Сеть Lightning Network (LN) — это сеть второго уровня, надстройка блокчейна Bitcoin, которая позволяет проводить транзакции вне цепочки блоков, то есть транзакции между сторонами, которые не записываются в блокчейн.
Сеть второго уровня составляют многочисленные платежные каналы между пользователями Биткоина. Канал Lightning Network — это метод двухсторонней транзакции, при котором стороны могут совершать или получать платежи друг от друга. Второй уровень повышает масштабируемость блокчейна за счет управления транзакциями вне основного блокчейна (первого уровня), при этом оставаясь достаточно децентрализованным.
Масштабируемость является существенным барьером, ограничивающим широкое распространение криптовалют. При правильном масштабировании блокчейн может обрабатывать от миллионов до миллиардов транзакций в секунду (TPS). Lightning Network взимает очень малую комиссию (почти нулевую) за транзакции и расчеты вне блокчейна, что открывает новые возможности, такие как мгновенные переводы.
Однако, несмотря на это, сеть Lightning Network все еще не может решить проблемы сети первого уровня, такие как комиссия за маршрутизацию и вредоносные атаки. Например, существует небольшая комиссия, необходимая для открытия и закрытия платежного канала. К этим небольшим комиссиям добавляются комиссии за маршрутизацию, которые идут на узлы, проверяющие транзакции.
Возникает вопрос: если плата за маршрутизацию так мала, зачем узлу подтверждать транзакцию?
Очевидный ответ заключается в том, что майнеры нечасто подтверждают мелкие транзакции, поскольку за подтверждение незначительных транзакций они получают меньшую плату. В результате отправители платят актуальную в моменте комиссию за маршрутизацию и, возможно, вынуждены долго ждать, пока транзакция будет подтверждена.
Что касается атак, то недобросовестный субъект может запустить различные платежные каналы и закрыть их все одновременно. Затем эти каналы должны быть подтверждены, что мешает нормальным каналам и перегружает сеть. Во время перегрузки злоумышленник может вывести средства до того, как валидные стороны узнают о ситуации.
История сети Lightning Network
Сеть Lightning Network была предложена в 2015 году двумя исследователями, Таддеусом Дриджа и Джозефом Пуном, в работе под названием «Сеть Bitcoin Lightning Network». Их труды были основаны на предыдущих обсуждениях платежных каналов, сделанных Сатоши Накамото, анонимным создателем Биткоина. Накамото описал платежные каналы коллеге-разработчику Майку Хирну, который опубликовал эти разговоры в 2013 году.
В аннотации к статье описывается офчейн-протокол, состоящий из платежных каналов. В рамках платежных каналов две стороны могут передавать стоимость без перегрузки основной сети, поскольку каналы существуют вне сети. Офчейн-каналы призваны решить проблему масштабируемости Биткоина. Дриджа и Пун подробно описывали, что в 2013 году во время праздников Visa достигла пика в 47000 TPS. Чтобы Биткоин приблизился к показателю TPS Visa, ему пришлось бы обрабатывать 8 Гб транзакций в одном блоке, что не соответствует возможностям нынешнего блокчейна.
Первоначально Биткоин мог обрабатывать только 7 транзакций в секунду, при условии, что каждая транзакция имела размер около 300 байт. Кроме того, в то время лимит транзакций в блоках Биткоина составлял всего один мегабайт, поэтому в одном блоке не могло поместиться 47 000 транзакций. Офчейн каналы Lightning Network были созданы для решения проблемы недостаточной масштабируемости Биткоина, поскольку эти каналы позволяют проводить различные, более мелкие транзакции, не перегружая основную сеть.
В 2016 году Дриджа и Пун основали компанию Lightning Labs, которая занималась разработкой Lightning Network. Несмотря на различные изменения в составе команды, Lightning Labs работала над тем, чтобы сделать протокол совместимым с основной сетью Биткоина.
Прорыв стал возможен после софт-форка SegWit Биткоина в 2017 году, который освободил место для большего количества транзакций в каждом блоке и устранил давнюю ошибку Биткоина, называемую «пластичностью транзакций». Этот баг позволял пользователям подделывать транзакции, обманывать сеть и сохранять Биткоин в своих кошельках.
Благодаря альфа-тестированию разработчики могли сразу же создавать приложения на Lightning Network. Приложения включали простые сценарии использования, такие как кошельки и платформы для игр, которые использовали возможности микротранзакций Lightning Network.
В 2018 году компания Lightning Labs наконец запустила бета-версию Lightning Network в основной сети Биткоина. В это время основатель Twitter Джек Дорси принял участие в проекте. Дорси нанял группу разработчиков, чтобы они сосредоточились исключительно на разработке Lightning Network.
Как работает сеть Lightning Network
Этот протокол позволяет создать одноранговый платежный канал между двумя сторонами, например, между клиентом и кофейней. Созданный канал позволяет отправлять неограниченное количество транзакций, которые практически мгновенны и недороги. Он действует как собственная маленькая бухгалтерская книга, позволяющая пользователям проводить транзакции, не затрагивая сеть Bitcoin.
Чтобы создать платежный канал, отправитель должен заблокировать определенное количество Биткоина в сети. Как только Биткоин заблокирован, получатель может выставлять счета по своему усмотрению. Если клиент хочет сохранить канал открытым, он может последовательно блокировать Биткоин.
Используя канал Lightning Network, обе стороны могут совершать транзакции друг другу. В отличие от обычных транзакций (ончейн), LN-транзакции обрабатываются по-другому. Только тогда, когда обе стороны открывают и закрывают канал, это вписывается в основной блокчейн.
Стороны могут переводить средства между собой неограниченное количество раз, не сообщая об этом в главный блокчейн. Поскольку все транзакции вне блокчейна не требуют одобрения всеми нодами, этот вариант значительно ускоряет время проведения транзакций. Ноды Lightning Network, способные маршрутизировать транзакции, образуются путем объединения отдельных платежных каналов между сторонами. Таким образом, Lightning Network — это результат объединения многих платежных шлюзов.
В конечном итоге, когда обе стороны решают завершить транзакцию, они могут закрыть канал. После этого вся информация канала консолидируется в одну транзакцию, которая отправляется для записи в главную сеть Биткоина. Это означает, что десятки мелких транзакций одновременно попадают в сеть, сгруппировавшись до одной транзакции, на подтверждение которой у нод уходит меньше времени и усилий.
Без платежных каналов мелкие транзакции мешают более крупным, перегружая сеть и добавляя нодам еще больше работы для подтверждения.
Допустим, Майк каждый день ходит в местную кофейню и хочет расплачиваться Биткоинами. Он мог бы сделать небольшую транзакцию за каждую чашку кофе, но из-за проблем масштабируемости Биткоина на подтверждение транзакции может уйти от 12 минут до часа. Майку также придется заплатить высокие [иногда высокие] комиссии сети.
С помощью Lightning Network Майк может открыть платежный канал с кофейней. Каждая покупка кофе регистрируется в этом канале, и магазин получает деньги. Транзакция является дешевой или, возможно, даже бесплатной, а также мгновенной. Затем, когда Биткоин, которым был открыт канал, будет полностью потрачен, Майк может закрыть канал либо пополнить его снова. Когда канал закрывается, все его транзакции записываются в основной блокчейн Биткоина.
Сеть Lightning Network создает смарт-контракт между двумя сторонами. Правила соглашения кодируются в контракте при его создании и не могут быть нарушены. Код смарт-контракта также обеспечивает автоматическое выполнение контракта, поскольку контракты изначально создаются с заранее установленными требованиями, с которыми согласны все участвующие стороны.
Как только эти требования выполняются, например, когда отправитель отсылает правильную сумму, контракт автоматически выполняется без участия третьей стороны. Сеть Lightning Network анонимизирует транзакции внутри платежного канала после их подтверждения.
Всё, что можно видеть, — это общая сумма перевода, а не отдельные транзакции внутри него.
Офчейн-транзакции можно доверить блокчейну, поскольку после закрытия платежных каналов они попадают в сеть mainnet. Главная сеть является арбитром всех транзакций. Хотя офчейн-протоколы имеют свою собственную бухгалтерскую книгу, эта книга всегда интегрируется обратно в основную цепь, что является основой структуры Lightning Network. Только при наличии основной сети, от которой можно отталкиваться, офчейн-протоколы могут существовать.
Преимущества Lightning Network
Очевидные плюсы Lightning Network — это более быстрые и дешевые транзакции, позволяющие осуществлять микроплатежи таким образом, который раньше был невозможен.
Без Lightning Network пользователям пришлось бы платить высокую комиссию за простую транзакцию, а иногда ждать ее подтверждения в течение часа или более. Более длительное время ожидания приходится на мелкие транзакции, поскольку майнеры предпочитают подтверждать более крупные транзакции, так как получают за это большие вознаграждения.
Сеть Lightning Network связана с блокчейном Биткоина, существуя как его надстройка. Это соединение означает, что Lightning Network по-прежнему пользуется протоколами безопасности Биткоина. Пользователи могут выбирать основной блокчейн для крупных транзакций и переходить на сеть Lightning Network для мелких, не беспокоясь о безопасности. Платежные каналы Lightning Network также обеспечивают конфиденциальность транзакций, поскольку посторонние не могут подсмотреть каждую отдельную операцию, а только общую сумму.
Криптоэнтузиасты также тестируют атомарные свопы, которые представляют собой обмен одной криптовалюты на другую без привлечения третьей стороны или биржи. Атомарные свопы более полезны, чем биржа, поскольку они предлагают практически мгновенный обмен с минимальной комиссией или вообще без перевода на кошельки.
Недостатки Lightning Network
Чтобы воспользоваться преимуществами Lightning Network, необходимо иметь кошелек, совместимый с этой сетью. Хотя найти кошелек, работающий с Lightning Network, несложно, пользователю необходимо пополнить его с традиционного кошелька Bitcoin. Первоначальная транзакция с традиционного кошелька на кошелек Lightning Network будет с актуальной в моменте комиссией, поэтому пользователи теряют некоторое количество Биткоинов, чтобы иметь возможность взаимодействовать с протоколом.
После того как средства окажутся в кошельке Lightning Network, пользователи должны заблокировать свой Биткоин, чтобы создать платежный канал.
Пересылка Bitcoin между кошельками может быть раздражающей и дорогостоящей, что отпугивает начинающих пользователей. Тем не менее, некоторые кошельки могут управлять как ончейн, так и офчейн транзакциями без взимания платы, и со временем удобство, вероятно, повысится.
Если любой из участников платежного канала решит забрать часть средств, то перед использованием средств придется активно закрывать канал и получать Биткоин обратно. Невозможно, например, вытащить немного, но при этом оставить канал открытым. Даже закрытие или открытие платежного канала требует от обеих участвующих сторон совершения первоначальной транзакции, облагающейся комиссией за маршрутизацию. Хотя открытие канала не составит сложности, все эти дополнительные платежи делают процесс более дорогим.
Однако одна из самых больших проблем с Lightning Network — это мошенничество с офчейн-транзакциями. Если один из участников платежного канала решит закрыть его, пока другая сторона находится в офлайне, первый может украсть средства. Когда вторая сторона наконец-то подключается к сети, будет уже слишком поздно что-либо предпринимать. Мошенник может просто остаться в офлайне, не давая возможности связаться с ним.
Кроме того, сеть Lightning Network страдает от таких ошибок, как «застрявшие» платежи — исходящие транзакции, которые не проходят валидацию. Сеть Биткоин отбросит застрявшую транзакцию, но на это может уйти несколько дней, поскольку действительные транзакции имеют больший приоритет, чем застрявшие, когда дело доходит до валидации.
Наконец, даже если сеть Lightning Network решит все свои проблемы, остается дело за регуляторами. Регуляторам может быть трудно понять Lightning Network настолько, чтобы принять надлежащее законодательство. Если регуляторам будет сложно, то и пользователям основных криптовалют будет сложно использовать Lightning Network. Даже если регуляторы поймут протокол, они могут не разрешить Lightning Network из-за ее анонимности.
Анонимные транзакции могут отпугнуть законодателей, поскольку они могут увидеть завершенную транзакцию только после того, как пользователь закроет свой платежный канал, и не увидят отдельные транзакции, совершенные внутри канала.
Перспективы Lightning Network
Однако, к счастью для Lightning Network, ее популярность растет. По данным DappRadar, в Lightning Network, на момент публикации статьи, заблокировано Биткоина в эквиваленте от $147 млн до $215 млн.
Некоторые приложения жизненно важны для использования сети, например, кошельки, совместимые с Lightning Network. Поскольку Lightning Network — это отдельный протокол от основной сети Биткоина, он требует другой тип кошелька, чтобы пользователи могли создавать платежные каналы.
Пользователи не могут использовать Lightning Network без оптимизированных кошельков. Если распространение Lightning Network будет расти, то можно ожидать, что больше разработчиков кошельков интегрируют поддержку Lightning Network. Отдельные пользователи также могут стать нодой и участвовать в транзакциях Lightning Network.
Стоит также отметить, что разработка Lightning ускоряется и теперь работает как решение второго уровня в различных проектах.
Криптобиржи также начинают поддерживать протокол, предоставляя Lightning Network как можно большему числу трейдеров. Биржи, интегрирующие Lightning Network, позволяют трейдерам дешево и мгновенно выводить небольшие суммы Биткоина (даже когда сеть перегружена). Без Lightning Network пользователи могут страдать от высоких комиссий за транзакции и времени ожидания из-за традиционной технологии Биткоина.
В Lightning Network также появились watchtower — сторонняя служба защиты, состоящая из различных специализированных узлов. Некоторые узлы время от времени уходят в офлайн, оставляя свои платежные каналы доступными для мошенничества с офчейн-транзакциями. Вместо того чтобы оставлять свой канал без присмотра, участник может заплатить небольшую плату watchtower и предоставить идентификатор, связанный с транзакцией канала. Watchtower использует этот идентификатор для идентификации канала пользователя среди всех остальных и следит за ним.
Если watchtower обнаружит злонамеренные действия, например попытку одной стороны закрыть платежный канал, она автоматически заморозит средства и вернет их обратно владельцу. Watchtower также наказывает злоумышленников, удаляя их средства из платежного канала.
