Что такое Lightning Network и как данная технология совершенствует блокчейн Bitcoin

Lightning Network на сегодняшний день является наиболее важной технологией для развития блокчейна Биткоина. Данная технология позволит почти бесплатно выполнять огромное количество транзакций вне блокчейна Биткоина, и для этого не придется жертвовать безопасностью сети.

Проблема в том что, блокчейны медленные. И поэтому дорогие. Если я отправлю вам несколько биткоинов, получите вы их через несколько часов, а мне придётся заплатить комиссию за транзакцию. Как же с такой репутацией блокчейн захватит мир?

Lightning Network (англ. — сеть-молния) — техническое решение, разрабатываемое в качестве протокола второго слоя блокчейн-сетей. Развернутый поверх биткоина LN использует передовые смарт-контракты для достижения более высокой пропускной способности транзакций, сохраняя при этом peer-to-peer характер протокола биткоина.

Решение было впервые представлено на конференции Scaling Bitcoin в Монреале в сентябре 2015 года.

Почему транзакции в блокчейне Bitcoin (BTC) медленные?

Считайте блокчейн регистром. И этот регистр содержит несколько страниц (блоков), а на каждой из них — несколько транзакций. Как только страница полностью заполняется транзакциями, её необходимо добавить в регистр, после начинать записывать транзакции в блокчейне Bitcoin на следующую страницу.

Прежде чем добавлять страницу (блок) в регистр (цепочку), необходимо выполнить обработку данных , чтобы убедиться, что все согласны с изложенным на странице содержимым. В блокчейне биткоина этот процесс занимает примерно 10 минут для каждого блока .

Представьте, вы посылаете 1 BTC своему другу Джо. Сделка будет выглядеть примерно так:

Транзакция содержит информацию об отправителе, получателе, сумме перевода и комиссии.

Дополнительная комиссия за BTC-транзакцию

Да, есть дополнительная плата. Вы можете оплатить ее, чтобы мотивировать майнеров как можно скорее включить вашу транзакцию в блок. Нет никакой установленной цены — вы сами решаете, сколько готовы заплатить, чтобы ускорить процесс. Чем больше заплатите, тем быстрее пройдёт ваша транзакция.

Одновременно доступно несколько транзакций, которые нужно записать на текущую страницу.

Майнеры блокчейн-сети должны решить, какую из доступных транзакций включить в текущий блок. Делая выбор, они смотрят, какие транзакции принесут наибольшее вознаграждение . Само собой разумеется, что сначала будут включены транзакции с самой высокой комиссией.

Если транзакций с более высокой комиссией достаточно для заполнения блока, то вашей транзакции придётся подождать. Ожидание может длиться от нескольких минут до нескольких часов. А иногда даже дней. Чем большую комиссию вы платите, тем быстрее выполняется транзакция.

Вот почему блокчейны такие медленные и дорогие в использовании. Блокчейну необходимо увеличить количество транзакций за единицу времени, но с увеличением количества транзакций — замедлится сеть, что приведет к сокращению количества транзакций. Парадокс!

Lightning Network (LN) — возможное решение проблемы.

Что такое технология Lightning Network?

Идея LN заключается в том, что не все транзакции должны записываться в блокчейн.

Представьте, что мы с вами систематически проводим между собой несколько транзакций. В этом случае можно обойти регистрацию транзакций в блокчейне и вывести их из цепочки.

Проще говоря, вот как это работает: мы открываем между собой нечто под названием платёжный канал и записываем его открытие в блокчейн. Теперь мы с вами можем совершать транзакции по этому каналу платежей, оставляя его открытым на нужное нам время, вплоть до десятилетий. Единственный раз, когда мы снова вернёмся в блокчейн, — чтобы закрыть канал. Тогда мы записываем в блокчейн окончательный статус транзакций, прошедших по каналу.

Можно создать целую сеть платёжных каналов, сократив транзакции в блокчейне до минимума. Представьте, что есть три персонажа: Ксан, Елена и Зик.

Если между Ксаном и Еленой открыт платёжный канал, а также между Еленой и Зиком, то Ксан может послать деньги Зику через Елену.

Предположим, что Ксан хочет отправить 2 BTC Зику: Елена пошлёт 2 BTC Зику, а Ксан возместит ей 2 BTC.

В этом и заключается идея Lightning Network. Поскольку необходимость в блокчейне практически отпадет, транзакции будут происходить с молниеносной скоростью. Как вы уже догадались, вся магия происходит в платёжных каналах. Давайте научимся этому магическому трюку.

Для чего нужна технология Lightning Network?

Главной целью Lightning Network является масштабирование и более быстрая работа блокчейн-сетей, в частности, осуществление моментальных микроплатежей с более низкими, чем при обычных транзакциях, комиссиями.

Если говорить просто, Lightning Network позволяет пользователям проводить транзакции напрямую между собой, не записывая информацию в публичный блокчейн. Таким образом решаются сразу две задачи: более быстрые и дешевые транзакции, а также сокращение объема данных блокчейна. Кроме того, эта технология способствует большей анонимности пользователей.

Как работает Lightning Network с технической точки зрения?

Ключевым принципом работы Lightning Network является использование платежных каналов, в которые помещаются средства, переводимые между участниками. Платежный канал представляет собой кошелек с функцией мультиподписи (multisig), в котором хранится определенное количество биткоинов. Монеты могут предоставить как обе стороны, так и только одна из них.

Канал открывается посредством обычной биткоин-транзакции, то есть в этом случае данные об этой транзакции записываются в блокчейн (также данные записываются в блокчейн при закрытии канала). Однако в дальнейшем все транзакции, осуществляемые внутри канала, происходят напрямую между участниками без записи данных в блокчейн.

Платежный канал по своей сути является аналогом сейфа, в который кладутся деньги, доступные в дальнейшем определенному кругу лиц. Но, если для открытия сейфа необходимо знать комбинацию цифр, то в нашем случае используются приватные ключи.

Как работают платежные каналы Lightning Network?

Это похоже на сейф, в который два человека кладут равные суммы денег, и каждый закрывает его на собственный замок.

Этот вклад равных сумм денег в общий сейф регистрируется в блокчейне как «открытие транзакции», после чего платёжный канал между двумя вкладчиками считается открытым.

Деньги блокируется в сейфе, чтобы никто не потратил их без ведома другого. Затем эти средства используются для транзакций между собой.

Представьте, что Ксан и Елена внесли по 10 BTC каждый. Если Ксан хочет отправить 2 BTC Елене, как он это сделает?

Для этого он передаёт Елене право на владение двумя биткоинами в общем сейфе. Если после этого сейф будет разблокирован, то Ксан сможет взять из неё 8 BTC, а Елена 12.

Если они хотят продолжать проводить между собой транзакции, то сейф открывать не будут. Например, на следующий день Елена должна отправить 1 BTC Ксану, она сделает то же самое — передаст Ксану право на владение одним из своих биткоинов. Если открыть сейф после этих двух транзакций, то Ксан получит 9 BTC, а Елена 11.

Платёжные каналы — это объединение денег, а затем передача права владения этими деньгами на заранеее обговоренных условиях. Если Ксан или Елена захотят закрыть канал, они это сделают в любой момент.

Закрытие канала просто означает «открыть сейф и забрать свои деньги». Поскольку открытие сейфа происходит на блокчейне, то информация о том, кто какой суммой владел на момент открытия зафиксирована навсегда.

Вот как работают платёжные каналы. Но это и близко не описывает их истинный потенциал. Настоящую силу они показывают когда работают вместе, формируя сеть — Lightning Network.

Практический пример работы Lightning Network

Как и раньше, мы приведем пример. Представьте, что есть три человека: Ксан, Елена и Зик. Между Ксаном и Еленой открыт платёжный канал, и между Еленой и Зиком открыт ещё один. Обратите внимание, что между Ксаном и Зиком нет платёжного канала.

Если Ксан хочет передать 2 BTC Зику, он может сделать это, используя платёжный канал между Еленой и Зиком. Как это выглядит? Ксан просит Елену передать право владения на два BTC Зику через платёжный канал Елена-Зик, а затем возмещает Елене два BTC через канал Ксан-Елена.

Благодаря сети платёжных каналов огромное количество транзакций может выполняться вне блокчейна, что освободит пропускную способность сети. Через сеть платёжных каналов без высокой комиссии могут проходить миллионы транзакций.

Необходимо ли открывать новый платежный канал для каждой новой стороны транзакции?

Нет, сеть Lightning Network, как говорит само ее название, устроена по сетевому принципу. Это означает, что Элис может не иметь открытого платежного канала с Дэйвом, но может быть связана с ним через Дэйва или Боба или даже через нескольких участников. То есть, пользователи могут обмениваться транзакциями с любыми другими пользователями, которые подключены к их сети платежных каналов через узлы (ноды).

Финансовый стимул в открытии таких связующих нод состоит в получении небольших комиссий, получаемых каждый раз, когда транзакция происходит при помощи одного из подключенных к ней каналов.

Благодаря использованию смарт-контрактов архитектура сети Lightning Network не требует доверия сторон. Таким образом средства всегда доходят до своих получателей через посредников или возвращаются отправителю, если непрямой путь к получателю по каким-то причинам невозможен.

На приведенном ниже графике Боб и Кэрол выступают в роли нод. Ноды в сети Lightning Network можно сравнить с майнерами в основной сети биткоина – как и майнеры, они обрабатывают транзакции и точно так же не контролируют средства, которые помогают перемещать. Боб не может украсть монеты Элис, поскольку получит входящий платеж только в том случае, если отправит аналогичную сумму получателю.

Кто разрабатывает Lightning Network?

Как и в случае с биткоином и рядом других криптовалют, разработка Lightning Network децентрализована, а код самого протокола доступен в открытом доступе. Следовательно, говорить о какой-либо одной «официальной» версии LN не приходится.

В то же время есть ряд известных компаний и проектов, которые предлагают собственные имплементации технологии, и в данном случае решение, какую из них использовать, остается за конечным пользователем.

Среди таковых можно назвать компании Lightning Labs, Blockstream, ACINQ, Bitfury и несколько других проектов.

Недостатки Lightning Network

Прежде всего, Lightning Network все еще находится в экспериментальной стадии. Крупные и значимые транзакции в данный момент лучше доверить основной сети биткоина.

Важно помнить, что в данный момент p2p-природа протокола означает, что для открытия канала и совершения платежей необходимо, чтобы обе стороны находились онлайн. То есть офлайн-платежи, когда можно просто отправить какое-то количество монет на известный адрес, и получатель увидит их, когда войдет в сеть, в этом случае невозможны.

Кроме того, пока нет четкого ответа касательно безопасности платежей. Все происходит поверх биткоина и следовательно моделью безопасности биткоина, которую обеспечивают майнеры, Lightning Network не пользуется

Также часто высказываются опасения о возможной централизации сети. Например, в середине января 2019 года более 64% емкости сети контролировал всего один игрок.

В каком состоянии находится сеть Lightning Network сегодня?

Разработка протокола микротранзакций Lightning Network велась на протяжении нескольких последних лет, но только март 2018, когда Lightning Labs представил первую бета-версию клиента lnd, можно считать датой его официального запуска. Кроме того, в прошлом году был выпущен кошелек Eclair от французского стартапа ACINQ, а также состоялся бета-релиз c-lightning — имплементации Lightning Network от Blockstream.

Еще одним важным событием стал релиз Casa Node — физической Lightning-ноды от американского стартапа Casa, которая существенным образом снижает порог доступа к технологии, делая использование Lightning Network предельно простым для пользователей, не обладающих обширными техническими навыками.

Также Lightning Network все чаще используется для оплаты реальных товаров и услуг. Настоящим пионером в этом отношении стал шведский стартап Bitrefill, еще в марте 2018 года объявивший о возможности использования протокола для пополнения телефонных счетов и покупки подарочных ваучеров и сертификатов.

В январе 2019 Bitrefill также представил сервис Thor — услугу по открытию пустого канала в Lightning Network от собственной ноды стартапа.

Будущее технологии

Lightning Network — по-прежнему очень молодая технология, однако ей действительно пророчат большое будущее. Неуклонно растет емкость в сети, недавно превысив отметку в 700 BTC, число нод приближается к 6500, а число открытых каналов превысило уже 28 000.

Кроме того, технология открывает дорогу принципиально новым решениям вроде кроссплатформенных атомарных свопов, то есть моментальному прямому обмену монет одной сети на монеты другой без участия посредников в лице бирж и других обменных платформ. Так, еще в 2017 году в сети Lightning Network состоялась первая атомарная транзакция между биткоином и Litecoin.

Также можно ожидать скорой поддержки технологии в ряде платежных приложений. Пионером в этом направлении может стать Cash App, разрабатываемый компанией Square. Дополнительно о планах по внедрению Lightning Network объявили разработчики ориентированной на приватность пользователей криптовалюты Beam.