Lightning Network: мережа, яка робить біткоїн швидшим за блискавку
У жовтні 2008 року людина або група осіб під псевдонімом Сатоші Накамото опублікувала white paper біткоїна. Згідно з документом, перша криптовалюта — це «електронні гроші» для взаєморозрахунків без посередників.
З моменту запуску мережі біткоїна минуло майже 14 років — за цей час криптовалютна галузь перетворилася на багатомільярдну індустрію, а на ринку з’явилися тисячі токенів. Незважаючи на різноманітність проектів, багато хто, як і раніше, вважає, що саме біткоїн найкраще підходить на роль глобальної інтернет-нативної валюти.
Однак для цього необхідно вирішити проблему масштабованості.
Існує кілька можливих рішень. Це і софтфорки на рівні основного протоколу (SegWit, Taproot), і L2-протоколи (сайдчейни, Lightning Network, Ark, RGB).
На поточний момент найбільшого поширення набула Lightning Network (LN), яку останнім часом активно інтегрують великі провайдери послуг на кшталт Kraken і OKX. Про намір додати підтримку протоколу також заявили в Coinbase і Binance.
Ми в Boosty Venture Studio впевнені, що LN є найефективнішим рішенням для масштабування біткоїна і в перспективі може конкурувати з традиційними платіжними мережами. У цьому гайді ми детально розповімо про те, що таке Lightning Network, як вона працює і навіщо її використовувати.
Що таке Lightning Network?
Lightning Network — це протокол другого рівня поверх біткоїна. Являє собою мережу платіжних каналів для дешевих і миттєвих біткоїн-платежів.
У 2016 році Джозеф Пун і Таддеус Драйя опублікували white paper з описом Lightning Network. Необхідність такого рішення автори пояснили малою пропускною спроможністю мережі першої криптовалюти:
«Протокол біткоїна може охопити глобальний обсяг транзакцій у всіх сучасних платіжних системах […]. Однак сам по собі блокчейн як платіжна платформа не здатний задовольнити потреби світового ринку комерції», — йдеться в документі.
Пропускна здатність біткоїна обмежена — до 7 TPS, а час підтвердження становить близько 10 хвилин. Водночас такі мережі як Visa здатні обробляти тисячі транзакцій за секунду. Lightning Network покликана зняти обмеження з біткоїна без шкоди для його безпеки.
Як працює Lightning Network?
Мережа Lightning Network складається з безлічі двосторонніх каналів, що являють собою адреси з мультипідписом (за моделлю «два з двох»).
Щоб відкрити такий канал, користувачеві необхідно встановити і налаштувати спеціальне програмне забезпечення, запустивши свою ноду. Вузли в LN виконують дві основні функції: відстежують стан основного блокчейна і взаємодіють з іншими нодами мережі для передачі повідомлень.
Під час відкриття каналу сторони блокують певну кількість активів у рамках транзакціїфінансування (funding transaction). При цьому кошти можуть внести як обидві ноди, так і тільки одна з них. У рамках цієї транзакції фіксуються баланси біткоїнів, виведені в LN.
Будь-який платіж у рамках каналу змінює частки володіння активами. Щоразу сторони підписують транзакції в мережі LN, що відображають новий стан балансу. У рамках одного каналу можна здійснити необмежену кількість біткоїн-транзакцій, але в основний блокчейн будуть записані тільки дві, — відкриття і закриття каналу. Саме так LN розвантажує біткоїн.
Користувачі Lightning Network можуть здійснювати платежі безпосередньо (в рамках одного каналу) і через інтегрований у протокол механізм роутингу. Останній дає змогу проводити транзакції з учасниками мережі, з якими утворено лише непрямий зв’язок.
Механізм роутингу передає повідомлення у вигляді Hashed Timelock Contract (HTLC). Ці смарт-контракти побудовані таким чином, що кожна нода в логістичному ланцюжку бачить тільки ту інформацію, яка необхідна їй для маршрутизації транзакції та отримання винагороди.
Повідомлення передаються від ноди до ноди, поки не досягнуть кінцевого одержувача. При цьому мережа намагається побудувати найоптимальніший маршрут — як з точки зору швидкості обробки операцій, так і з точки зору комісійних витрат.
Стан каналу Lightning Network публікується в основну мережу біткоїна тільки в разі його закриття. Існують два основні сценарії: кооперативний і примусовий.
- Кооперативне закриття: реалізується в рамках однієї транзакції — обидва користувачі погоджуються закрити канал і отримують активи на біткоїн-адреси, які їм належать. Розподіл відбувається на основі останнього стану балансу.
- Примусове закриття: користувач передає в основну мережу останній відомий йому стан каналу, не зв’язуючись з іншим учасником. Зазвичай таке відбувається, коли одна зі сторін недоступна.
Після підтвердження закриття баланс ініціатора операції заморожується на певний час. У це «вікно» другий контрагент може повернутися в мережу і затвердити стан каналу, підписавши транзакцію. Якщо цього не станеться, активи ініціатора стануть доступними для витрачання після закінчення періоду блокування, який може досягати 2016 блоків.
Якщо операція ініціатора оскаржується і друга сторона має можливість опублікувати більш свіжий стан каналу, вона підписує «транзакцію справедливості» (justice transaction). У рамках останньої користувач може повернути свої кошти.
Щоб не стежити за станом каналу постійно, учасники можуть передати це завдання напівдовіреній третій стороні — «сторожовій вежі» (watchtower). Вона виключає можливість подвійного витрачання, публікуючи транзакції справедливості від імені користувачів.
Незважаючи на присутній ризик, несумлінна поведінка учасників LN досить рідкісне явище, про це свідчать дані дослідження компанії Blockstream і групи європейських учених. Наявні механізми захисту, зокрема сторожові вежі, застерігають користувачів від зловмисних дій.
«Як кооперативні, так і примусові закриття вкрай поширені. Цікаво, що штрафи спостерігаються винятково рідко. Це вказує на те, що [учасники] поводяться сумлінно», — йдеться в роботі.
Як стати учасником Lightning Network?
Є кілька способів приєднатися до Lightning Network. Залежно від цілей, які переслідує користувач, він може вибрати найбільш підходящий для нього варіант взаємодії з протоколом.
Питання вибору особливо актуальне для бізнесу, оскільки, якщо компанія хоче почати приймати платежі через LN або інтегрувати протокол у свій додаток, вона повинна забезпечити безперебійну роботу нод і каналів.
Запуск фізичної ноди
У фізичної ноди є кілька переваг:
- відсутність необхідності довіряти третій стороні — користувач самостійно зберігає свої активи, ініціює транзакції та має можливість переглядати актуальний стан мережі;
- можливість розширеного налаштування ноди;
- можливість отримувати прибуток за роутинг транзакцій.
Оскільки для здійснення і приймання транзакцій нода має бути постійно підключена до мережі, налаштування вимагає деяких початкових вкладень у комплектуючі.
Якщо йдеться про використання протоколу в приватних цілях, «сервером» може виступити й ноутбук. Однак навіть у таких випадках рекомендується використовувати одноплатні комп’ютери на кшталт Raspberry Pi.
Існує кілька імплементацій протоколу, кожна з яких має свої переваги та недоліки. Найпопулярнішими є:
- Lightning Network Daemon (LND);
- Core Lightning (раніше c-lightning);
- Eclair;
- LDK.
Після встановлення та налаштування програмного забезпечення потрібно під’єднатися до мережі, завантажити актуальний стан блокчейна і відкрити перший канал.
Фізична нода забезпечує максимальну гнучкість і приватність, а також повний контроль над активами. Однак запуск і підтримка вимагають певних знань і наявності відповідного «заліза».
Тому варто звернути увагу на хмарні сервіси. Особливо при вирішенні будь-яких бізнес-завдань.
Запуск ноди в хмарі
Найпростіший варіант — скористатися послугами спеціалізованих провайдерів на кшталт Voltage, який розгортає вузли на потужностях Google.
Voltage працює за моделлю Lightning-as-a-Service (LaaS) і орієнтований на корпоративних клієнтів і розробників. Сервіс дає змогу запустити та налаштувати ноду буквально «за пару кліків».
Хмарна нода має практично всі переваги фізичного вузла, зокрема вона дає змогу заробляти на роутингу. До того ж, незважаючи на використання стороннього обладнання, провайдери не отримують доступ до закритих ключів або інших приватних даних клієнта.
Більшість сервісів також надають інтерфейс для управління каналами (свій або наданий третьою стороною) і SDK для інтеграції LN у різні продукти.
Ще один очевидний плюс — відсутність витрат, пов’язаних з обслуговуванням обладнання, і низька ймовірність відключення нод від мережі. Основний мінус — ризики доступу третьої сторони до сервера з вашою нодою, оскільки навіть без ключів її можна просто вимкнути.
Кастодіальні рішення
Якщо корпоративний користувач не хоче запускати і підтримувати ноду самостійно, йому підійдуть кастодіальні сервіси на кшталт Lightspark і Kaminari. Ці провайдери надають клієнтам необхідну для взаємодії з LN інфраструктуру як послугу.
Наприклад, Kaminari дає змогу мерчантам та іншим зацікавленим сторонам інтегрувати протокол у свої продукти, управляти транзакціями і контролювати баланс. За це платформа стягує певну плату.
Як зрозуміло з назви категорії, такі постачальники послуг де-факто зберігають кошти користувачів, замкнені в каналах Lightning Network. Однак натомість вони усувають цілу низку бар’єрів, пов’язаних із використанням протоколу, зокрема проблему ліквідності каналів, про яку йтиметься нижче.
Гаманці та криптовалютні біржі
Деякі централізовані платформи також дозволяють клієнтам здійснювати депозити і виводити активи через Lightning Network. За даними Lightning Landscape, таку можливість надають 53 біржі, зокрема Bitfinex, Kraken і Bitstamp. Binance вже запустила свою інфраструктуру, але поки що введення/виведення недоступні. Також очікується, що протокол підтримає і найбільша в США біржа Coinbase.
Ще один варіант взаємодії з протоколом — гаманці з підтримкою LN. На ринку є понад 70 подібних додатків, і всі вони діляться на два види: кастодіальні та некастодіальні.
- Кастодіальні гаманці — централізовані сервіси, які зберігають кошти користувачів і надають їм LN-канали для оплати.
Принцип їхньої роботи схожий на той, як функціонують LaaS-провайдери: необхідно депонувати кошти на спеціальну адресу і вже з неї здійснювати всі маніпуляції. До цієї групи належать додатки на кшталт Wallet of Satoshi, Blink і Alby.
- Некастодіальні гаманці — дають можливість розгорнути «мобільну ноду» і повністю контролювати свої активи. Це, наприклад, Breez Wallet і Phoenix.
Також існують сервіси, що надають інтерфейс для взаємодії зі своїми нодами. Вони не дозволяють працювати з LN за відсутності доступу до запущеного вузла. Приклад — Zap Wallet.
Переваги та недоліки Lightning Network
Переваги протоколу очевидні — пропускна здатність до 1 млн TPS і миттєві транзакції.
Рішення також істотно знижує витрати користувачів (передача повідомлень не вимагає сплати комісій у мейннеті) і підтримує мікроплатежі, які відкривають абсолютно нові бізнес-моделі на кшталт Value4Value і zap у Nostr.
Оскільки сторонньому спостерігачеві видно тільки сукупний обсяг активів на балансі того чи іншого каналу, протокол зберігає приватність учасників процесу.
Механізм роутингу також не розкриває конфіденційну інформацію користувачів під час передачі їхніх повідомлень.
Важливо, що мережа підтримує смарт-контракти, тому розробники можуть створювати децентралізовані додатки. Цей факт значно розширює пул потенційних варіантів застосування технології.
Згідно з Lightning Landscape, існує понад 1400 проєктів, які тією чи іншою мірою покладаються на LN. При цьому багато з них пропонують послуги, що не обмежуються проведенням платежів між користувачами.
Наприклад, протокол ліквідного стейкінгу біткоїна Stroom Network незабаром дасть змогу депонувати BTC на спеціальну адресу й отримати натомість обгорнуті токени lnBTC стандарту ERC-20.
«Оригінальні╦ активи Stroom розміщує в каналах Lightning Network як ліквідність для роутингу. Цей капітал генерує комісійний дохід, а власники lnBTC отримують частину виручки.
При цьому обгорнуті токени можна використовувати в інших децентралізованих додатках. По суті, протокол виконує ту саму функцію, що і Lido в мережі Ethereum.
Однак, незважаючи на всі плюси, у Lightning Network є і низка недоліків та обмежень, які варто враховувати під час взаємодії з протоколом.
Учасники мережі так чи інакше мають обирати між некастодіальними та кастодіальними рішеннями. Перші дають змогу контролювати власні кошти і більш тонко налаштовувати систему, але вимагають наявності технічних знань і здатності обслуговувати ноду.
Другі — прості у використанні, вирішують цілу низку проблем, але пов’язані з певними ризиками. Зокрема, це необхідність довіряти третій стороні.
Зважаючи на особливості роботи LN, користувацькі ноди повинні бути постійно підключені до мережі, щоб підтверджувати і підписувати транзакції. У разі апаратного збою або інших технічних проблем може статися примусове закриття каналу і блокування або навіть втрата коштів.
Як наслідок — оператори вузлів змушені регулярно виконувати резервне копіювання даних, щоб мати змогу відновити актуальний стан каналу.
Ще один важливий аспект — потенційна централізація. За словами професора Колумбійської бізнес-школи Оміда Малекана (Omid Malekan), зі зростанням популярності Lightning Network може відбутися концентрація каналів і капіталу навколо групи великих постачальників послуг(Lightning Service Providers, LSP).
«Чи погано це? Не обов’язково, оскільки LN захищає користувачів, і ви завжди можете перейти в основну мережу, щоб повернути свої BTC. Але це означає, що [протокол] не є панацеєю, якою її уявляють максималісти. Великі вузли можуть піддати цензурі певних користувачів або закритися за рішенням уряду, що призведе до збоїв», — написав він.
У спільноті також висловлюють побоювання щодо зростання вартості розгортання LN-каналів на тлі високої ончейн-активності.
Про нюанси, пов’язані з управлінням ліквідністю каналів, варто розповісти окремо, оскільки цей аспект є одним з основних бар’єрів для екосистеми Lightning Network.
Брак ліквідності
Якщо нода оперує з великою кількістю односторонньо спрямованих платежів, існує ймовірність, що канал стане незбалансованим. Тобто всі активи будуть зосереджені на одній з його сторін.
Така ситуація вимагає активних дій з боку користувача. Ребалансування можна виконати шляхом переміщення коштів з одного каналу в інший або через сервіси, що підтримують атомарні свопи типу submarine swaps з основної мережі (наприклад, ThunderHub).
Якщо під час відкриття каналу кошти блокує тільки одна нода, усі активи перебувають саме на її стороні. Це означає, що другий учасник може отримувати платежі, але не може їх відправляти.
Наступне обмеження — ліквідність ланцюжка маршрутизації. Якщо користувач хоче надіслати транзакцію іншому учаснику мережі, з яким у нього встановлені виключно непрямі зв’язки, йому необхідно, щоб усі ноди в логістичному ланцюжку мали баланс, що дорівнює або перевищує суму платежу.
З перерахованого вище випливає, що ліквідність є одним із найважливіших параметрів системи LN, від якого багато в чому залежить масове прийняття технології.
Цю тезу підтверджують й інші професійні учасники ринку з числа постачальників послуг на кшталт нового структурного підрозділу Block — Cequals.
Співзасновник Breez Technology Рой Шейнфельд також назвав ліквідність «обмеженим ресурсом, який стримує зростання [LSP]». При цьому оптимізацію використання цього ресурсу він вважає одним з основних векторів розвитку екосистеми.
Поточна статистика мережі
Зростання популярності Lightning Network і динаміку розвитку екосистеми протоколу добре демонструють дані.
Ємність мережі — сукупний обсяг активів, заблокованих у каналах LN, — за останні 12 місяців збільшилася практично на 40%. До моменту підготовки матеріалу показник перевищив 5460 BTC (~3933 BTC у червні 2022 року).
Протягом розглянутого періоду середня ємність каналу Lightning Network також зросла на 80% (0,018 BTC проти 0,01 BTC у червні 2022 року), що вказує на приплив активів у систему.
За той самий час кількість нод майже не змінилася, а кількість каналів навіть знизилася на 13%. При цьому середній розмір комісії за маршрутизацію, яку стягують вузли, — як базової, так і пропорційної — скоротився, згідно з Glassnode.
Наведені дані свідчать про розвиток інфраструктури Lightning Network і збільшення кількості LSP. Важливо також, що при зростаючій ліквідності знижується кількість «структурних елементів» системи (канали та ноди) — це наслідок більш ефективного управління капіталом, заблокованим у мережі.
Стан речей додатково відображає зусилля великих централізованих платформ, які інтегрують протокол у свої сервіси і додатки, на кшталт Binance і Bitfinex.
Заключення
Біткоїну ще належить розв’язати низку проблем, що перешкоджають масовому прийняттю. І Lightning Network має всі можливості стати одним із найбільш затребуваних рішень.
Уже зараз мережа пропонує зрозумілий і затребуваний сценарій використання — розрахунки між великими кастодіанами на кшталт бірж.
Розробники постійно перебувають у пошуках нових варіантів застосування технології. Lightning Network інтегрують у проєкти сегмента GameFi і планують використовувати для обміну повідомленнями між ШІ-агентами.
У 2022 році команда Lightning Labs презентувала протокол Taro (перейменований на Taproot Assets), що дає змогу випускати активи поверх блокчейна біткойна й обмінюватися ними в LN.
Його імплементація є передумовою для появи в блокчейні стейблкоїнів. Варто зазначити, що дочірній підрозділ емітента Tether — Synonym — уже проводить тестові транзакції з USDT.
Запуск стейблкоїнів істотно підвищить цінність протоколу для пересічних користувачів і залучить додаткову ліквідність у його канали. І, можливо, LN навіть кине виклик Tron.
