest powolne lub drogie.

Umożliwia też idee, które po prostu wcześniej nie istniały. Pieniądze mogą być strumieniowane co sekundę, więc słuchacz może płacić twórcy ciągiem podczas konsumowania treści, zamiast za pośrednictwem jednej platformy, która bierze duży procent. Maszyny i oprogramowanie, w tym zautomatyzowani agenci, mogą bezpośrednio płacić sobie nawzajem za małe jednostki pracy. Logowania i paywalle mogą być zbudowane na tożsamości Lightning zamiast na kolejnym adresie e-mail i haśle. Są to kategorie możliwości, a nie rekomendacje konkretnego produktu.

Uczciwe kompromisy

Lightning jest potężny, ale nie jest gotowy, a udawanie, że jest, nikomu by nie służyło.

Plynnosc. Żeby odbierać płatności, Twoje kanały potrzebują pojemności przychodzącej, a żeby je wysyłać, pojemności wychodzącej. Skonfigurowanie tego nadal jest jedną z najmniej intuicyjnych części bezpośredniego korzystania z Lightning.

Wymog bycia online. Jak wyjaśniono powyżej, obrona własnych kanałów oznacza bycie osiągalnym lub zaufanie watchtower, który zrobi to za Ciebie.

Niezawodnosc routingu dla duzych kwot. Pojedyncza trasa może nie mieć wystarczającej płynności dla dużej płatności. Podział płatności na kilka tras pomaga, ale routing dużych sum jest wciąż mniej niezawodny niż routing małych kwot.

Custodial kontra non-custodial. Najłatwiejsze portfele Lightning są często custodial, co oznacza, że trzecia strona posiada Twoje klucze i Twoje bitcoiny. Jest to wygodne, ale nie jest samokustodia i reintrodukuje dokładnie ten rodzaj zaufanego pośrednika, który Bitcoin istnieje, żeby wyeliminować. Stanowisko CanoeBit jest spójne: wygoda jest mile widziana, ale posiadanie własnych kluczy jest celem. Traktuj custodial Lightning jako rampę startową, nie cel podróży.

Prywatnosc jest lepsza, nie idealna. Lightning ukrywa znacznie więcej niż warstwa bazowa, ale otwarcia i zamknięcia kanałów są widoczne on-chain, publiczne kanały reklamują swoją pojemność, a badacze pokazali sposoby na sondowanie sald. Bieżące aktualizacje ciągle to poprawiają, ale nie powinieneś zakładać całkowitej anonimowości.

Energia. Warto powiedzieć to wprost: płatności Lightning odbywają się poza łańcuchem i praktycznie nie dodają żadnego dodatkowego zużycia energii. Nie wymagają więcej wydobycia. Lightning po prostu korzysta z bezpieczeństwa, które warstwa bazowa już produkuje, co jest częścią szerszej debaty energetycznej wokół Bitcoina.

Istnieją też znane teoretyczne ataki, jak channel jamming, gdzie atakujący blokuje kanały ofiary bez realizowania płatności. Pozostają one aktywnymi obszarami badań, z proponowanymi mitygacjami w toku, a nie w pełni rozwiązanymi.

Dokad zmierza Lightning

Lightning bardzo dojrzała od swojej bety z 2018 roku. Aktualizacja Taproot Bitcoina pozwoliła, żeby otwarcia kanałów wyglądały jak zwykłe transakcje, poprawiając prywatność. Wielokrotnie używalne żądania płatności umożliwiają teraz statyczne, udostępnialne kody płatności i płatności cykliczne. Splicing umożliwia zmianę rozmiaru kanałów bez ich zamykania. Czytelne dla człowieka adresy Lightning, w znajomym formacie nazwa-at-domena, sprawiły, że wysyłanie płatności jest tak proste jak wysyłanie e-maila.

To, co musi się jeszcze wydarzyć dla prawdziwej masowej adopcji, dotyczy głównie użyteczności i płynności. Wysyłanie i odbieranie musi być bezproblemowe dla kogoś, kto nigdy nie słyszał słowa "kanał", płynność musi być łatwiejsza do uzyskania, a konfiguracje non-custodial muszą być tak proste jak custodial. Zachęcająca część polega na tym, jak szybko to postępuje. Uczciwa część polega na tym, że wciąż jest do zrobienia sporo pracy.

Podsumowanie

Lightning Network to warstwa płatności Bitcoina. Istnieje, ponieważ zdecentralizowana i bezpieczna warstwa bazowa nie może być jednocześnie szybką szyną płatności bez poświęcenia tego, co czyni ją cenną. Zamiast osłabiać Bitcoina, Lightning buduje szybszą warstwę na jego szczycie, w ten sam sposób, w jaki Internet był budowany jedna zdolna warstwa na raz. Już dziś działa dla codziennych płatności i poprawia się każdego roku. Używana z własnymi kluczami, pozwala wydawać bitcoiny szybko i tanio bez rezygnowania z suwerenności, która sprawiła, że Bitcoin był wart posiadania w pierwszej kolejności.