Τα δεδομένα δείχνουν ότι το δίκτυο Lightning του Bitcoin έχει λύσει το πρόβλημα επεκτασιμότητας

Αυτό είναι ένα άρθρο γνωμοδότησης από τον Stanislav Kozlovski, μηχανικό λογισμικού και μακροοικονομικό ερευνητή.

Πολλοί Bitcoiners έχουν ακούσει για την «έλλειψη επεκτασιμότητας» του Bitcoin - είναι μια από τις πιο κοινές κριτικές που ασκούνται εναντίον του έργου τόσο από λαίμαργους ανταγωνιστές κρυπτονομισμάτων όσο και από κατεστημένους φορείς.

Μερικοί παλιοί μπορεί να θυμούνται τους έντονους, εμποτισμένους με διαμάχες Blocksize Wars του 2015 έως το 2017, οι οποίοι, με τη βοήθεια των εμπειρογνωμόνων του κλάδου, είχαν ως επί το πλείστον στόχο να κάνουν το Bitcoin κλίμακα σε περισσότερες συναλλαγές αυξάνοντας το μέγιστο μέγεθος μπλοκ και με αυτόν τον τρόπο, σχεδόν δημιούργησαν προηγούμενο και άλλαξε το Bitcoin μελλοντική πορεία για πάντα.

Και τα δύο αυτά ζητήματα θα αποδειχθούν τελικά ότι θα μείνουν στη λάθος πλευρά της ιστορίας. Σε αυτό το κομμάτι, θα δείξουμε πώς το Lightning Network αντιμετωπίζει τα προβλήματα επεκτασιμότητας του Bitcoin και αναμφίβολα αποδεικνύει ότι η απόφαση του μικρού μπλοκ ήταν τελικά η σωστή.

Περιορισμοί και επιλογές βασικού επιπέδου

Πριν καταλάβουμε τι λύνει το Lightning Network, θα πρέπει πρώτα να καταλάβουμε ποιο είναι το εγγενές πρόβλημα. Με απλά λόγια: Δεν μπορείτε να κλιμακώσετε ένα blockchain για να επικυρώσετε τις συναλλαγές σε ολόκληρο τον κόσμο με αποκεντρωμένο τρόπο.

Οι μπλοκ αλυσίδες υποφέρουν από έναν εγγενή περιορισμό που τις αναγκάζει να ανταλλάσσουν μεταξύ τριών ποιοτήτων – η μία ποιότητα του συστήματός τους πρέπει να ακολουθήσει τις άλλες δύο. Όπως απεικονίζεται παραπάνω, ένα blockchain μπορεί να έχει αξιόπιστα μόνο δύο από αυτές τις τρεις ιδιότητες:

• Αποκεντρωμένη: δεν ελέγχεται από κανένα κόμμα ή μικρό αριθμό ελίτ
• Scalable: κλίμακα σε επαρκή αριθμό συναλλαγών
• Ασφαλές: δεν είναι εύκολο να επιτεθείς και να σπάσεις τα αμετάβλητά του

Αξίζει να σημειωθεί ότι όλα αυτά τα χαρακτηριστικά βρίσκονται σε ξεχωριστά, πολύπλοκα φάσματα. Για παράδειγμα, δεν γίνεσαι «ασφαλής» πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο, είναι πολύ εξαρτημένο σχετικά με την περίπτωση χρήσης και πολλά διαφορετικά χαρακτηριστικά.

Το Bitcoin είναι αργό για κάποιο λόγο. Επέλεξε ρητά να βελτιστοποιήσει τις ενότητες «ασφάλεια» και «αποκέντρωση» του τριλήμματος, αφήνοντας την «επεκτασιμότητα» (συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο) στο περιθώριο.

Η βασική συνειδητοποίηση είναι ότι, όπως το σημερινό Διαδίκτυο και το χρηματοοικονομικό σύστημα, είναι πιο βέλτιστο να περιλαμβάνει ολόκληρο το σύστημα χωριστών επιπέδων, όπου κάθε επίπεδο βελτιστοποιεί και χρησιμοποιείται για διαφορετικά πράγματα.

Το Bitcoin, το βασικό επίπεδο, είναι ένα παγκόσμιο αναπαραγόμενο δημόσιο βιβλίο — κάθε συναλλαγή μεταδίδεται σε κάθε συμμετέχοντα στο δίκτυο. Είναι προφανές ότι δεν μπορεί κανείς πρακτικά να κλιμακώσει ένα τέτοιο καθολικό για να καλύψει το αυξανόμενο ποσοστό συναλλαγών σε ολόκληρο τον κόσμο. Εκτός από το ότι δεν είναι πρακτικό και βλάπτει το απόρρητο, τα μειονεκτήματά του υπερβαίνουν κατά πολύ τα ασήμαντα οφέλη του.

Εκείνη την εποχή, υπήρξε ένας μεγάλος εμφύλιος πόλεμος μεταξύ της διαδικτυακής κοινότητας σχετικά με το τι πρέπει να κάνει το Bitcoin για να αυξήσει την ικανότητα διεκπεραίωσης των συναλλαγών του. Υπάρχει μεγάλη, εξοργιστική διαμάχη σε αυτή την ιστορία και είναι σε μεγάλο βαθμό αυτό που διαμόρφωσε το Bitcoin για να παραμείνει αυτό που είναι σήμερα - ένα κίνημα βάσης, από κάτω προς τα πάνω όπου οι μέσοι άνθρωποι (plebs), σε σύνολο το ένα με το άλλο, υπαγορεύουν τους κανόνες του δικτύου.

"Ο Πόλεμος του ΜπλοκΟ Jonathan Bier απεικονίζει τη μάχη μεταξύ των υποστηρικτών του αποκεντρωμένου δικτύου που θέλουν το καλύτερο για τη μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα του δικτύου και της απληστίας και της προπαγάνδας που διαιωνίζονται από μεγάλους παίκτες και εταιρείες για να προωθήσουν τις δικές τους ατζέντες για την απόκτηση εξουσίας και το κέρδος.

Με λίγα λόγια, το Bitcoin διχαλώθηκε σε ένα αποτυχημένο πιρούνι με το όνομα "Bitcoin Cash".

Ο μικρός τελικά κέρδισε - το Bitcoin δεν βιάστηκε να κάνει κακές επιλογές σχεδιασμού που θα έθεταν σε κίνδυνο την αποκέντρωση, την ασφάλειά του ή αντίσταση λογοκρισίας. Η απόφαση ελήφθη ουσιαστικά να κλιμακωθεί το Bitcoin μέσω επιπέδων, εισάγοντας δεύτερα επίπεδα που λειτουργούν ξεχωριστά από το Bitcoin και ελέγχουν την κατάστασή τους στο κύριο, πιο αργό αλλά πιο ασφαλές δίκτυο.

Σε πλήρη αντίθεση, το προφανώς ανεπιτυχές fork Bitcoin Cash θυσίασε όλες τις ελπίδες αποκέντρωσης αυξάνοντας το μέγεθος του μπλοκ του σε 32 megabytes, 32 φορές περισσότερο από το Bitcoin, για ένα απλό μέγιστο 50 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο στην αλυσίδα βάσης.

Μέγεθος μπλοκ

Κάθε μπλοκ Bitcoin έχει ένα όριο στο μέγεθός του και αυτό υποδηλώνει το ανώτερο όριο για το πόσες συναλλαγές μπορούν να υπάρχουν μέσα σε ένα μπλοκ. Εάν η ζήτηση αυξηθεί για να ξεπεράσει το ποσό των συναλλαγών που μπορεί να έχει ένα μπλοκ, το μπλοκ γεμίζει και οι συναλλαγές μένουν ανεπιβεβαίωτες στο Μέμπουλ. Οι χρήστες αρχίζουν να πλειοδοτούν ο ένας τον άλλον μέσω της προσαρμόσιμης χρέωσης συναλλαγής, προκειμένου η συναλλαγή τους να συμπεριληφθεί από τους εξορύκτες, οι οποίοι έχουν κίνητρα να επιλέξουν τις συναλλαγές με τις υψηλότερες πληρωμές.

Μια αφελής λύση σε αυτό θα ήταν απλώς να αυξηθεί το όριο μεγέθους μπλοκ — δηλαδή να επιτρέπεται η συμπερίληψη περισσότερων συναλλαγών σε ένα μπλοκ. Οι αρνητικές παρενέργειες αυτού είναι αρκετά λεπτές ότι ακόμη και οι διανοούμενοι όπως ο Έλον Μασκ κάνει το λάθος να το προτείνω.

Η αύξηση του μεγέθους του μπλοκ έχει αποτελέσματα δεύτερης τάξης που μειώνουν την αποκέντρωση του δικτύου. Καθώς το μέγεθος του μπλοκ αυξάνεται, το κόστος εκτέλεσης ενός κόμβου στο δίκτυο αυξάνεται.

Στο Bitcoin, κάθε κόμβος πρέπει να αποθηκεύει και να επικυρώνει κάθε συναλλαγή. Επιπλέον, η εν λόγω συναλλαγή πρέπει να διαδοθεί στους ομοτίμους του κόμβου, γεγονός που πολλαπλασιάζει τις απαιτήσεις εύρους ζώνης του δικτύου για την υποστήριξη περισσότερων συναλλαγών. Όσο περισσότερες συναλλαγές, τόσο περισσότερο αυξάνονται οι απαιτήσεις επεξεργασίας (CPU) και αποθήκευσης (δίσκος) του δικτύου για κάθε κόμβο. Επειδή η λειτουργία ενός κόμβου δεν αποφέρει οικονομικά οφέλη, το κίνητρο για την εκτέλεση ενός κόμβου μειώνεται δυσανάλογα όσο πιο δαπανηρό είναι.

Για να το βάλουμε σε αριθμούς, αν το Bitcoin πρόκειται να κλιμακωθεί ποτέ στα υποτιθέμενα επίπεδα μέγιστης χωρητικότητας της Visa (24,000 συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο) ένας κόμβος θα χρειαζόταν 48 megabyte ανά δευτερόλεπτο μόνο για να λαμβάνετε τις συναλλαγές μέσω του δικτύου. Ακολουθεί ένας χάρτης που δείχνει τη μέση ταχύτητα Διαδικτύου στον κόσμο:

Όπως μπορείτε να δείτε, ένα τεράστιο μέρος της μέσης ταχύτητας του κόσμου θα τους απέκλειε από τη δυνατότητα εκτέλεσης ενός κόμβου υπό αυτές τις συνθήκες. Σημειώστε ότι η μέση ταχύτητα υποδηλώνει ότι πολλές είναι ακόμη χαμηλότερες από το εν λόγω όριο. Επιπλέον, δεν λαμβάνεται υπόψη το γεγονός ότι ένας χρήστης θα είχε άλλες χρήσεις για το εύρος ζώνης του - λίγοι ανιδιοτελείς άνθρωποι θα αφιέρωναν το 50% του εύρους ζώνης του Διαδικτύου για έναν κόμβο Bitcoin.

Το πιο σημαντικό, ο όγκος των δεδομένων που θα δημιουργούσε θα καθιστούσε αδύνατη για κανέναν να τα αποθηκεύσει πρακτικά - θα είχε ως αποτέλεσμα 518 gigabyte δεδομένων την ημέρα ή 190 terabytes δεδομένων το χρόνο.

Επιπλέον, η περιστροφή ενός νέου κόμβου θα απαιτούσε από κάποιον να κατεβάσει όλα αυτά τα petabyte δεδομένων και να επαληθεύσει κάθε υπογραφή - και τα δύο θα το έκαναν έτσι ώστε ένας νέος κόμβος θα χρειαζόταν πολύ χρόνο (χρόνια) για να περιστραφεί.

Και για να κάνουμε τα πράγματα χειρότερα, 24,000 συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο δεν συνιστούν ένα πραγματικά μοναδικό παγκόσμιο δίκτυο πληρωμών από μόνο του. Η Visa δεν είναι το μόνο δίκτυο πληρωμών στον κόσμο και ο κόσμος γίνεται όλο και πιο διασυνδεδεμένος κάθε μέρα.

Lightning Network 101

Το Lightning Network είναι α ξεχωριστό δίκτυο δεύτερου επιπέδου που λειτουργεί πάνω από το κύριο δίκτυο Bitcoin. Με απλά λόγια, ομαδοποιεί συναλλαγές Bitcoin.

Για να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτόν, πρέπει να εκτελέσετε τον δικό σας κόμβο ή να χρησιμοποιήσετε κάποιον άλλον. Το δίκτυο έχει δύο έννοιες που αξίζει να κατανοηθούν για τους σκοπούς εδώ:

• A Κόμβος κεραυνού: ξεχωριστό λογισμικό που επικοινωνεί μεταξύ τους και αποτελεί ένα νέο δίκτυο peer-to-peer.
• Κανάλια: μια σύνδεση που ανοίγει μεταξύ δύο Κεραυνοί κόμβοι, επιτρέποντας τη ροή πληρωμών μεταξύ τους.

Ένα κανάλι είναι κυριολεκτικά μια συναλλαγή βασικού επιπέδου Bitcoin, αγκυρώνοντας το κανάλι στην ασφαλή αλυσίδα.

Μόλις δύο κόμβοι ανοίξουν ένα κανάλι μεταξύ τους, οι πληρωμές αρχίζουν να ρέουν μεταξύ τους. Κάθε επόμενη πληρωμή τροποποιεί την κατάσταση του καναλιού, ανακαλώντας κρυπτογραφικά την παλιά και τοποθετώντας το νέο στη μνήμη και στο δίσκο και των δύο κόμβων, αλλά κρίσιμα, όχι στη βασική αλυσίδα.

Τα κανάλια μπορούν και κατά τη γνώμη μου ιδανικά πρέπει να παραμείνουν ανοιχτά για μεγάλο χρονικό διάστημα (π.χ. ένα χρόνο ή περισσότερο). Εάν οι κόμβοι αποφασίσουν ποτέ να κλείσουν το κανάλι τους, το πιο πρόσφατο υπόλοιπό τους μετά από όλες τις πληρωμές εκτός αλυσίδας επανέρχεται στο αρχικό τους πορτοφόλι. Αυτό είναι κρυπτογραφικά ασφαλισμένο με κατακερματισμένα συμβόλαια με χρονική κλειδαριά (HTLC) και ψηφιακές υπογραφές, τα οποία δεν θα αναφερθούμε σε λεπτομέρειες για τους σκοπούς αυτού του άρθρου.

Αυτό επιτρέπει σε κάποιον να συγκεντρώσει δισεκατομμύρια πληρωμές σε δύο συναλλαγές on-chain — μία για το άνοιγμα του καναλιού και μία για το κλείσιμό του. Μόλις ολοκληρωθεί μια πληρωμή, είναι αδιαμφισβήτητο ποιο είναι το πιο πρόσφατο υπόλοιπο μεταξύ όλων των μερών (υποθέτοντας ότι οι κόμβοι αποθηκεύουν περιττά τα σημεία ελέγχου των καναλιών τους).

Ουσιαστικά, δεν χρειάζεται να συνδεθεί κανείς απευθείας με άλλο μέρος για να τα πληρώσει — τα κανάλια μπορούν να χρησιμοποιηθούν από άλλους κόμβους στο δίκτυο προκειμένου να αυξηθεί η προσβασιμότητα τους. Με άλλα λόγια, εάν η Alice είναι συνδεδεμένη με τον Bob και ο Bob είναι συνδεδεμένος με την Caroline, η Alice και η Caroline μπορούν απρόσκοπτα να πληρώσουν η μία την άλλη μέσω του Bob.

Επεκτασιμότητα Lightning

Όπως θα αποδείξουμε τώρα, το Lightning Network ήδη κλιμακώνεται για να υποστηρίζει 16,264 συναλλαγές το δευτερόλεπτο σήμερα και ως εκ τούτου λύνει το πρόβλημα επεκτασιμότητας διατηρώντας παράλληλα όλα τα οφέλη που έχει να προσφέρει το Bitcoin - έλλειψη άδειας, σπανιότητα, κυριαρχία χρήστη, φορητότητα, επαληθευσιμότητα, αποκέντρωση και αντίσταση λογοκρισίας.

Για να περάσει μια πληρωμή μέσω του δικτύου, συνήθως πρέπει να περάσει από πολλά κανάλια πληρωμής. Για να απαντήσουμε πόσες πληρωμές μπορεί να κάνει το δίκτυο σε ένα δευτερόλεπτο, πρέπει να καταλάβουμε πόσες υποστηρίζει ένα μέσο κανάλι.

Οι στατιστικές δείχνουν ότι ο μέσος όρος πληρωμής περνάει περίπου τρία κανάλια.

Η αριθμοί αναφοράς θα χρησιμοποιήσουμε για αυτήν την ανάλυση να έχουμε χωρητικότητα διακίνησης ανά κόμβο, όχι ανά κανάλι. Επομένως, θα υποθέσουμε ανακριβώς ότι κάθε κόμβος έχει μόνο ένα κανάλι. Ο προεπιλεγμένος κόμβος LND λέγεται ότι μπορεί να κάνει 33 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο με ένα αξιοπρεπές μηχάνημα (8 vCPU, μνήμη 32 GB) σύμφωνα με το σημείο αναφοράς.

Με 16,266 κόμβοι στο δίκτυο (από τον Νοέμβριο του 2022), υποθέτοντας ότι κάθε πληρωμή πρέπει να περάσει από τρία κανάλια (τέσσερις κόμβοι), το δίκτυο θα πρέπει να είναι σε θέση να επιτύχει περίπου 134,194 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο.

Δηλαδή, κάθε πληρωμή πρέπει να περάσει από μια ομάδα τεσσάρων κόμβων και υπάρχουν 4,066 τέτοιες μοναδικές ομάδες στο δίκτυο. Υποθέτοντας ότι κάθε κόμβος μπορεί να κάνει 33 πληρωμές το δευτερόλεπτο, πολλαπλασιάζουμε το 4,066 επί 33 για να φτάσουμε στο 134,194.

Τώρα, για να είμαστε ρεαλιστές: Δεν τρέχουν όλοι οι κόμβοι μια μηχανή όπως αυτή στο σημείο αναφοράς — πολλοί είναι απλά τρέξιμο σε ένα Raspberry Pi. Ευτυχώς, δεν χρειάζονται πολλά για να μπορέσετε να νικήσετε τα τρέχοντα συστήματα πληρωμών.

Lightning Vs. Παραδοσιακές πληρωμές

Η εύρεση αυθεντικών αριθμών σχετικά με τη μέγιστη χωρητικότητα των παραδοσιακών συστημάτων πληρωμών είναι δύσκολη, επομένως θα βασιστούμε στο μέσο ποσοστό πληρωμής τους καθ' όλη τη διάρκεια του οικονομικού έτους 2021. Θα το συγκρίνουμε με τη θεωρητική χωρητικότητα του Lightning, γιατί αντίθετα, η λήψη του μέσου ποσοστού πληρωμών στο Lightning είναι αδύνατη λόγω της ιδιωτικής του φύσης και επίσης δεν είναι αποκαλυπτική της ικανότητας επειδή η ζήτηση για πληρωμές Lightning είναι ακόμα σχετικά χαμηλή. Αυτή η σύγκριση θα μας δώσει μια ιδέα για το πόσες πληρωμές χρειάζεται ένας κόμβος Lighting για να είναι ικανός να δρομολογήσει προκειμένου να ξεπεράσει τον ανταγωνισμό της παραδοσιακής χρηματοδότησης.

Βίζα πριόνι 165 δισεκατομμύρια πληρωμές το 2021, πριόνι PayPal Πληρωμές 19.3 δισ σε ολόκληρη την πλατφόρμα του και το πριόνι FedWire 204 εκατομμύρια. Αντίστοιχα, αυτές ανέρχονται σε 7,372, 612 και 6.5 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο κατά μέσο όρο για το 2021. Για να το δούμε, το Bitcoin έκανε 2.44 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο το 2021 και κλιμακώνεται έως το πολύ επτά ανά δευτερόλεπτο.

Οι αριθμοί είναι πολλά υποσχόμενοι - χρειάζεται κάθε κόμβος Lightning για να είναι σε θέση να κάνει ακριβώς τέσσερις πληρωμές το δευτερόλεπτο προκειμένου να ξεπεράσουν τα τρέχοντα δίκτυα πληρωμών κατά τουλάχιστον δύο φορές. Με αυτόν τον ρυθμό, 4,066 μοναδικές ομάδες τεσσάρων κόμβων μπορούν να επιτύχουν 16,264 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο — 2.2 φορές περισσότερες από αυτές του μεγαλύτερου ανταγωνιστή, της Visa.

Για να γίνουν τα πράγματα χειρότερα για τα παραδοσιακά δίκτυα πληρωμών, η μέση χρέωση συναλλαγής Lightning είναι 13 φορές λιγότερο αυτή της Visa — 0.1% σε σύγκριση με 1.29%.

Αξίζει να θυμόμαστε ότι κάποιος θα μπορούσε πάντα να συνεχίσει να κλιμακώνει το Lightning Network δημιουργώντας νέους κόμβους. Δεδομένου ότι είναι peer to peer, η επεκτασιμότητα του είναι θεωρητικά απεριόριστη όσο μεγαλώνουν οι κόμβοι στο δίκτυο.

Επιπλέον, το προαναφερθέν σημείο αναφοράς από το Bottlepay υποστηρίζει ότι δεν υπάρχουν πραγματικοί τεχνικοί αποκλειστές για υλοποιήσεις κόμβων Lightning για να φτάσουν τελικά τις 1,000 πληρωμές ανά δευτερόλεπτο. Σε τέτοιο αριθμό, του δικτύου ρεύμα Η απόδοση θα ήταν πιο κοντά στα τέσσερα εκατομμύρια ανά δευτερόλεπτο, για να μην αναφέρουμε τι θα ήταν με την αύξηση του αριθμού των κόμβων.

Και τέλος, αξίζει να θυμόμαστε ότι το Lightning Network είναι ακόμα πολύ ανώριμο λογισμικό και έχει αρκετές μελλοντικές βελτιστοποιήσεις που πρέπει να γίνουν, τόσο στο πρωτόκολλο όσο και στις υλοποιήσεις του. Οι πόροι από την άποψη των προγραμματιστών είναι ο μόνος βραχυπρόθεσμος περιορισμός για την αύξηση της επεκτασιμότητας, η οποία δικαίως έχει έρθει δεύτερη σε πιο σημαντικά θέματα όπως αξιοπιστία.

Για να δώσουμε μια αίσθηση της προόδου εκεί, Η River Financial κοινοποιήθηκε πρόσφατα ότι το ποσοστό επιτυχίας πληρωμών του είναι 98.7% σε μέσο μέγεθος 46 $, το οποίο είναι εκπληκτικά καλύτερο από τα πρώτα δημόσια διαθέσιμα δεδομένα που θα μπορούσε να βρει από το 2018, όπου οι συναλλαγές $5 απέτυχαν το 48% των περιπτώσεων.

Συμπέρασμα

Σε αυτό το κομμάτι, εκθέσαμε όλα τα αρνητικά μειονεκτήματα της κλιμάκωσης της αλυσίδας μπλοκ Bitcoin μέσω της αύξησης του μεγέθους του μπλοκ του βασικού επιπέδου, κυρίως με σοβαρό κίνδυνο την αποκέντρωσή του και τελικά αποτυγχάνοντας να επιτύχει τον στόχο του να επιτύχει την τεράστια επεκτασιμότητα που απαιτείται για τις απαιτήσεις ενός παγκόσμιου δικτύου πληρωμών έχει και θα συνεχίσει να έχει όλο και περισσότερο στο μέλλον.

Δείξαμε ότι το Lightning Network, ως λύση δεύτερου επιπέδου, λύνει πιο κομψά το πρόβλημα επεκτασιμότητας διατηρώντας ταυτόχρονα όλα τα οφέλη του Bitcoin, ενώ ταυτόχρονα κλιμακώνοντάς το πολύ πέρα ​​από αυτό που υπόσχονται οι λύσεις βασικού επιπέδου.

Αυτή είναι μια guest post του Stanislav Kozlovski. Οι απόψεις που εκφράζονται είναι εξ ολοκλήρου δικές τους και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα αυτές της BTC Inc ή του περιοδικού Bitcoin.