Blixtnätverk: Vad är det och kan det lösa Bitcoin: s skalningsproblem?

Satashi Nakamoto skickade ett förslag till "ett nytt elektroniskt kassasystem som är fullständigt peer-to-peer, utan tillförlitlig tredje part, " till en kryptografisk e-postlista fredag ​​31 oktober 2008. Det första svaret - första gången någon offentligt kommenterade bitcoin - kom följande söndag: "Vi behöver väldigt mycket ett sådant system, " skrev James A. Donald, "men hur jag förstår ditt förslag verkar det inte att skala till önskad storlek."

Under tio år senare ringer den kritiken fortfarande. Till och med bitcoin's ivrigaste evangelister erkänner att det är värdelöst för att göra små, vardagliga inköp. Men Lightning Network, ett av de mest lovande bitcoin-skalprojekten som för närvarande pågår, kan ändra det.

The Lightning Network

Lightning Labs vd Elizabeth Stark talade vid Blockstack-toppmötet i juli 2017 och citerade den första kritiken av Nakamotos elektroniska kontanter, men uttryckte förtroende för att bitcoin faktiskt kan skala. "Vi är i grund och botten 1995 om igen när det gäller blockchains och decentraliserad teknik, " sade hon och hänvisade till tiden innan internet förvärvade HTTP och de andra transport- och applikationslagren av TCP / IP.

Bland de mest omtalade "lager 2" -applikationerna för bitcoin blockchain är blixtnätet. Först föreslagen av Joseph Poon och Tadge, alias Thaddeus Dryja 2015 (den senaste versionen av deras whitepaper finns här), och blixt har bearbetats till en fungerande specifikation som kallas lightning-rfc eller "BOLTS" av tre företag, var och en har sin egen implementering: Lightning Labs har lnd, Blockstream har c-lightning, och ACINQ har eclair. Det finns också icke-BOTLS-implementationer som utvecklas, som åska.

Blixtenätverket är redan igång, men det är i sin extrema barndom. Real bitcoin har skickats och nästan alltid mottagits med Lightning Labs, Blockstream och ACINQ: s implementationer, och alla tre är driftskompatibla. Videon nedan visar en ACINQ-ingenjör som skickar 0.000001 bitcoin (cirka $ 0.01) nästan omedelbart från en eclair-nod till en lnd-nod genom en c-blixtnod:

För att se hur mycket av en förbättring detta innebär, försökte vi en liknande transaktion på bitcoin blockchain med GreenAddress, en mobil plånbok-app. Appen föreslog att betala gruvarbetare 0, 00001907 BTC ($ 0, 19): en avgift på 1 907%. Även om det inte är klart hur många block denna avgift var avsedd att bekräfta inom (vi har nått till GreenAddress för att ta reda på det), är svaret troligen sex block, eller cirka en timme.

Vi kommer dock aldrig att ta reda på hur lång tid den aktuella transaktionen faktiskt skulle ha tagit: ett felmeddelande informerade oss om att "utgångar under 546 satoshis [$ 0, 05] betraktas som oekonomiskt damm av Bitcoin. Vänligen öka värdet."

Lightning Labs har också testat kärnkedjiga atombytor med nätverket; det här är överföringar av värde mellan olika blockchains, i detta fall bitcoin och litecoin, som potentiellt markerar ett första steg mot att bygga decentraliserade utbyten.

Lightning möjliggör mikrobetalningar som bitcoin inte kan på egen hand, men befintliga implementeringar är fortfarande buggy. Stark uppmanar användarna att lära sig om blixtar med hjälp av bitcoin "testnet" (det vill säga att använda falska pengar), snarare än live-eld "mainnet." Cirka 50 000 dollar i transaktioner har emellertid utförts på mainnet i skrivande stund, och vissa människor har tappat pengar till ett c-blixtbugg. (Christian Decker, kärnteknikingenjör på Blockstream, berättade för mig via e-post att medel i slutändan återhämtades i de flesta fall.)

Så hur fungerar blixtnedslag?

Hur Lightning fungerar

Lightnings lösning är baserad på tvåvägs, utanför kedjan betalningskanaler. Säg att Alice och Bob ofta handlar med varandra i små mängder. Betalningar på kedjan är inte praktiska i det här fallet på grund av avgifterna och de långa bekräftelsestiderna som är inblandade, så de beslutar att öppna en kanal som låter dem skicka bitcoin fram och tillbaka, direkt och avgiftsfritt.

Öppnar en kanal

För att öppna en kanal bidrar Alice, Bob eller båda en viss bitcoin till en speciell adress genom det som kallas en finansieringstransaktion (den gröna rutan i diagrammet nedan). Säg att Alice bidrar med 1 BTC. Hon skickar medlen till det som kallas en 2-av-2 multisig-adress, vilket kräver att både Alice och Bob kryptografiskt "undertecknar" varje sändningstransaktion med sina privata nycklar. En normal transaktion kräver endast signatur av den (enstaka) privata nyckeln som motsvarar den sändande adressens offentliga nyckel.

Det är viktigt att finansieringstransaktionen ännu inte är signerad eller sänds till nätverket.

Alla bilder från Poon och Dryja.

Därefter skapar Alice och Bob en "åtagandetransaktion" med hjälp av finansieringstransaktionen som sin "överordnade": de använder dess okontrollerade utgång på 1 BTC som ingång för en "barn" -transaktion som skickar 0, 5 BTC till Alice (utgång 0) och 0, 5 BTC till Bob (utgång 1). Om du protesterar mot att bitcoin-protokollet inte tillåter användare att skriva under ett utgifter utan att känna till ingångens signaturer, beviljades denna möjlighet genom en mjuk gaffel.

Alice undertecknar sedan utgången och skickar 0, 5 BTC till Bob; Bob signerar utgången och skickar 0, 5 BTC till Alice. Båda signerar och sänder sedan finansieringstransaktionen, som är förpliktigad till bitcoin blockchain (och som är föremål för nätverksavgifter och väntetider).

De har nu en öppen betalningskanal genom vilken de kan skicka bitcoin fram och tillbaka direkt och avgiftsfritt. Antingen Alice eller Bob kan stänga det när som helst och göra anspråk på deras 0, 5 BTC vardera, eller vad det uppdaterade saldot är.

Öppnar en kanal ... på engelska

Såvida du inte redan vet en hel del om blixtnätverkets innergårdar, är det förmodligen svårt att smälta "skylt här, initialt här, spendera detta, sända det - nej inte det. "

Här är en mer konceptuell beskrivning. Finansieringstransaktionen är hur det låter som: det ger medel för kanalen. Det fungerar också som ett mössa för kanalen: ingen av parterna kan sluta med mer än det ursprungliga finansieringsbeloppet, och båda partiers balanser måste lägga till det beloppet. Anledningen till att finansieringstransaktionen skapas först, men sändes senast, är att om den helt enkelt skickades till blockchainen i ett steg, skulle ingenting ha uppnåtts bortsett från en enda, vaniljstransaktion. Blixten gör dem inte snabbare eller billigare.

Genom att lämna finansieringstransaktionen öppen, infoga en åtagandetransaktion - som, som beskrivs nedan, fungerar som ett slags smart kontrakt - och sedan stänga finansieringstransaktionen, öppnar blixtljus ett slags maskhål i nätverket. Det låter dig flytta bitcoin fram och tillbaka längs en enda definierad väg. Du använder bitcoin-protokollet, men kringgår de förseningar och kostnader som gruvarbetarna ålägger.

Att hålla Lightning Trustless

Säg att Bob nu vill betala Alice 0, 1 BTC med sin öppna kanal. De två parterna uppdaterar helt enkelt åtagandetransaktionen - ingen anledning att vädja till gruvarbetarna. Saldot, tidigare 0, 5 BTC vardera, är nu 0, 6 BTC för Alice, 0, 4 BTC till Bob.

Det enda problemet är hur man gör det säkert ">

Att hitta en kryptografisk lösning på detta dilemma är ett mål: att göra det omöjligt att underteckna en gammal transaktion och stänga kanalen på ett sätt som återspeglar ett tidigare tillstånd. Så länge detta är ett alternativ har blixtnedgången ett problem med dubbla förbrukningar.

Kom ihåg att Bob undertecknar hälften av åtagandetransaktionen (åtagande Tx 1a nedan), som bara Alice kan sända eftersom hennes är den saknade signaturen. Alice signerar den andra (åtagande Tx 1b), som bara Bob sedan kan sända. Antingen kan man göra det och stänga kanalen, men med hjälp av bitcoin (begränsade) smarta kontraktsskrivningsmöjligheter kan utgångarna från de två halvorna av åtagandetransaktionen bli föremål för olika begränsningar. Specifikt kan en utgång tillåta mottagaren att spendera pengarna omedelbart, medan den andra kan bli föremål för avbokning av någon av parterna - via ett Revocable Sequence Maturity Contract (RSMC) - under en definierad tidsperiod, till exempel 1000 block, eller ungefär en vecka.

Här är varför det är användbart. Om Bob visar sig vara ödmjuk och obegränsad kan han bara underteckna och sända åtagande Tx 1b (ovan), vilket betalar ut Alice omedelbart (Leverans 1b) och håller sina medel i en återkallbar limbo under en vecka (Återkallelig leverans 1b). Alice, som ser att Bob har försökt förkorta henne, kan utlösa återkallande och hävdar inte bara 0, 1 BTC som Bob försökte stjäla utan den 0, 4 BTC som han annars skulle ha haft rätt till.

Med andra ord går hela kanalen till Alice om hon fångar Bob-fusk. Det är möjligt eftersom när parterna skapar en ny åtagandetransaktion (C2a och C2b nedan), som i själva verket lovar att inte sända en gammal åtagandetransaktion (C1a eller C1b), lägger de sina pengar där munnen är. Tillsammans med den nya åtagandetransaktionen skapar de en transaktion för överträdelse med två utgångar (BR1a och BR1b) som gäller för det tidigare åtagandet. Alice ger Bob sin privata nyckel för hans hälften av transaktionen för överträdelse, och tvärtom. Om endera försöker sända den gamla transaktionen, kan motparten dra nytta av väntetiden på 1000 block och svänga in före den transaktionen och ta den kränkande partiets hela balans.

Problemet är att Alice måste uppmärksamma semi-konstant på sina kanaler, så att Bob inte tar henne i vakt för 1000 kvarter. Poon och Dryja föreslår att man utser någon tredje part vars uppgift det är att utlösa transaktioner för överträdelse - de som belönar alla kanalens medel till det misshandlade partiet - när en motpart försöker fuska. Dessa kan betalas ut en avgift utanför straffen.

Olaoluwa Osuntokun, Lightning Labs 'grundare och CTO, utvecklar "vakttorn" för att fungera som dessa tredjeparts verkställare. Medan oro har uppkommit för att dessa noder kan fungera som betrodda parter och införa osäkerhet i nätverket, berättar Osuntokun CoinDesk att endast en ärlig vakttorn skulle behövas för en given kanal.

Som Christian Decker, kärnteknikingenjör på Blockstream, påpekar i ett e-postmeddelande, är bedrägeri riskabelt. Det är ett viktigt spel att anta att det parti du försöker råna inte kommer att checka in minst en gång i veckan, och risken för att förlora alla pengar i din kanal kan vara tillräckligt avskräckande.

Ansluta kanalerna

I den verkliga världen vill Alice inte transaktioner uteslutande med Bob, och heller inte Bob uteslutande med Alice. Båda har valfritt antal motparter de behöver betala och få betalt av. Att öppna kanaler med var och en av dessa parter skulle vara opraktiskt. Även om användargränssnittet förenklades till perfektion skulle få användare ha den likviditet som krävs för att binda upp bitcoin i ett dussin eller fler öppna kanaler.

Lyckligtvis behöver de inte. Som videon ovan visar kan användarna dirigera betalningar via mellananvändares kanaler, så att betala någon med en öppen kanal eller två bör vara möjlig genom sex-graders separationsprincipen. Till skillnad från transaktioner inom en enda kanal kommer dessa flerkanalstransaktioner troligen att innebära små avgifter för att stimulera noder för att finansiera kanaler och hålla dem öppna. Löksrutning, den teknik som används för att dölja TOR-webbläsaranvändare, förhindrar mellanliggande noder från att se hela banan som en transaktion tar, vilket minskar problem med sekretess.

Hur bra denna webbkanal fungerar i praktiken återstår att se, och det kan tänkas att om betalningar måste ta en alltför krånglig rutt - med för många "humle" genom mellankanaler - kan avgifter som användarna lägger upp.

Kan blixt bli decentraliserat ">

Dessa bekymmer är relaterade till en som för kritiker representerar en oöverstiglig brist i blixtnätverket. I dagens implementeringar kommer en kanal med ett tak: mängden bitcoin i den initiala finansieringstransaktionen begränsar det totala beloppet i kanalen.

Denna situation innebär en avvägning för användare med rimligt begränsade resurser. De kan antingen finansiera kanaler med stora mängder bitcoin för att säkerställa att de har medel för att göra någon betalning de skulle behöva, eller så kan de finansiera mindre kanaler och ha bitcoin tillgängligt för andra användningsområden. (Eftersom betalningar kan dirigeras via länkade kanaler behöver en viss användare troligen inte öppna mer än en handfull kanaler, och kanske bara ett par.)

Valet består av att ha likviditet inom blixtkanaler eller likviditet utanför dem, på kedjan. Att välja att finansiera likvida betalningskanaler kan vara riskabelt om vakttorn eller någon annan lösning inte förhindrar förlust av medel genom ouppmärksamhet. Å andra sidan, om betalningskanaler säkras och blixt blir den viktigaste metoden för att använda bitcoin dag till dag, skulle det vara lite problem med att lämna medel i kanaler. De skulle tjäna som "ett laddningsbart betalkort eller kontanter", som Decker uttrycker det, medan huvudkedjan fungerar som ett sparkonto.

Stark gör ett liknande argument: att finansiera en blixtkanal förhindrar dig från att använda den bitcoin för allt annat, förutom "ett nätverk med potentiellt många noder som över multihop kommer att acceptera bitcoin direkt", skrev hon via e-post. "Vi ser för oss att medel på Lightning-kanaler är mer användbara än på kedjan bitcoin för transaktioner på grund av omedelbar hastighet och låga avgifter, " tillade hon.

Hubbar?

Men vem skulle du ställa in dessa kanaler med? Att välja Bob till din Alice är ett ekonomiskt beslut, inte ett kryptografiskt beslut, och för kritiker av blixtnätverket skulle det uppenbara svaret vara ett slags "nav", en nod med mycket kapital, vilket ger det möjlighet att underhålla välfinansierade öppna kanaler med ett antal fester på en gång.

Tanken att vad som motsvarar en off-chain bitcoin-bankindustri kan utveckla störande bitcoin-entusiaster, som ser det som att centralisera nätverket.

Stark bestrider denna argumentation. "Tusentals användare använder fullständiga noder för bitcoin, " skriver hon, "och vi tror att de och andra också kommer att köra noder på Lightning (det är lättare eftersom du inte behöver en bitcoin full nod tillsammans med den, och till skillnad från bitcoin full noder du kan göra små avgifter från routing). " Hon påpekar också att hennes team arbetar med "skarvning", vilket skulle göra det möjligt att fylla upp kanaler med bitcoin från huvudkedjan. Denna förmåga kan lindra avvägningen mellan att sätta bitcoin i en kanal eller lämna den på huvudkedjan, vilket i sin tur kan minska tendensen för nav att bildas.

Decker ser det som troligt att ett "tvåskiktsnätverk kommer att bildas, med ett stort antal noder som är pålitliga och fungerar som ryggraden i nätverket." Han förväntar sig att dessa ska vara köpmännen, snarare än nav som endast finns för att tillhandahålla flytande kanaler. Att tillhandahålla dessa kanaler till flera användare, hävdar han, skulle vara dyrt, vilket kräver att naven tar ut höga avgifter och gör dem okompetitiva jämfört med andra noder.

ACINQ: s vd Pierre-Marie Padiou bekänner sig inte för att veta hur blixtnätet kan utvecklas. "Det är mycket svårt att förutsäga vad jämvikten kommer att vara mellan centralisering och decentralisering, " skrev han via e-post. "Naturligtvis kommer det att finnas större noder och mindre noder, men i vilken utsträckning det är svårt att säga i förväg."

Rätt sätt att skala?

Poon och Dryja hävdar att "med hjälp av ett nätverk av dessa mikropaymentkanaler kan Bitcoin skala till miljarder transaktioner per dag med den beräkningskraft som finns tillgänglig på en modern stationär dator idag." Kanske, men det är verkligen inte fallet idag. Färre än 1 000 mainnet blixtnoder är öppna i skrivande stund.

Blixten är inte heller det enda skalförslaget där ute. En viktig konkurrent är bitcoin-kontanter, en kontroversiell hård gaffel av bitcoin som möjliggör större block. Debatten mellan bitcoin-kontantstödjare, blixtnedhängare och förespråkare för olika tredje sätt - till och med enstaka anti-scaler - är livlig, om den är grov. Det kan vara så att det ena eller det andra kommer ut på toppen, att de kommer att fortsätta samexistera eller att alla kommer att misslyckas.

I vilket fall som helst är blixtnätet ett lovande försök att övervinna skalbarhetsdilemmaet som har spökat bitcoin sedan bitcoin första helgen 2008.