Lightning Network: Решение масштабирования для биткойна

Биткойн (BTC) – это разновидность цифровой валюты, одноранговая (P2P) технология которой позволяет пользователям совершать транзакции с большей скоростью и эффективностью. Постепенное принятие биткойна и криптовалюты в целом финансовыми учреждениями – и такими платежными гигантами, как PayPal и Square, – свидетельствует о более широком признании финансовых услуг, что подталкивает эволюцию криптовалюты к улучшению поддержки ее сетей.

По сути, это приводит нас к Lightning Network – протоколу второго уровня, который работает наряду с Bitcoin для повышения скорости, универсальности, конфиденциальности и снижения затрат.

Основные выводы:

• Запущенная в 2018 году сеть Lightning Network представляет собой протокол второго уровня, который снижает затраты и перегрузку трафика в сети Bitcoin, способствуя ее масштабируемости.
• Lightning Network отличается молниеносной скоростью обработки данных без участия посредников, что позволяет осуществлять недорогие и быстрые децентрализованные микроплатежи по всему миру.
• Последнее обновление Lightning Network – Taproot Assets – превращает Биткойн в мультиактивную сеть, позволяя разработчикам выпускать стабильные монеты и реальные активы, такие как фиатные валюты и золото, на блокчейне Биткойна.

Что такое сеть Lightning Network?

Lightning Network – это протокол второго уровня, который работает поверх блокчейна Bitcoin для масштабирования проверки транзакций. Он позволяет снизить расходы и уменьшить перегрузку базового уровня сети Биткойн. Благодаря мгновенной скорости обработки данных Lightning Network может способствовать проведению децентрализованных микроплатежей в глобальном масштабе, устраняя необходимость в посредниках.

Впервые Lightning Network была предложена в 2015 году Таддеусом Дриджа и Джозефом Пуном. В своей работе под названием The Bitcoin Lightning Network эти исследователи описали внецепочечный протокол, предназначенный для работы с использованием платежных каналов. С помощью этих каналов недоверенные стороны могли совершать небольшие транзакции неограниченное количество раз, не увеличивая трафик в основной сети. Через год Дриджа и Пун вместе с другими специалистами основали компанию Lightning Labs, которая продолжила разработку концепции и в итоге представила Lightning Network в январе 2018 года после мягкого форка SegWit в августе 2017 года.

Как следует из названия, сеть Lightning Network предназначена для практически бесплатной и мгновенной обработки транзакций за счет их вывода за пределы цепи. Она существует отдельно от основной сети Bitcoin, используя свое программное обеспечение и узлы для связи с сетью и биржами при завершении транзакций.

Сеть Lightning Network была разработана для снижения нагрузки на базовый уровень сети блокчейн, уменьшения затрат на блокчейн и создания частных платежных каналов между сторонами. С момента своего создания сеть Lightning Network демонстрирует устойчивый рост и получила признание благодаря своей способности снижать комиссионные сборы и ускорять время обработки транзакций. Сеть Lightning Network также распространилась на другие сети блокчейн, включая Litecoin.

Даже в условиях нынешнего “медвежьего” рынка данные компании River, специализирующейся на технологиях и финансовых услугах в области биткойна, свидетельствуют об удивительном росте популярности сети Lightning Network. С августа 2021 года ее пропускная способность выросла на 1200%. По данным на сентябрь 2023 года, число активных пользователей Lightning Network составляет 279 000 и 1,116 млн. человек в месяц.

Недавно Lightning Network выпустила новое обновление – протокол Taproot Assets, который не только повышает масштабируемость сети, но и превращает Биткойн в мультиактивную сеть.

По сути, Taproot Assets позволяет выпускать стабильные монеты и реальные активы, такие как фиатные валюты, золото и государственные облигации, непосредственно на блокчейне Bitcoin. Поскольку эти транзакции осуществляются вне цепи через Lightning Network, Bitcoin защищен от возможных перегрузок, возникающих в результате такой деятельности.

Как работает сеть Lightning Network?

Подобно сети Bitcoin, сеть Lightning Network состоит из узлов. Однако в ней используются смарт-контракты, позволяющие проводить транзакцию без записи в блокчейн. Каждая транзакция доступна в частном порядке, только участникам сделки, а для осуществления платежей каждый узел использует платежные каналы Lightning. Платежный канал Lightning открывается путем создания адресов с несколькими подписями между двумя сторонами, осуществляющими транзакцию. Встроенные функции позволяют предотвратить обман или изменение данных, содержащихся в канале, а скорость платежей ограничивается только скоростью Интернет-соединения.

Предположим, Алекс хочет заплатить Ким в BTC через Lightning Network. Сначала они могут заблокировать свои BTC в уникальном мультисигмальном адресе 2of-2, открыв прямой Lightning-канал, что позволит им инициировать транзакцию, сохранив приватную бухгалтерскую книгу вне основной цепи. На внецепочечном Lightning-канале средства в пуле делятся на две стороны – средства Алекса и Кима.

Начальный баланс пула составляет 2 BTC (по 1 BTC каждому). Алекс выплачивает Киму 0,5 BTC по Lightning Network, и у него остается 0,5 BTC. Затем Ким получает 0,5 BTC, и ее текущий баланс составляет 1,5 BTC. После закрытия канала микротранзакции объединяются в одну транзакцию, которая затем проверяется, обрабатывается и добавляется в блокчейн, а их балансы обновляются соответствующим образом.

Однако если у Кима или Алекса нет прямого канала, транзакция направляется Джеку с помощью одного из видов смарт-контрактов – хешированных контрактов с временной блокировкой (HTLC). Контракт используется для того, чтобы пообещать Ким, что она получит свои BTC, а Джек должен доказать, что он выплатил Ким оговоренную сумму. Взамен Джек получит небольшое вознаграждение за выполнение заказа.

Ограничения биткойна

Несмотря на удобство и простоту использования биткойна, его недостатки вызывают определенную настороженность в отношении его принятия в качестве валюты. Так, BTC не везде принимаются к оплате, а их стоимость колеблется в зависимости от спроса, что чревато дефляцией. В случае потери файла или сбоя жесткого диска исчезает и кошелек, содержащийся в нем, и восстановить утраченные средства невозможно. Также отсутствует защита покупателя при покупке товаров за BTC.
Однако, пожалуй, самые большие ограничения биткойна связаны с его скоростью, стоимостью и масштабируемостью.

Скорость

Транзакции Bitcoin проверяются и записываются в блоки. Новый блок Bitcoin создается каждые десять минут, и каждый блок содержит определенное количество транзакций. Майнеры устанавливают приоритет транзакций на основе платы за их проведение, что означает, что вы можете оказаться в состоянии конкурировать с другими пользователями, чтобы обеспечить оперативную обработку своих транзакций. Это означает, что чем выше размер комиссии, тем быстрее будет обрабатываться транзакция.

В периоды затишья вы можете рассчитывать на то, что ваша транзакция будет обработана вовремя, но в более загруженные дни или часы вы можете долго ждать – или столкнуться с высокими комиссионными, поскольку майнеры гонятся за несколькими транзакциями в пуле памяти.

Стоимость

Комиссионные за транзакции, связанные с Биткойном, необходимы для поддержки сети, но они, как правило, высоки, особенно для небольших транзакций. Тот, кто хочет, чтобы его транзакции были обработаны, должен рассчитывать на более высокую плату во время перегруженности сети, поскольку в каждый блок может быть включено только ограниченное количество транзакций. Традиционно в сети Bitcoin майнеры получали субсидию при майнинге нового биткойна и плату за транзакции при добавлении транзакций в блок.

Однако плата за использование сети Bitcoin Lightning Network требуется только для следующего:

• Открытие платежного канала
• Закрытие платежного канала

Пока канал открыт, вы можете совершать множество транзакций, и единственная комиссия, которую вы платите, – это комиссия за открытие и закрытие канала. Сеть Lightning Network более эффективно использует пространство блоков, повышая пропускную способность Bitcoin и снижая стоимость транзакций.

Общая масштабируемость
Возможности роста Bitcoin ограничены, другими словами, у него есть проблема масштабируемости. Размер блоков Bitcoin составляет около 1 МБ, а генерируются они примерно раз в 10 минут со скоростью обработки около семи транзакций в секунду (TPS). Сравните с Ethereum, который обрабатывает почти вдвое большее количество транзакций (до предстоящего перехода ETH 2.0 на PoS-консенсус), а VisaNet может обрабатывать до 24 000 TPS.

Это означает, что лимитированная пропускная способность ограничивает количество транзакций, которые могут быть обработаны на цепи, тем самым ограничивая рост базы данных. Когда количество транзакций превысит установленный лимит, узлы не смогут за ним угнаться. По сути, сеть засоряется отложенными транзакциями, что может привести к войне ставок.

Впервые проблема масштабируемости стала очевидной в 2015 году, тогда же были предложены различные решения, в том числе увеличение размера блока. В августе 2017 г. произошел хард форк Bitcoin Cash (BCH), и в том же году в качестве потенциального решения общей проблемы масштабируемости Биткойна был внедрен сегрегированный свидетель (SegWit).

Понимание протоколов второго уровня

Базовый уровень сети Bitcoin характеризуется технологической структурой, поддерживающей сеть, а также денежным приложением. Он используется для проверки и завершения транзакций, но, как уже обсуждалось, имеет свои ограничения, в частности, емкость и стоимость Bitcoin. Протокол второго уровня призван устранить эти ограничения.

Протокол второго уровня (или Layer 2) также известен как внецепочечное решение. Он децентрализован, как и основной блокчейн, и предлагает те же протоколы безопасности, но его основная задача – решить проблемы масштабируемости обычной технологии блокчейн.

В децентрализованной сети необходим глобальный консенсус, и все участвующие узлы имеют полную копию транзакций для проверки. Это позволяет предотвратить двойное расходование средств, не полагаясь на центральный орган власти или регулирующий орган.

Базовый уровень – это первичный (или уровень 1) уровень безопасности, который создает неизменяемую запись данных. В качестве базового слоя выступает блокчейн. Протокол второго уровня уменьшает объем данных в блокчейне, позволяя проводить транзакции вне цепочки.

При использовании протокола второго уровня основные вычисления могут выполняться вне цепочки, в то время как транзакции по-прежнему привязаны к блокчейну. Это позволяет минимизировать объем данных, хранящихся на базовом уровне, и высвободить критически важные ресурсы без ущерба для безопасности. Другими словами, блокчейны с протоколами второго уровня более удобны в использовании и масштабируемы, а значит, способны конкурировать с более крупными и централизованными системами.

Биткойн против Ethereum: Протоколы второго уровня

И Bitcoin, и Ethereum представили протоколы второго уровня для повышения скорости и масштабируемости. В то время как Bitcoin использует сеть Lightning Network, Ethereum предлагает несколько решений второго уровня масштабирования, таких как оптимистичные сворачивания, сворачивания с нулевым знанием и плазменные цепочки. Протоколы второго уровня Ethereum, в том числе Polygon и Arbitrum, призваны решить проблемы масштабируемости и стоимости за счет возможности вычислений вне цепочки.

Решение второго уровня Bitcoin заключается в сети Lightning Network, которая использует смарт-контракты для обеспечения практически мгновенных и недорогих транзакций, а также кроссплатформенных “атомарных обменов”, в рамках которых пользователи могут обменивать одну монету на другую без использования биржи.

SegWit против решения второго уровня

Segregated Witness, или SegWit, – наиболее заметная на сегодняшний день модернизация протокола Bitcoin. Она позволяет эффективно отделить данные о транзакциях от данных о свидетелях, в результате чего каждая транзакция в блокчейне состоит из двух частей:

• Базовые данные: Под ними понимается движение биткоинов и данные, относящиеся к этому движению.
• Данные свидетеля: Выступает в качестве подписи, по сути, доказывая, что владелец BTC санкционировал транзакцию.

SegWit – это soft fork, или обратно совместимое изменение кода, которое разделяет транзакции на два сегмента. При этом данные свидетеля (или подпись) переносятся из исходного сегмента в сегмент свидетеля.

Реализация SegWit, по сути, удваивает размер блока, увеличивая его с 1 до 2 МБ, не требуя при этом серьезных изменений в существующем коде. Хотя SegWit не всегда решает проблему масштабируемости, он позволяет обеспечить поддержку решений второго уровня, таких как Lightning Network.

Как сеть Lightning Network помогает бороться с проблемами биткойна

Консолидируя многочисленные микротранзакции в одну, Lightning Network позволяет снизить сетевой трафик. Вывод этих микротранзакций за пределы основной сети позволяет освободить место для более крупных и приоритетных транзакций и повысить скорость их обработки.

Lightning Network также повышает масштабируемость за счет проведения транзакций и расчетов вне цепи.

Какую пользу может извлечь пользователь из Lightning Network Биткойна?

Главными преимуществами сети Lightning Network являются ее скорость и доступность. Как уже говорилось выше, на базовом уровне сети Биткойн комиссии и периоды ожидания могут быть непомерно высокими. Однако с помощью Lightning Network можно отправлять и получать небольшие платежи таким образом, который просто невозможен в сети Bitcoin. Вы можете обмениваться платежами множество раз, прежде чем закрыть канал и завершить одну транзакцию, и все это за одну плату.

Поскольку сеть Lightning Network работает как вторичный уровень поверх основной сети, она по-прежнему предлагает пользователям все стандартные протоколы безопасности Bitcoin. Пользователи также могут переключаться между сетями в зависимости от своих потребностей, обращаясь к сети Bitcoin для совершения крупных транзакций и переключаясь обратно на Lightning Network для совершения микротранзакций. Транзакции, связанные с Lightning Network, являются приватными, они проводятся вне блокчейна и фиксируют только общие результаты.

Наконец, последнее обновление Taproot Assets расширяет возможности технологии Биткойн для более широкого круга пользователей, поскольку с помощью протокола Taproot Assets можно выпускать реальные активы, такие как фиатные валюты и золото.

Влияние Lightning Network на принятие биткойна

Узлы Lightning Network с января 2018 года по октябрь 2023 года.
Источник: Bitcoin Visuals

Увеличение количества узлов и каналов в сети Биткойна позволяет ей наращивать пропускную способность для проведения биткойн-транзакций. По мере того как ее пропускная способность продолжает еженедельно расширяться, все больше людей принимают эту технологию, что делает ее важнейшим активом экосистемы Биткойна. Lightning Network может оказаться тем самым ключевым методом, который решит проблему масштабируемости Bitcoin.

Производительность Lightning Network с января 2018 года по октябрь 2023 года.
Источник: theblock.co

Если в 2021 году пропускная способность Lightning Network составляла более 1 000 биткоинов, то по состоянию на 22 октября 2023 года она увеличилась до более чем 5 000 BTC. Это также свидетельствует о более высокой масштабируемости сети Биткойн как платежной системы.

Lightning Network и Bitcoin работают вместе, что способствует привлечению большего числа людей к использованию обеих технологий. Те, кто уже использует Bitcoin, естественно, обратятся к Lightning Network для осуществления быстрых, небольших или недорогих платежей. Эта гибкость и эффективность, обеспечиваемая Lightning Network, будет и дальше привлекать все больше пользователей к использованию Bitcoin и Lightning. Чем больше людей будут использовать Lightning Network и Bitcoin, тем больше они будут становиться узнаваемыми на обычных биржах и приниматься как более традиционные формы оплаты.

Недостатки Lightning Network

Хотя сеть Lightning Network потенциально способна решить некоторые проблемы Биткойна, у нее есть и недостатки.

Во-первых, Lightning Network не всегда может быть недорогой в использовании. Это связано с тем, что прежде чем совершить микроплатеж между сторонами, пользователь должен сначала внести депозит на цепь. Кроме того, окончательная сумма для закрытия транзакции также должна быть зафиксирована в цепи Bitcoin.

Во-вторых, как блокчейн, Lightning Network подвержена различным рискам безопасности. Один из них связан с тем, что злоумышленники создают множество каналов, срок действия которых истекает одновременно, что приводит к перегрузке блокчейна и потенциальному хищению средств пользователей, не имеющих возможности вывести их из-за перегруженности.

Наконец, интеграция Lightning Network в существующие платежные системы также представляет собой сложный процесс. Торговцы могут быть не заинтересованы в переходе на Lightning Network, особенно учитывая волатильность биткойна.

Будущее Lightning Network

Общий объем заблокированной стоимости (TVL) в Lightning Network с апреля 2022 года по октябрь 2023 года.
Источник: DefiLlama

В настоящее время в системе Lightning Network заблокировано более 160 млн. долл. США, причем люди используют решение второго уровня для оплаты товаров, услуг, приложений и т.д.

Несмотря на некоторые ограничения, она предоставляет пользователям больше возможностей и универсальности. По мере того как люди все больше используют ее для осуществления молниеносных микроплатежей, разработчики будут продолжать создавать совместимые кошельки и системы поддержки для развития и укрепления сети.

Итог

Сеть Lightning Network, запущенная в 2018 году, стремительно меняет облик биткоина. Разработчики неустанно трудились над созданием надежной технологии, необходимой для поддержки и продвижения сети, а также над созданием удобной платформы. Любой желающий может получить доступ к Lightning Network и использовать ее, используя только свой смартфон, что открывает огромное количество возможностей для беспрепятственных платежей. Недавняя интеграция протокола Taproot Assets еще больше расширила возможности Lightning как для Биткойна, так и для его пользователей. С ростом числа пользователей Lightning Network видение более быстрой и масштабируемой экосистемы Биткойна становится все более реальным.