Daten zeigen, dass das Lightning Network von Bitcoin das Skalierbarkeitsproblem gelöst hat

Dies ist ein Meinungsleitartikel von Stanislav Kozlovski, einem Softwareingenieur und makroökonomischen Forscher.

Viele Bitcoiner haben von Bitcoins „Mangel an Skalierbarkeit“ gehört – dies ist eine der häufigsten Kritikpunkte, die sowohl von gefräßigen Kryptowährungskonkurrenten als auch von etablierten etablierten Akteuren gegen das Projekt geäußert werden.

Einige Oldtimer erinnern sich vielleicht an die hitzigen, kontroversen Blocksize Wars von 2015 bis 2017, die, unterstützt von Brancheninsidern, höchst oberflächlich darauf abzielten, Bitcoin für mehr Transaktionen zu skalieren, indem sie die maximale Blockgröße erhöhten und damit fast einen Präzedenzfall schafften und Bitcoins geändert zukünftiger Kurs für immer.

Beide Probleme werden sich letztendlich als auf der falschen Seite der Geschichte belassen erweisen. In diesem Artikel werden wir zeigen, wie das Lightning Network die Skalierbarkeitsprobleme von Bitcoin angeht und zweifellos beweist, dass die Small-Block-Entscheidung letztendlich die richtige war.

Einschränkungen und Auswahlmöglichkeiten der Basisschicht

Bevor wir verstehen, was das Lightning Network löst, sollten wir zuerst verstehen, was das inhärente Problem ist. Einfach ausgedrückt: Sie können eine Blockchain nicht skalieren, um die Transaktionen der ganzen Welt dezentral zu validieren.

Blockchains leiden unter einer inhärenten Beschränkung, die sie dazu zwingt, zwischen drei Qualitäten abzuwägen – eine Qualität ihres Systems muss für die anderen beiden gelten. Wie oben abgebildet, kann eine Blockchain nur zwei dieser drei Eigenschaften zuverlässig haben:

• Dezentral: nicht von einer einzelnen Partei oder einer kleinen Anzahl von Eliten kontrolliert
• Skalierbar: Skalierung auf eine ausreichende Anzahl von Transaktionen
• Sicher: nicht leicht anzugreifen und seine Invarianten zu brechen

Es ist erwähnenswert, dass alle diese Eigenschaften auf separaten, komplexen Spektren liegen. Zum Beispiel wird man ab einer bestimmten Schwelle nicht „sicher“, das ist sehr abhängig auf den Anwendungsfall und viele verschiedene Eigenschaften.

Bitcoin ist aus einem bestimmten Grund langsam. Es hat sich ausdrücklich dafür entschieden, die Abschnitte „Sicherheit“ und „Dezentralisierung“ des Trilemmas zu optimieren und die „Skalierbarkeit“ (Transaktionen pro Sekunde) außen vor zu lassen.

Die wichtigste Erkenntnis ist, dass es ähnlich wie beim heutigen Internet- und Finanzsystem optimaler ist, das gesamte System aus separaten Schichten zusammenzusetzen, wobei jede Schicht für verschiedene Dinge optimiert und verwendet wird.

Bitcoin, die Basisschicht, ist ein global repliziertes öffentliches Hauptbuch – jede Transaktion wird an jeden Teilnehmer im Netzwerk gesendet. Es ist offensichtlich, dass man ein solches Ledger praktisch nicht skalieren kann, um der weltweit wachsenden Transaktionsrate Rechnung zu tragen. Abgesehen davon, dass es unpraktisch und schädlich für die Privatsphäre ist, überwiegen seine Nachteile bei weitem seine unbedeutenden Vorteile.

Damals gab es einen großen Bürgerkrieg zwischen der Online-Community darüber, was Bitcoin tun sollte, um seine Transaktionsdurchsatzkapazität zu erhöhen. Es gibt große, ärgerliche Kontroverse in dieser Geschichte und hat zu einem großen Teil Bitcoin dazu gebracht, das zu bleiben, was es heute ist – eine Basisbewegung von unten nach oben die Durchschnittsmenschen (Plebs) diktieren zusammen die Regeln des Netzwerks.

"Der Blockgrößenkrieg“ von Jonathan Bier veranschaulicht den Kampf zwischen den Befürwortern dezentralisierter Netzwerke, die das Beste für die langfristige Lebensfähigkeit des Netzwerks wollen, und der Gier und Propaganda, die von großen Akteuren und Unternehmen aufrechterhalten werden, um ihre eigenen Pläne zur Machtgewinnung und Profitsuche voranzutreiben.

Um es kurz zu machen, Bitcoin wurde in einen gescheiterten Fork namens „Bitcoin Cash“ gegabelt.

Der kleine Kerl hat schließlich gewonnen – Bitcoin hat keine schlechten Designentscheidungen überstürzt, die seine Dezentralisierung, Sicherheit oder Bitcoin gefährden würden Zensur Widerstand. Die Entscheidung wurde effektiv getroffen, Bitcoin durch Schichten zu skalieren und zweite Schichten einzuführen, die getrennt von Bitcoin arbeiten und ihren Status auf das langsamere, aber sicherere Hauptnetzwerk überprüfen.

Im krassen Gegensatz dazu opferte der offensichtlich erfolglose Fork Bitcoin Cash alle Hoffnungen auf eine Dezentralisierung, indem er seine Blockgröße auf erhöhte 32 Megabyte, 32 Mal mehr als Bitcoin, für ein bloßes Maximum von 50 Zahlungen pro Sekunde auf der Grundkette.

Block Größe

Jeder Bitcoin-Block hat eine Obergrenze für seine Größe und dies bezeichnet die Obergrenze dafür, wie viele Transaktionen innerhalb eines Blocks existieren können. Wenn die Nachfrage die Anzahl der Transaktionen, die ein Block haben kann, übersteigt, wird der Block voll und Transaktionen bleiben unbestätigt mempool. Benutzer beginnen sich gegenseitig über die einstellbare Transaktionsgebühr zu überbieten, damit ihre Transaktion von den Bergleuten aufgenommen wird, die einen Anreiz erhalten, die bestbezahlten Transaktionen auszuwählen.

Eine naive Lösung dafür wäre, einfach die Blockgrößenbegrenzung zu erhöhen – das heißt, mehr Transaktionen in einen Block aufzunehmen. Die negativen Nebenwirkungen davon sind subtil genug, dass sogar Intellektuelle wie Elon Musk den Fehler machen es vorzuschlagen.

Das Erhöhen der Blockgröße hat Effekte zweiter Ordnung, die die Dezentralisierung des Netzwerks verringern. Mit zunehmender Blockgröße steigen die Kosten für den Betrieb eines Knotens im Netzwerk.

In Bitcoin muss jeder Knoten jede Transaktion speichern und validieren. Ferner muss die Transaktion zu den Peers des Knotens propagiert werden, was die Bandbreitenanforderungen des Netzwerks zum Unterstützen von mehr Transaktionen vervielfacht. Je mehr Transaktionen durchgeführt werden, desto größer werden die Anforderungen an die Verarbeitung (CPU) und den Speicher (Festplatte) des Netzwerks für jeden Knoten. Da der Betrieb eines Knotens keine finanziellen Vorteile bringt, sinkt der Anreiz, einen Knoten zu betreiben, überproportional, je teurer er ist.

Um es in Zahlen auszudrücken, wenn Bitcoin jemals auf die angeblichen Spitzenkapazitätsniveaus von Visa skalieren soll (24,000-Transaktionen pro Sekunde) ein Knoten würde 48 Megabyte pro Sekunde benötigen nur um die Transaktionen über das Netzwerk zu erhalten. Die folgende Karte zeigt die durchschnittliche Internetgeschwindigkeit der Welt:

Wie Sie sehen können, würde ein großer Teil der weltweiten Durchschnittsgeschwindigkeit sie von der Möglichkeit ausschließen, unter diesen Bedingungen einen Knoten zu betreiben. Beachten Sie, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit impliziert, dass viele sogar niedriger als der Schwellenwert sind. Darüber hinaus berücksichtigt es nicht die Tatsache, dass ein Benutzer andere Verwendungsmöglichkeiten für seine Bandbreite hätte – nur wenige selbstlose Menschen würden 50 % ihrer Internetbandbreite für einen Bitcoin-Knoten verwenden.

Noch wichtiger ist, dass die dadurch erzeugte Datenmenge es praktisch unmöglich machen würde, sie zu speichern – es würden 518 Gigabyte Daten pro Tag oder 190 Terabyte Daten pro Jahr resultieren.

Darüber hinaus würde das Hochfahren eines neuen Knotens erfordern, dass man all diese Petabytes an Daten herunterlädt und jede Signatur überprüft – beides würde dazu führen, dass ein neuer Knoten lange (Jahre) zum Hochfahren braucht.

Und um die Sache noch schlimmer zu machen, sind 24,000 Transaktionen pro Sekunde an und für sich kein wirklich einzigartiges globales Zahlungsnetzwerk. Visa ist nicht das einzige Zahlungsnetzwerk der Welt, und die Welt wird von Tag zu Tag vernetzter.

Lightning-Netzwerk 101

Das Lightning Network ist ein separates Second-Layer-Netzwerk das auf dem Haupt-Bitcoin-Netzwerk funktioniert. Einfach gesagt, es bündelt Bitcoin-Transaktionen.

Um darauf zuzugreifen, müssen Sie Ihren eigenen Knoten ausführen oder den eines anderen verwenden. Das Netzwerk hat zwei Konzepte, die es wert sind, für die Zwecke hier verstanden zu werden:

• A Lightning-Knoten: getrennte Software, die miteinander kommuniziert und ein neues Peer-to-Peer-Netzwerk bildet.
• Kanäle: eine Verbindung zwischen zwei geöffnet Blitzknoten, sodass Zahlungen zwischen ihnen fließen können.

Ein Kanal ist buchstäblich eine Bitcoin-Basisschicht-Transaktion, die den Kanal in der sicheren Kette verankert.

Sobald zwei Knoten einen Kanal untereinander öffnen, beginnen Zahlungen zwischen ihnen zu fließen. Jede nachfolgende Zahlung ändert den Zustand des Kanals, widerruft den alten kryptografisch und versieht den neuen mit einem Prüfpunkt im Speicher und auf der Festplatte beider Knoten, aber kritisch, nicht auf die Basiskette.

Kanäle können und sollten meiner Meinung nach idealerweise lange geöffnet bleiben (z. B. ein Jahr oder länger). Sollten sich die Nodes jemals dazu entschließen, ihren Kanal zu schließen, wird ihr letztes Guthaben nach allen Off-Chain-Zahlungen in ihren ursprünglichen Wallets wiederhergestellt. Dies ist kryptografisch durch Hashed Timelocked Contracts (HTLC) und digitale Signaturen gesichert, auf die wir für die Zwecke dieses Artikels nicht näher eingehen werden.

Auf diese Weise kann man Milliarden von Zahlungen in zwei On-Chain-Transaktionen stapeln – eine zum Öffnen des Kanals und eine zum Schließen. Sobald eine Zahlung abgeschlossen ist, ist es unbestreitbar, wie hoch der letzte Saldo zwischen allen Parteien ist (unter der Annahme, dass die Knoten ihre Kanalkontrollpunkte redundant speichern).

Entscheidend ist, dass man nicht direkt mit einer anderen Partei verbunden sein muss, um sie zu bezahlen – Kanäle können von anderen Knoten im Netzwerk verwendet werden, um ihre Erreichbarkeit zu erhöhen. Mit anderen Worten, wenn Alice mit Bob verbunden ist und Bob mit Caroline verbunden ist, können Alice und Caroline einander nahtlos über Bob bezahlen.

Blitzskalierbarkeit

Wie wir jetzt beweisen werden, skaliert das Lightning Network bereits heute, um 16,264 Transaktionen pro Sekunde zu unterstützen und löst damit das Skalierbarkeitsproblem, während alle Vorteile, die Bitcoin zu bieten hat, erhalten bleiben – Erlaubnislosigkeit, Knappheit, Benutzersouveränität, Portabilität, Verifizierbarkeit, Dezentralisierung und Zensurresistenz.

Damit eine Zahlung ihren Weg durch das Netzwerk findet, muss sie normalerweise mehrere Zahlungskanäle durchlaufen. Um zu beantworten, wie viele Zahlungen das Netzwerk in einer Sekunde durchführen kann, müssen wir verstehen, wie viele ein durchschnittlicher Kanal unterstützt.

Statistiken zeigen, dass die durchschnittliche Zahlung rund geht drei Kanäle.

Das Benchmark-Zahlen Wir verwenden für diese Analyse die Durchsatzkapazität pro Knoten, nicht pro Kanal. Daher nehmen wir fälschlicherweise an, dass jeder Knoten nur einen Kanal hat. Der Standard-LND-Knoten soll laut Benchmark mit einer anständigen Maschine (33 vCPUs, 8 GB Speicher) 32 Zahlungen pro Sekunde erledigen können.

Mit der 16,266 Knoten im Netzwerk (Stand November 2022), unter der Annahme, dass jede Zahlung drei Kanäle (vier Knoten) durchlaufen muss, sollte das Netzwerk in der Lage sein, etwa 134,194 Zahlungen pro Sekunde zu erreichen.

Das heißt, jede Zahlung muss eine Gruppe von vier Knoten durchlaufen, und es gibt 4,066 solcher eindeutiger Gruppen im Netzwerk. Unter der Annahme, dass jeder Knoten 33 Zahlungen pro Sekunde ausführen kann, multiplizieren wir 4,066 mit 33, um 134,194 zu erreichen.

Nun, um realistisch zu sein: Nicht jeder Knoten läuft auf einer Maschine wie der im Benchmark – viele sind es einfach laufen auf einem Raspberry Pi. Zum Glück braucht es nicht viel, um die aktuellen Zahlungssysteme zu schlagen.

Blitz vs. Traditionelle Zahlungen

Es ist schwierig, authentische Zahlen über die Spitzenkapazität traditioneller Zahlungssysteme zu finden, daher werden wir uns im gesamten Geschäftsjahr 2021 auf ihre durchschnittliche Zahlungsrate verlassen. Wir werden dies mit der theoretischen Kapazität von Lightning vergleichen, denn umgekehrt ist es aufgrund seiner privaten Natur unmöglich, die durchschnittliche Zahlungsrate in Lightning zu erhalten, und es gibt auch keinen Aufschluss über die Leistungsfähigkeit, da die Nachfrage nach Lightning-Zahlungen immer noch relativ gering ist. Dieser Vergleich gibt uns eine Vorstellung davon, wie viele Zahlungen ein Beleuchtungsknoten weiterleiten können muss, um die traditionelle Finanzierung zu übertreffen.

Visa sah 165 Milliarden Zahlungen im Jahr 2021, sah PayPal 19.3 Milliarden Zahlungen über die gesamte Plattform und FedWire sah 204 Millionen. Im Durchschnitt des Jahres 7,372 belaufen sich diese auf 612, 6.5 bzw. 2021 Zahlungen pro Sekunde. Zum Vergleich: Bitcoin hat es getan 2.44 Zahlungen pro Sekunde im Jahr 2021 und skaliert auf maximal sieben pro Sekunde.

Die Zahlen sind vielversprechend – jeder Lightning-Knoten muss dazu in der Lage sein vier Zahlungen pro Sekunde um die aktuellen Zahlungsnetzwerke mindestens zweimal zu schlagen. Bei dieser Rate können 4,066 einzigartige Vier-Knoten-Gruppen 16,264 Zahlungen pro Sekunde erreichen – das 2.2-fache des größten Konkurrenten Visa.

Um die Sache für traditionelle Zahlungsnetzwerke noch schlimmer zu machen, ist die durchschnittliche Lightning-Transaktionsgebühr 13 mal weniger das von Visa — 0.1% im Vergleich zu 1.29%.

Es sei daran erinnert, dass man das Lightning-Netzwerk jederzeit weiter skalieren kann, indem man neue Knoten erstellt. Da es Peer-to-Peer ist, ist seine Skalierbarkeit theoretisch unbegrenzt, solange die Knoten im Netzwerk wachsen.

Darüber hinaus weist der oben erwähnte Benchmark von Bottlepay darauf hin, dass es keine wirklichen technischen Blocker für Lightning-Node-Implementierungen gibt, um schließlich 1,000 Zahlungen pro Sekunde zu erreichen. Bei so einer Nummer ist's das Netz Strom Der Durchsatz läge näher bei vier Millionen pro Sekunde, ganz zu schweigen davon, was er bei einer Erhöhung der Anzahl der Knoten wäre.

Und schließlich sei daran erinnert, dass das Lightning Network noch eine sehr unausgereifte Software ist und eine Menge zukünftiger Optimierungen vorzunehmen sind, sowohl im Protokoll als auch in seinen Implementierungen. Ressourcen in Form von Entwicklern sind die einzige kurzfristige Einschränkung für die Erhöhung der Skalierbarkeit, die zu Recht hinter wichtigeren Dingen wie z Zuverlässigkeit.

Um einen Eindruck von den Fortschritten dort zu vermitteln, River Financial hat kürzlich geteilt dass seine Zahlungserfolgsrate 98.7 % bei einer durchschnittlichen Größe von 46 $ beträgt, was erstaunlich besser ist als die frühesten öffentlich verfügbaren Daten, die es aus dem Jahr 2018 finden konnte, wo $5-Transaktionen in 48 % der Fälle fehlschlugen.

Zusammenfassung

In diesem Artikel haben wir alle negativen Nachteile der Skalierung der Bitcoin-Blockchain aufgedeckt, indem wir die Blockgröße der Basisschicht erhöht haben, vor allem ihre Dezentralisierung stark beeinträchtigt und letztendlich ihr Ziel verfehlt haben, die immense Skalierbarkeit zu erreichen, die für die Anforderungen eines globalen Zahlungsnetzwerks erforderlich ist hat und in Zukunft immer mehr haben wird.

Wir haben gezeigt, dass das Lightning Network als Second-Layer-Lösung das Skalierbarkeitsproblem am elegantesten löst, indem es alle Vorteile von Bitcoin bewahrt und es gleichzeitig weit über das hinaus skaliert, was alle Base-Layer-Lösungen versprechen.

Dies ist ein Gastbeitrag von Stanislav Kozlovski. Die geäußerten Meinungen sind ausschließlich ihre eigenen und spiegeln nicht unbedingt die von BTC Inc oder Bitcoin Magazine wider.