Data viser, at Bitcoins Lightning-netværk har løst skalerbarhedsproblemet

Dette er en meningsredaktion af Stanislav Kozlovski, en softwareingeniør og makroøkonomisk forsker.

Mange Bitcoinere har hørt om Bitcoins "manglende skalerbarhed" - det er en af ​​de mest almindelige kritikker, der fremføres mod projektet af både frådsende kryptovaluta-konkurrenter og etablerede etableringsaktører.

Nogle oldtimere husker måske de ophedede, badet i kontroverser Blocksize Wars fra 2015 til 2017, som, hjulpet af industriinsidere, mest overfladisk havde til formål at få Bitcoin til at skalere til flere transaktioner ved at øge den maksimale blokstørrelse og ved at gøre det næsten skabe præcedens og ændre Bitcoins fremtidsforløb for evigt.

Begge disse spørgsmål vil i sidste ende vise sig at være efterladt på den forkerte side af historien. I dette stykke skal vi vise, hvordan Lightning-netværket adresserer Bitcoins skalerbarhedsproblemer og utvivlsomt beviser, at beslutningen med små blok i sidste ende var den rigtige.

Basislags begrænsninger og valg

Før vi forstår, hvad Lightning Network løser, bør vi først forstå, hvad det iboende problem er. Kort sagt: Du kan ikke skalere en blockchain til at validere hele verdens transaktioner på en decentral måde.

Blockchains lider af en iboende begrænsning, som tvinger dem til at bytte mellem tre kvaliteter - en kvalitet af deres system skal gå til de to andre. Som vist ovenfor kan en blockchain kun pålideligt have to af disse tre kvaliteter:

• Decentraliseret: ikke kontrolleret af et enkelt parti eller et lille antal eliter
• Skalerbar: skaler til et tilstrækkeligt antal transaktioner
• Sikker: ikke være let at angribe og bryde dens invarianter

Det er værd at bemærke, at alle disse egenskaber sidder på separate, komplekse spektrum. For eksempel bliver man ikke “sikker” over en vis tærskel, det er meget afhængigt på use casen og mange forskellige egenskaber.

Bitcoin er langsom af en grund. Den valgte eksplicit at optimere "sikkerheds"- og "decentraliseringssektionerne" i trilemmaet, hvilket efterlod "skalerbarhed" (transaktioner pr. sekund) på sidelinjen.

Den centrale erkendelse er, at det ligesom nutidens internet- og økonomisystem er mere optimalt at omfatte hele systemet af separate lag, hvor hvert lag optimerer til og bruges til forskellige ting.

Bitcoin, basislaget, er en globalt replikeret offentlig hovedbog - hver transaktion udsendes til alle deltagere i netværket. Det er indlysende, at man praktisk talt ikke kan skalere en sådan hovedbog for at imødekomme hele verdens voksende transaktionsrate. Udover at være upraktisk og skadelige for privatlivet, opvejer dens ulemper langt dens ubetydelige fordele.

Dengang var der en stor borgerkrig mellem online-fællesskabet i, hvad Bitcoin skulle gøre for at øge sin transaktionskapacitet. Der er stor, irriterende kontrovers i denne historie og er i høj grad det, der formede Bitcoin til at forblive, hvad det er i dag - en græsrodsbevægelse, bottom-up, hvor de gennemsnitlige mennesker (plebs), sammenlagt med hinanden, dikterer reglerne for netværket.

"Blocksize -krigen” af Jonathan Bier illustrerer kampen mellem de decentraliserede netværkstilhængere, der ønsker, hvad der er bedst for netværkets langsigtede levedygtighed, og den grådighed og propaganda, der videreføres af store aktører og virksomheder for at fremme deres egne magt- og profitsøgende dagsordener.

Lang historie kort, Bitcoin blev gaflet ind i en mislykket gaffel ved navn "Bitcoin Cash."

Den lille fyr vandt til sidst - Bitcoin skyndte sig ikke med nogen dårlige designvalg, der ville kompromittere dens decentralisering, sikkerhed eller censurmodstand. Beslutningen blev effektivt truffet for at skalere Bitcoin gennem lag, der introducerede et andet lag, der fungerer adskilt fra Bitcoin og kontrollerer deres tilstand til det vigtigste, langsommere, men mere sikre netværk.

I skarp kontrast ofrede den åbenbart mislykkede gaffel Bitcoin Cash alle håb om decentralisering ved at øge sin blokstørrelse til 32 megabyte, 32 gange mere end Bitcoin, for blot maksimalt 50 betalinger i sekundet på basiskæden.

Blokstørrelse

Hver Bitcoin-blok har et loft over sin størrelse, og dette angiver den øvre grænse for, hvor mange transaktioner der kan eksistere inde i en blok. Hvis efterspørgslen vokser til at overstige mængden af ​​transaktioner en blok kan have, bliver blokken fuld, og transaktioner efterlades ubekræftede i mempool. Brugere begynder at overbyde hinanden via det justerbare transaktionsgebyr for at få deres transaktion inkluderet af minearbejderne, som tilskyndes til at vælge de højest betalende transaktioner.

En naiv løsning på dette ville være blot at øge blokstørrelsesgrænsen - det vil sige tillade flere transaktioner at blive inkluderet i en blok. De negative bivirkninger af dette er subtile nok, at selv intellektuelle ligesom Elon Musk begår fejlen at foreslå det.

Forøgelse af blokstørrelsen har andenordenseffekter, som mindsker decentraliseringen af ​​netværket. Efterhånden som blokstørrelsen vokser, stiger omkostningerne ved at køre en node i netværket.

I Bitcoin skal hver node gemme og validere hver transaktion. Yderligere skal transaktionen udbredes til nodens peers, hvilket multiplicerer netværkets båndbreddekrav for at understøtte flere transaktioner. Jo flere transaktioner, jo mere vokser netværkets behov for behandling (CPU) og lager (disk) for hver node. Fordi at køre en node ikke giver nogen økonomiske fordele, falder incitamentet til at køre en uforholdsmæssigt meget, jo dyrere det er.

For at sætte det i tal, hvis Bitcoin nogensinde skal skalere til Visas påståede spidskapacitetsniveauer (24,000 transaktioner pr. Sekund) en node ville have brug for 48 megabyte i sekundet blot for at modtage transaktionerne over netværket. Følgende er et kort, der viser den gennemsnitlige internethastighed i verden:

Som du kan se, ville en massiv del af verdens gennemsnitlige hastighed udelukke dem fra evnen til at køre en node under disse forhold. Bemærk, at gennemsnitshastigheden betyder, at mange er endnu lavere end nævnte tærskel. Derudover tager det ikke højde for det faktum, at en bruger ville have andre anvendelser af deres båndbredde - få uselviske mennesker ville dedikere 50% af deres internetbåndbredde til en Bitcoin-node.

Endnu vigtigere er det, at mængden af ​​data, dette ville generere, ville gøre det umuligt for nogen praktisk at gemme dem - det ville resultere i 518 gigabyte data om dagen eller 190 terabyte data om året.

Ydermere ville det kræve, at man downloader alle disse petabytes af data og verificerer hver signatur - hvilket begge ville gøre det sådan, at en ny node ville tage lang tid (år) at spinne op.

Og for at gøre tingene værre, er 24,000 transaktioner i sekundet ikke et helt unikt globalt betalingsnetværk i sig selv. Visa er ikke det eneste betalingsnetværk i verden, og verden bliver mere forbundet med hinanden hver dag.

Lightning Network 101

Lightning Network er en separat, andet lags netværk der fungerer oven på det primære Bitcoin-netværk. Simpelthen sagt, det batcherer Bitcoin-transaktioner.

For at få adgang til den skal du køre din egen node eller bruge en andens. Netværket har to begreber, der er værd at forstå til formålene her:

• A Lynnode: separat software, der kommunikerer med hinanden og udgør et nyt peer-to-peer-netværk.
• Kanaler: en forbindelse åbnet mellem to Lynnoder, hvilket gør det muligt for betalinger at flyde mellem dem.

En kanal er bogstaveligt talt en Bitcoin-basislagstransaktion, der forankrer kanalen til den sikre kæde.

Når to noder åbner en kanal mellem hinanden, begynder betalinger at flyde mellem dem. Hver efterfølgende betaling ændrer kanalens tilstand, tilbagekalder kryptografisk den gamle og kontrollerer den nye i hukommelsen og på disken i begge noder, men kritisk, ikke til basiskæden.

Kanaler kan og bør efter min mening ideelt set forblive åbne i lang tid (f.eks. et år eller mere). Hvis noderne nogensinde beslutter sig for at lukke deres kanal, bliver deres seneste saldo efter alle off-chain betalinger gendannet til deres oprindelige tegnebøger. Dette er kryptografisk sikret af hashed timelocked-kontrakter (HTLC) og digitale signaturer, som vi ikke vil komme nærmere ind på i forbindelse med denne artikel.

Dette giver en mulighed for at samle milliarder af betalinger i to on-chain transaktioner - en til at åbne kanalen og en til at lukke den. Når først en betaling er gennemført, er det indiskutabelt, hvad den seneste saldo er mellem alle parter (forudsat at noder redundant gemmer deres kanalkontrolpunkter).

Kritisk er det ikke nødvendigt at være direkte forbundet til en anden part for at betale dem - kanaler kan bruges af andre noder i netværket for at øge deres tilgængelighed. Med andre ord, hvis Alice er forbundet med Bob, og Bob er forbundet med Caroline, kan Alice og Caroline problemfrit betale hinanden gennem Bob.

Lightning skalerbarhed

Som vi nu vil bevise, skalerer Lightning-netværket allerede til at understøtte 16,264 transaktioner i sekundet i dag og løser derfor skalerbarhedsproblemet, samtidig med at det bevarer alle de fordele, Bitcoin har at tilbyde – tilladelsesløshed, knaphed, brugersuverænitet, portabilitet, verificerbarhed, decentralisering og censurmodstand.

For at en betaling skal komme igennem netværket, skal den typisk gå gennem flere betalingskanaler. For at svare på, hvor mange betalinger netværket kan foretage på et sekund, skal vi forstå, hvor mange en gennemsnitlig kanal understøtter.

Statistikker viser, at den gennemsnitlige betaling går igennem ca tre kanaler.

benchmark-tal vi vil bruge til denne analyse har per-node gennemløbskapacitet, ikke per-kanal. Derfor vil vi unøjagtigt antage, at hver node kun har én kanal. Standard LND-noden siges at være i stand til at udføre 33 betalinger i sekundet med en anstændig maskine (8 vCPU'er, 32 GB hukommelse) ifølge benchmark.

Med 16,266 noder i netværket (fra november 2022), forudsat at hver betaling skal gå gennem tre kanaler (fire noder), skulle netværket være i stand til at opnå omkring 134,194 betalinger i sekundet.

Det vil sige, at hver betaling skal gå gennem en gruppe på fire noder, og der er 4,066 sådanne unikke grupper i netværket. Hvis vi antager, at hver node kan foretage 33 betalinger i sekundet, multiplicerer vi 4,066 med 33 for at nå 134,194.

For nu at være realistisk: Ikke alle noder kører en maskine som den i benchmark - mange er det simpelthen at løbe på en Raspberry Pi. Heldigvis skal der ikke meget til for at kunne slå de nuværende betalingssystemer.

Lyn vs. Traditionelle betalinger

Det er svært at finde autentiske tal om spidskapaciteten af ​​traditionelle betalingssystemer, så vi vil stole på deres gennemsnitlige betalingsrate gennem hele regnskabsåret 2021. Vi vil sammenligne det med den teoretiske kapacitet af Lightning, fordi omvendt er det umuligt at få den gennemsnitlige rate for betalinger i Lightning på grund af dets private karakter, og det er heller ikke afslørende for kapacitet, fordi efterspørgslen efter Lightning-betalinger stadig er relativt lav. Denne sammenligning vil give os en idé om, hvor mange betalinger en belysningsknude skal være i stand til at dirigere for at udkonkurrere traditionel finansiering.

Visa sav 165 milliarder betalinger i 2021, PayPal så 19.3 milliarder betalinger på tværs af hele sin platform og FedWire-sav 204 millioner. Disse beløber sig til henholdsvis 7,372, 612 og 6.5 betalinger i sekundet i gennemsnit for 2021. For at sætte i perspektiv gjorde Bitcoin det 2.44 betalinger i sekundet i 2021 og skalerer op til maksimalt syv i sekundet.

Tallene er lovende - det kræver hver Lightning-knude at være i stand til at gøre det fire betalinger i sekundet for at slå de nuværende betalingsnetværk med mindst to gange. Med den hastighed kan 4,066 unikke fire-node-grupper opnå 16,264 betalinger i sekundet - 2.2 gange den største konkurrent, Visa.

For at gøre tingene værre for traditionelle betalingsnetværk er det gennemsnitlige Lightning-transaktionsgebyr 13 gange mindre det med Visa - 0.1 % sammenlignet med 1.29 %.

Det er værd at huske på, at man altid kunne fortsætte med at skalere Lightning-netværket ved at skabe nye noder. Da det er peer to peer, er dets skalerbarhed teoretisk ubegrænset, så længe noder i netværket vokser.

Ydermere gør det førnævnte benchmark fra Bottlepay det tilfældet, at der ikke er nogen reelle tekniske blokeringer for Lightning-knudeimplementeringer for i sidste ende at nå 1,000 betalinger i sekundet. Ved sådan et nummer er netværkets strøm gennemløbet ville være tættere på fire millioner i sekundet, for ikke at nævne, hvad det ville være med en stigning i antallet af noder.

Og endelig er det værd at huske på, at Lightning Network stadig er meget umoden software og har en hel del fremtidige optimeringer, der skal udføres, både i protokollen og dens implementeringer. Ressourcer i form af udviklere er den eneste kortsigtede begrænsning for at øge skalerbarheden, hvilket med rette er kommet næst efter vigtigere sager som f.eks. pålidelighed.

For at give en fornemmelse af fremskridtene der, River Financial delte for nylig at dens betalingssuccesrate er 98.7 % ved en gennemsnitlig størrelse på $46, hvilket er forbavsende bedre end de tidligste offentligt tilgængelige data, den kunne finde fra 2018, hvor $5-transaktioner mislykkedes 48 % af tiden.

Konklusion

I dette stykke afslørede vi alle de negative ulemper ved at skalere Bitcoin blockchain ved at øge basislagets blokstørrelse, især alvorligt kompromittere dets decentralisering og i sidste ende ikke opnå sit mål om at nå den enorme skalerbarhed, der er nødvendig for de krav, et globalt betalingsnetværk har og i stigende grad vil have i fremtiden.

Vi viste, at Lightning Network, som en anden-lags-løsning, mest elegant løser skalerbarhedsproblemet ved både at bevare alle Bitcoins fordele og samtidig skalere det langt ud over, hvad enhver basis-lagsløsning lover.

Dette er et gæsteindlæg af Stanislav Kozlovski. Udtalte meninger er helt deres egne og afspejler ikke nødvendigvis dem fra BTC Inc eller Bitcoin Magazine.