Szybciej niż błyskawica: jak Lightning Network wzmacnia bitcoina
W październiku 2008 r. osoba lub grupa osób pod pseudonimem Satoshi Nakamoto opublikowała białą księgę bitcoina. Zgodnie z dokumentem, pierwsza kryptowaluta jest “pieniądzem elektronicznym” do wzajemnych rozliczeń bez pośredników.
Od uruchomienia sieci bitcoin minęło prawie 14 lat – w tym czasie branża kryptowalut stała się przemysłem wartym wiele miliardów dolarów, a na rynku pojawiły się tysiące tokenów. Pomimo różnorodności projektów, wiele osób nadal uważa, że bitcoin najlepiej nadaje się do roli globalnej waluty internetowej.
Aby jednak tak się stało, należy zająć się skalowalnością.
Istnieje kilka możliwych rozwiązań. Obejmują one softforki na poziomie podstawowego protokołu (SegWit, Taproot) i protokołów L2 (łańcuchy boczne, Lightning Network, Ark, RGB).
Obecnie najbardziej rozpowszechniony jest Lightning Network (LN), który został niedawno aktywnie zintegrowany przez głównych dostawców usług, takich jak Kraken i OKX. Coinbase i Binance również ogłosiły zamiar dodania obsługi tego protokołu.
W Boosty Venture Studio wierzymy, że LN jest najbardziej wydajnym rozwiązaniem do skalowania bitcoina i może w przyszłości konkurować z tradycyjnymi sieciami płatności. W tym przewodniku szczegółowo wyjaśnimy, czym jest Lightning Network, jak działa i dlaczego warto z niego korzystać.
Czym jest Lightning Network?
Lightning Network to protokół warstwy 2 nakładany na bitcoina. Reprezentuje sieć kanałów płatności dla tanich i natychmiastowych płatności bitcoinem.
W 2016 roku Joseph Poon i Thaddeus Dryea opublikowali białą księgę opisującą Lightning Network. Autorzy wyjaśnili potrzebę takiego rozwiązania niską przepustowością sieci pierwszej kryptowaluty:
“Protokół bitcoina może uchwycić globalny wolumen transakcji wszystkich nowoczesnych systemów płatności […]. Jednak sam blockchain jako platforma płatnicza nie jest w stanie zaspokoić potrzeb globalnego rynku handlowego” – czytamy w dokumencie.
Przepustowość Bitcoina jest ograniczona – do 7 TPS – a czas potwierdzenia wynosi około 10 minut. W tym samym czasie sieci takie jak Visa są w stanie przetwarzać tysiące transakcji na sekundę. Lightning Network ma na celu usunięcie ograniczeń z bitcoina bez narażania jego bezpieczeństwa.
Jak działa Lightning Network?
Lightning Network składa się z wielu dwukierunkowych kanałów, które są wielopodpisanymi adresami (dwa na dwa).
Aby otworzyć taki kanał, użytkownik musi zainstalować i skonfigurować specjalne oprogramowanie, uruchamiając swój węzeł. Węzły w sieci LN pełnią dwie główne funkcje: monitorowanie stanu bazowego łańcucha bloków i komunikowanie się z innymi węzłami w sieci w celu przesyłania wiadomości.
Po otwarciu kanału strony blokują określoną ilość aktywów w ramach transakcji finansowania. Oba lub tylko jeden z węzłów może wnieść środki. W ramach tej transakcji rejestrowane są salda bitcoinów wycofane do LN.
Każda płatność w ramach kanału zmienia udziały własności aktywów. Za każdym razem strony podpisują transakcje w LN odzwierciedlające nowy stan salda. W ramach kanału można dokonać nieograniczonej liczby transakcji bitcoinowych, ale tylko dwie zostaną zarejestrowane w głównym łańcuchu bloków – otwarcie i zamknięcie kanału. W ten sposób LN pozbywa się bitcoinów.
Użytkownicy Lightning Network mogą dokonywać płatności bezpośrednio (w ramach jednego kanału) oraz za pośrednictwem mechanizmu routingu zintegrowanego z protokołem. Ten ostatni pozwala na dokonywanie transakcji z członkami sieci, z którymi istnieje tylko pośrednie połączenie.
Mechanizm routingu przesyła wiadomości w postaci hashowanych kontraktów czasowych (HTLC). Te inteligentne kontrakty są zaprojektowane w taki sposób, że każdy węzeł w łańcuchu dostaw widzi tylko te informacje, których potrzebuje do przekierowania transakcji i otrzymania nagrody.
Wiadomości są przekazywane od węzła do węzła, aż dotrą do ostatecznego odbiorcy. Jednocześnie sieć stara się zbudować najbardziej optymalną trasę, zarówno pod względem szybkości przetwarzania transakcji, jak i kosztów prowizji.
Stan kanału Lightning Network jest publikowany w głównej sieci Bitcoin dopiero w momencie jego zamknięcia. Istnieją dwa główne scenariusze: kooperatywny i wymuszony.
- Zamknięcie kooperacyjne: zaimplementowane w pojedynczej transakcji – obaj użytkownicy zgadzają się zamknąć kanał i otrzymać aktywa na posiadane przez siebie adresy bitcoin. Dystrybucja opiera się na ostatnim stanie salda.
- Wymuszone zamknięcie: użytkownik przesyła ostatni znany stan kanału do głównej sieci bez kontaktowania się z drugim uczestnikiem. Zwykle dzieje się tak, gdy jedna ze stron jest niedostępna.
Po potwierdzeniu zamknięcia saldo inicjatora zostaje zamrożone na określony czas. Podczas tego “okna” drugi kontrahent może powrócić do sieci i zatwierdzić stan kanału, podpisując transakcję. Jeśli tak się nie stanie, aktywa inicjatora stają się dostępne do wydania pod koniec okresu blokady, który może trwać nawet 2016 bloków.
Jeśli transakcja inicjatora zostanie zakwestionowana, a druga strona jest w stanie opublikować bardziej aktualny stan kanału, podpisuje “transakcję sprawiedliwości“. W ramach tej ostatniej użytkownik może odzyskać swoje środki.
Aby nie monitorować stale stanu kanału, uczestnicy mogą zlecić to zadanie częściowo zaufanej stronie trzeciej, “strażnikowi“. Eliminuje to możliwość podwójnego wydawania środków poprzez publikowanie uczciwych transakcji w imieniu użytkowników.
Pomimo związanego z tym ryzyka, nieuczciwe zachowania uczestników sieci LN są dość rzadkie, o czym świadczą badania przeprowadzone przez Blockstream i grupę europejskich naukowców. Dostępne mechanizmy obronne, ostrzegają użytkowników przed złośliwymi działaniami.
“Zarówno (kooperanyjne) współdzielone, jak i zamknięcia wymuszone są niezwykle powszechne. Co ciekawe, grzywny są obserwowane wyjątkowo rzadko. Wskazuje to, że [uczestnicy] zachowują się w dobrej wierze ” – czytamy w artykule.
Jak zostać członkiem Lightning Network?
Istnieje kilka sposobów dołączenia do Lightning Network. W zależności od celów użytkownika, może on wybrać najbardziej odpowiedni sposób interakcji z protokołem.
Kwestia wyboru jest szczególnie istotna dla firm, ponieważ jeśli firma chce rozpocząć przyjmowanie płatności za pośrednictwem LN lub zintegrować protokół ze swoją aplikacją, musi zapewnić płynne działanie węzłów i kanałów.
Uruchamianie fizycznego węzła
Fizyczny węzeł ma kilka zalet:
- brak konieczności zaufania stronie trzeciej – użytkownik samodzielnie przechowuje swoje aktywa, inicjuje transakcje i ma możliwość podglądu aktualnego stanu sieci;
- możliwość zaawansowanej personalizacji węzła;
- możliwość zarabiania na trasowaniu transakcji.
Ponieważ węzeł musi być stale podłączony do sieci, aby wykonywać i odbierać transakcje, dostosowanie wymaga pewnych początkowych inwestycji w komponenty.
Jeśli chodzi o wykorzystanie protokołu do celów prywatnych, laptop może również działać jako “serwer/węzeł”. Jednak nawet w takich przypadkach zaleca się stosowanie prostych komputerów jednopłytkowych, takich jak Raspberry Pi.
Istnieje kilka implementacji protokołu, z których każda ma swoje wady i zalety. Najpopularniejsze z nich to:
- Lightning Network Daemon (LND);
- Core Lightning (dawniej c-lightning);
- Eclair;
- LDK.
Po zainstalowaniu i skonfigurowaniu oprogramowania wymagane jest połączenie z siecią, pobranie aktualnego blockchaina i otwarcie pierwszego kanału.
Fizyczny węzeł zapewnia maksymalną elastyczność i prywatność, a także pełną kontrolę nad aktywami. Jego uruchomienie i utrzymanie wymaga jednak pewnej wiedzy i odpowiedniego sprzętu.
Dlatego warto zwrócić uwagę na usługi w chmurze. Zwłaszcza przy rozwiązywaniu jakichkolwiek zadań biznesowych.
Uruchomienie węzła w chmurze
Najprostszą opcją jest skorzystanie z usług wyspecjalizowanych dostawców, takich jak Voltage, który wdraża węzły w obiektach Google.
Voltage działa w modelu Lightning-as-a-Service (LaaS) i jest skierowane do klientów korporacyjnych i deweloperów. Usługa pozwala na uruchomienie i skonfigurowanie węzła dosłownie “za pomocą kilku kliknięć”.
Węzeł w chmurze ma prawie wszystkie zalety fizycznego węzła, w tym możliwość zarabiania na routingu. Ponadto, pomimo korzystania ze sprzętu firm trzecich, dostawcy nie uzyskują dostępu do kluczy prywatnych ani innych prywatnych danych klienta.
Większość usług zapewnia również interfejs do zarządzania kanałami (własny lub dostarczony przez stronę trzecią) oraz zestawy SDK do integracji LN z różnymi produktami.
Kolejnym oczywistym plusem jest brak kosztów utrzymania sprzętu i niskie prawdopodobieństwo odłączenia węzłów od sieci. Główną wadą jest ryzyko uzyskania dostępu do serwera z węzłem przez osobę trzecią, ponieważ nawet bez kluczy można go po prostu wyłączyć.
Rozwiązania powiernicze
Jeśli użytkownik korporacyjny nie chce samodzielnie uruchamiać i utrzymywać węzła, najlepszym rozwiązaniem są usługi powiernicze, takie jak Lightspark i Kaminari. Dostawcy ci zapewniają klientom infrastrukturę potrzebną do interakcji z sieciami LN jako usługą.
Przykładowo, Kaminari umożliwia sprzedawcom i innym zainteresowanym stronom integrację protokołu z ich produktami, zarządzanie transakcjami i monitorowanie sald. Platforma pobiera za to opłatę.
Jak sama nazwa kategorii wskazuje, usługodawcy ci de facto przechowują środki użytkowników zablokowane w kanałach Lightning Network. W zamian usuwają jednak szereg barier związanych z korzystaniem z protokołu, w tym omówioną poniżej kwestię płynności kanałów.
Portfele i giełdy kryptowalut
Niektóre scentralizowane platformy umożliwiają również klientom dokonywanie wpłat i wypłat aktywów za pośrednictwem Lightning Network. Według Lightning Landscape, 53 giełdy oferują taką możliwość, w tym Bitfinex, Kraken i Bitstamp. Binance uruchomił już swoją infrastrukturę, ale wpłaty/wypłaty nie są jeszcze dostępne. Oczekuje się, że Coinbase, największa giełda w USA, również będzie obsługiwać ten protokół.
Inną opcją interakcji z protokołem są portfele obsługujące LN. Na rynku istnieje ponad 70 takich aplikacji, a wszystkie z nich dzielą się na dwa typy: powiernicze i niepowiernicze.
- Portfele kustodialne to scentralizowane usługi, które przechowują środki użytkowników i zapewniają im kanały płatności LN.
Zasada ich działania jest podobna do sposobu działania dostawców LaaS: konieczne jest zdeponowanie środków na specjalnym adresie i wykonywanie z niego wszystkich manipulacji. Grupa ta obejmuje aplikacje takie jak Wallet of Satoshi, Blink i Alby.
- Portfele niepowiernicze – umożliwiają wdrożenie “mobilnego węzła” i pełną kontrolę nad aktywami. Są to na przykład Breez Wallet i Phoenix.
Istnieją również usługi, które zapewniają interfejs do interakcji z ich węzłami. Nie pozwalają one na pracę z LN w przypadku braku dostępu do uruchomionego węzła. Przykładem jest Zap Wallet.
Zalety i wady Lightning Network
Zalety protokołu są oczywiste – przepustowość do 1 miliona TPS i natychmiastowe transakcje.
Rozwiązanie znacznie obniża również koszty użytkownika (przesyłanie wiadomości nie wymaga płacenia prowizji w sieci głównej) i obsługuje mikropłatności, które otwierają zupełnie nowe modele biznesowe, takie jak Value4Value i zap w Nostr.
Ponieważ zewnętrzny obserwator może zobaczyć tylko całkowite aktywa w bilansie kanału, protokół zachowuje prywatność uczestników procesu.
Mechanizm routingu nie ujawnia również poufnych informacji użytkowników podczas przesyłania ich wiadomości.
Co ważne, sieć obsługuje inteligentne kontrakty, dzięki czemu deweloperzy mogą tworzyć zdecentralizowane aplikacje. Fakt ten znacznie rozszerza pulę potencjalnych zastosowań tej technologii.
Według Lightning Landscape istnieje ponad 1400 projektów, które w taki czy inny sposób opierają się na LN. Jednocześnie wiele z nich oferuje usługi, które nie ograniczają się do dokonywania płatności między użytkownikami.
Przykładowo, płynny protokół stakingu bitcoinów Stroom Network wkrótce pozwoli użytkownikom na deponowanie BTC na specjalny adres i otrzymywanie w zamian wrappowanych tokenów lnBTC w standardzie ERC-20.
“Oryginalne” aktywa są deponowane przez Stroom w kanałach Lightning Network jako płynność do routingu. Kapitał ten generuje dochód z opłat, a posiadacze lnBTC otrzymują część wpływów.
Tymczasem opakowane tokeny mogą być wykorzystywane w innych zdecentralizowanych aplikacjach. Zasadniczo protokół spełnia tę samą funkcję co Lido w sieci Ethereum.
Jednak pomimo wszystkich zalet, Lightning Network ma szereg wad i ograniczeń, które należy wziąć pod uwagę podczas interakcji z protokołem.
Uczestnicy sieci muszą wybierać między rozwiązaniami niepowierniczymi i powierniczymi. Te pierwsze umożliwiają kontrolę nad własnymi środkami i dokładniejsze dostrojenie systemu, ale wymagają wiedzy technicznej i umiejętności utrzymania węzła.
Te drugie są łatwe w użyciu i rozwiązują szereg problemów, ale wiążą się z pewnym ryzykiem. Obejmują one potrzebę zaufania stronie trzeciej.
Ze względu na sposób działania sieci LN, węzły użytkownika muszą być podłączone do sieci przez cały czas, aby potwierdzać i podpisywać transakcje. W przypadku awarii sprzętu lub innych problemów technicznych kanał może zostać przymusowo zamknięty, a środki mogą zostać zablokowane lub nawet utracone.
W konsekwencji operatorzy węzłów są zmuszeni do regularnego wykonywania kopii zapasowych danych, aby móc przywrócić aktualny stan kanału.
Kolejnym ważnym aspektem jest potencjalna centralizacja. Według Omida Malekana, profesora Columbia Business School, wraz ze wzrostem popularności Lightning Network może dojść do koncentracji kanałów i kapitału wokół grupy dużychdostawców usług Lightning (LSP).
“Czy to coś złego? Niekoniecznie, ponieważ LN chroni użytkowników i zawsze można przenieść się do głównej sieci, aby odzyskać swoje BTC. Oznacza to jednak, że [protokół] nie jest panaceum, za które uważają go maksymaliści. Główne węzły mogą cenzurować niektórych użytkowników lub zostać zamknięte decyzją rządu, co prowadzi do zakłóceń” – napisał.
Społeczność wyraziła również obawy dotyczące rosnących kosztów wdrażania kanałów LN w obliczu wysokiej aktywności onchain.
Niuanse związane z zarządzaniem płynnością kanałów są warte omówienia osobno, ponieważ ten aspekt jest jedną z głównych barier dla ekosystemu Lightning Network.
Brak płynności
Jeśli węzeł działa z dużą liczbą płatności jednokierunkowych, możliwe jest, że kanał stanie się niezrównoważony. Oznacza to, że wszystkie aktywa będą skoncentrowane po jednej ze stron.
Taka sytuacja wymaga aktywnych działań ze strony użytkownika. Przywrócenie równowagi można wykonać, przenosząc środki z jednego kanału do drugiego lub za pośrednictwem usług obsługujących swapy atomowe, takie jak swapy podmorskie z głównej sieci (np. ThunderHub).
Jeśli tylko jeden węzeł blokuje środki podczas otwierania kanału, wszystkie aktywa są po jego stronie. Oznacza to, że drugi uczestnik może otrzymywać płatności, ale nie może ich wysyłać.
Kolejnym ograniczeniem jest płynność łańcucha routingu. Jeśli użytkownik chce wysłać transakcję do innego uczestnika sieci, z którym ma tylko pośrednie połączenia, potrzebuje, aby wszystkie węzły w łańcuchu logistycznym miały saldo równe lub większe niż kwota płatności.
Z powyższego wynika, że płynność jest jednym z najważniejszych parametrów systemu LN, od którego w dużej mierze zależy masowa adopcja technologii.
Tezę tę potwierdzają również inni profesjonalni uczestnicy rynku spośród dostawców usług, takich jak nowy oddział strukturalny Block – Cequals.
Współzałożyciel Breez Technology, Roy Sheinfeld, również opisał płynność jako “ograniczony zasób, który hamuje wzrost [LSP]”. Uważa on optymalizację wykorzystania tego zasobu za jeden z głównych wektorów rozwoju ekosystemu.
Aktualne statystyki sieci
Wzrost popularności Lightning Network i dynamikę rozwoju ekosystemu protokołu dobrze obrazują dane.
Pojemność sieci – całkowity wolumen aktywów zablokowanych w kanałach LN – wzrosła o prawie 40% w ciągu ostatnich 12 miesięcy. W chwili pisania tego tekstu liczba ta przekroczyła 5460 BTC (~3933 BTC w czerwcu 2022 r.).
W badanym okresie średnia przepustowość kanału Lightning Network również wzrosła o 80% (0,018 BTC w porównaniu z 0,01 BTC w czerwcu 2022 r.), co wskazuje na napływ aktywów do systemu.
W tym samym okresie liczba węzłów pozostała prawie niezmieniona, a liczba kanałów spadła nawet o 13%. Tymczasem średnia opłata za routing pobierana przez węzły – zarówno podstawowa, jak i proporcjonalna – spadła, według Glassnode.
Powyższe dane pokazują, że infrastruktura Lightning Network ewoluuje, a liczba LSP rośnie. Istotne jest również to, że wraz ze wzrostem płynności maleje liczba “cegiełek” systemu (kanałów i węzłów) – co jest konsekwencją efektywniejszego zarządzania kapitałem zamkniętym w sieci.
Stan ten odzwierciedlają ponadto wysiłki dużych scentralizowanych platform, które integrują protokół ze swoimi usługami i aplikacjami, takimi jak Binance i Bitfinex.
Podsumowanie
Bitcoin wciąż ma do pokonania szereg wyzwań, które uniemożliwiają jego masową adopcję. A Lightning Network ma wszelkie szanse, by stać się jednym z najbardziej pożądanych rozwiązań.
Sieć oferuje już wyraźny i pożądany przypadek użycia – rozliczenia między dużymi powiernikami, takimi jak giełdy.
Deweloperzy nieustannie poszukują nowych zastosowań dla tej technologii. Lightning Network jest zintegrowana z projektami GameFi i ma być wykorzystywana do przesyłania wiadomości między agentami AI.
W 2022 r. zespół Lightning Labs zaprezentował protokół Taro (przemianowany na Taproot Assets), który umożliwia emisję aktywów na blockchainie bitcoina i wymianę ich w LN.
Jego wdrożenie jest warunkiem wstępnym pojawienia się stablecoinów w blockchainie. Warto zauważyć, że Synonym, spółka zależna emitenta Tether, przeprowadza już testowe transakcje z USDT.
Uruchomienie steiblecoinów znacznie zwiększy wartość protokołu dla zwykłych użytkowników i przyciągnie dodatkową płynność do jego kanałów. Być może LN rzuci nawet wyzwanie Tronowi.
