Los datos muestran que la Lightning Network de Bitcoin ha resuelto el problema de escalabilidad

Este es un editorial de opinión de Stanislav Kozlovski, ingeniero de software e investigador macroeconómico.

Muchos usuarios de Bitcoin han oído hablar de la "falta de escalabilidad" de Bitcoin: es una de las críticas más comunes contra el proyecto tanto por parte de los competidores glotones de criptomonedas como de los actores establecidos establecidos.

Algunos veteranos pueden recordar las acaloradas y controvertidas Blocksize Wars de 2015 a 2017 que, con la ayuda de expertos de la industria, tenían como objetivo superficial hacer que Bitcoin escale a más transacciones aumentando el tamaño máximo del bloque y, al hacerlo, casi sentó un precedente y cambiado de bitcoin curso futuro para siempre.

Ambos problemas terminarán quedando en el lado equivocado de la historia. En este artículo, vamos a mostrar cómo Lightning Network aborda los problemas de escalabilidad de Bitcoin y, sin duda, demuestra que la decisión del bloque pequeño fue, en última instancia, la correcta.

Limitaciones y opciones de la capa base

Antes de entender lo que está resolviendo Lightning Network, primero debemos entender cuál es el problema inherente. En pocas palabras: no puede escalar una cadena de bloques para validar las transacciones de todo el mundo de forma descentralizada.

Las cadenas de bloques sufren una limitación inherente que las obliga a negociar entre tres cualidades: una cualidad de su sistema tiene que ir por las otras dos. Como se muestra arriba, una cadena de bloques solo puede tener dos de estas tres cualidades de manera confiable:

• Descentralizado: no controlado por un solo partido o un pequeño número de élites
• Escalable: escale a un número suficiente de transacciones
• Seguro: no ser fácil de atacar y romper sus invariantes

Vale la pena señalar que todas estas características se encuentran en espectros separados y complejos. Por ejemplo, no te vuelves "seguro" sobre un cierto umbral, depende mucho en el caso de uso y muchas características diferentes.

Bitcoin es lento por una razón. Escogió explícitamente optimizar las secciones de "seguridad" y "descentralización" del trilema, dejando la "escalabilidad" (transacciones por segundo) al margen.

La comprensión clave es que, al igual que Internet y el sistema financiero de hoy, es más óptimo comprender todo el sistema de capas separadas, donde cada capa se optimiza y se usa para diferentes cosas.

Bitcoin, la capa base, es un libro público replicado globalmente: cada transacción se transmite a todos los participantes de la red. Es evidente que prácticamente no se puede escalar un libro mayor de este tipo para adaptarse a la creciente tasa de transacciones de todo el mundo. Además de ser poco práctico y perjudicial para la privacidad, sus inconvenientes superan con creces sus insignificantes beneficios.

En el pasado, hubo una gran guerra civil entre la comunidad en línea sobre lo que Bitcoin debería hacer para aumentar su capacidad de rendimiento de transacciones. Hay controversia importante e irritante en esta historia y es en gran parte lo que dio forma a Bitcoin para que siguiera siendo lo que es hoy: un movimiento de base, de abajo hacia arriba, donde la gente promedio (plebeyos), en conjunto unos con otros, dictan las reglas de la red.

"La guerra de bloquesde Jonathan Bier ilustra la batalla entre los partidarios de la red descentralizada que quieren lo mejor para la viabilidad a largo plazo de la red y la codicia y la propaganda perpetuada por los principales actores y corporaciones para promover sus propias agendas de obtención de poder y búsqueda de ganancias.

Para resumir, Bitcoin se bifurcó en una bifurcación fallida llamada "Bitcoin Cash".

El pequeño finalmente ganó: Bitcoin no apresuró ninguna mala elección de diseño que pudiera comprometer su descentralización, seguridad o resistencia a la censura. La decisión se tomó efectivamente para escalar Bitcoin a través de capas, introduciendo segundas capas que funcionan por separado de Bitcoin y controlan su estado en la red principal, más lenta pero más segura.

En marcado contraste, la bifurcación Bitcoin Cash, evidentemente fallida, sacrificó todas las esperanzas de descentralización al aumentar el tamaño de su bloque a Megabytes 32, 32 veces más que Bitcoin, por un mero máximo de 50 pagos por segundo en la cadena básica.

Tamaño de bloque

Cada bloque de Bitcoin tiene un límite en su tamaño y esto indica el límite superior de cuántas transacciones pueden existir dentro de un bloque. Si la demanda crece hasta superar la cantidad de transacciones que puede tener un bloque, el bloque se llena y las transacciones quedan sin confirmar en el Mempool. Los usuarios comienzan a superarse entre sí a través de la tarifa de transacción ajustable para que los mineros incluyan su transacción, a quienes se les incentiva a elegir las transacciones que pagan más.

Una solución ingenua a esto sería simplemente aumentar el límite de tamaño del bloque, es decir, permitir que se incluyan más transacciones en un bloque. Los efectos secundarios negativos de esto son tan sutiles que incluso los intelectuales como Elon Musk comete el error de sugerirlo.

Aumentar el tamaño del bloque tiene efectos de segundo orden que disminuyen la descentralización de la red. A medida que crece el tamaño del bloque, aumenta el costo de ejecutar un nodo en la red.

En Bitcoin, cada nodo tiene que almacenar y validar cada transacción. Además, dicha transacción debe propagarse a los pares del nodo, lo que multiplica los requisitos de ancho de banda de la red para admitir más transacciones. Cuantas más transacciones, más crecen los requisitos de procesamiento (CPU) y almacenamiento (disco) de la red para cada nodo. Debido a que ejecutar un nodo no genera beneficios financieros, el incentivo para ejecutar uno disminuye desproporcionadamente cuanto más costoso es.

Para ponerlo en números, si Bitcoin va a escalar alguna vez a los supuestos niveles de capacidad máxima de Visa (Transacciones 24,000 por segundo) un nodo necesitaría 48 megabytes por segundo solo para recibir las transacciones a través de la red. El siguiente es un mapa que muestra la velocidad promedio de Internet en el mundo:

Como puede ver, una gran parte de la velocidad promedio mundial los excluiría de la capacidad de ejecutar un nodo en estas condiciones. Tenga en cuenta que la velocidad media implica que muchos son incluso inferiores a dicho umbral. Además, no tiene en cuenta el hecho de que un usuario tendría otros usos para su ancho de banda: pocas personas desinteresadas dedicarían el 50 % de su ancho de banda de Internet a un nodo de Bitcoin.

Más importante aún, la cantidad de datos que esto generaría haría imposible que alguien los almacenara prácticamente: daría como resultado 518 gigabytes de datos por día, o 190 terabytes de datos por año.

Además, activar un nuevo nodo requeriría descargar todos estos petabytes de datos y verificar cada firma, lo que haría que un nuevo nodo tardara mucho tiempo (años) en activarse.

Y para empeorar las cosas, 24,000 XNUMX transacciones por segundo no constituyen una red de pagos global verdaderamente única en sí misma. Visa no es la única red de pagos en el mundo, y el mundo está cada vez más interconectado.

Red relámpago 101

The Lightning Network es una red separada de segunda capa que funciona sobre la red principal de Bitcoin. Dicho simplemente, agrupa las transacciones de Bitcoin.

Para acceder a él, debe ejecutar su propio nodo o usar el de otra persona. La red tiene dos conceptos que vale la pena entender para los propósitos aquí:

• A nodo relámpago: software independiente que se comunica entre sí y constituye una nueva red peer-to-peer.
• Canales: una conexión abierta entre dos Nodos relámpago, permitiendo que los pagos fluyan entre ellos.

Un canal es literalmente una transacción de capa base de Bitcoin, que ancla el canal a la cadena segura.

Una vez que dos nodos abren un canal entre ellos, los pagos comienzan a fluir entre ellos. Cada pago subsiguiente modifica el estado del canal, revocando criptográficamente el anterior y verificando el nuevo en la memoria y en el disco de ambos nodos, pero críticamente, no en la cadena base.

Los canales pueden y, en mi opinión, idealmente deberían permanecer abiertos durante mucho tiempo (por ejemplo, un año o más). Si los nodos alguna vez deciden cerrar su canal, su saldo más reciente después de todos los pagos fuera de la cadena se restaura en sus billeteras originales. Esto está protegido criptográficamente por contratos de bloqueo de tiempo hash (HTLC) y firmas digitales, que no entraremos en detalles a los fines de este artículo.

Esto permite agrupar miles de millones de pagos en dos transacciones en cadena: una para abrir el canal y otra para cerrarlo. Una vez que se completa un pago, es indiscutible cuál es el saldo más reciente entre todas las partes (suponiendo que los nodos almacenen de manera redundante sus puntos de control de canal).

De manera crítica, uno no necesita estar conectado directamente a otra parte para pagarles: otros nodos en la red pueden usar los canales para aumentar su accesibilidad. En otras palabras, si Alice está conectada con Bob y Bob está conectado con Caroline, Alice y Caroline pueden pagarse entre sí sin problemas a través de Bob.

Escalabilidad relámpago

Como demostraremos ahora, Lightning Network ya se escala para admitir 16,264 XNUMX transacciones por segundo hoy y, por lo tanto, resuelve el problema de escalabilidad al tiempo que conserva todos los beneficios que Bitcoin tiene para ofrecer: ausencia de permisos, escasez, soberanía del usuario, portabilidad, verificabilidad, descentralización y resistencia a la censura.

Para que un pago se abra paso a través de la red, normalmente tiene que pasar por varios canales de pago. Para responder cuántos pagos puede hacer la red en un segundo, necesitamos entender cuántos admite un canal promedio.

Las estadísticas muestran que el pago promedio pasa alrededor tres canales.

El números de referencia utilizaremos para este análisis tener capacidad de rendimiento por nodo, no por canal. Por lo tanto, asumiremos incorrectamente que cada nodo tiene solo un canal. Se dice que el nodo LND predeterminado puede realizar 33 pagos por segundo con una máquina decente (8 vCPU, 32 GB de memoria) según el punto de referencia.

Con 16,266 nodos en la red (a noviembre de 2022), asumiendo que cada pago debe pasar por tres canales (cuatro nodos), la red debería poder lograr alrededor de 134,194 pagos por segundo.

Es decir, cada pago tiene que pasar por un grupo de cuatro nodos, y hay 4,066 de estos grupos únicos en la red. Suponiendo que cada nodo puede hacer 33 pagos por segundo, multiplicamos 4,066 por 33 para llegar a 134,194 XNUMX.

Ahora, para ser realistas: no todos los nodos ejecutan una máquina como la del punto de referencia, muchos son simplemente corriendo en una Raspberry Pi. Afortunadamente, no se necesita mucho para poder vencer a los sistemas de pago actuales.

relámpago vs. Pagos Tradicionales

Es difícil encontrar números auténticos sobre la capacidad máxima de los sistemas de pago tradicionales, por lo que confiaremos en su tasa de pago promedio durante el año fiscal 2021. Compararemos eso con la capacidad teórica de Lightning, porque, por el contrario, obtener la tasa promedio de pagos en Lightning es imposible debido a su naturaleza privada, y tampoco revela la capacidad porque la demanda de pagos de Lightning aún es relativamente baja. Esta comparación nos dará una idea de cuántos pagos debe poder enrutar un nodo de iluminación para superar a las finanzas tradicionales.

Visa vio 165 mil millones de pagos en 2021, PayPal vio 19.3 millones de pagos en toda su plataforma y FedWire vio 204 millones de. Respectivamente, estos ascienden a 7,372, 612 y 6.5 pagos por segundo en promedio para 2021. Para poner en perspectiva, Bitcoin hizo 2.44 pagos por segundo en 2021 y escala hasta un máximo de siete por segundo.

Los números son prometedores: se necesita que cada nodo Lightning sea capaz de hacer solo cuatro pagos por segundo con el fin de vencer a las redes de pago actuales por al menos dos veces. A ese ritmo, 4,066 grupos únicos de cuatro nodos pueden lograr 16,264 2.2 pagos por segundo, XNUMX veces más que el competidor más grande, Visa.

Para empeorar las cosas para las redes de pago tradicionales, la tarifa de transacción promedio de Lightning es 13 veces menos la de Visa— 0.1% en comparación con 1.29%.

Vale la pena recordar que uno siempre puede continuar escalando Lightning Network creando nuevos nodos. Dado que es peer to peer, su escalabilidad es teóricamente ilimitada siempre que crezcan los nodos en la red.

Además, el punto de referencia antes mencionado de Bottlepay argumenta que no existen bloqueadores técnicos reales para que las implementaciones de nodos Lightning alcancen eventualmente los 1,000 pagos por segundo. En tal número, la red corriente el rendimiento estaría más cerca de los cuatro millones por segundo, sin mencionar lo que sería con un aumento en la cantidad de nodos.

Y, por último, vale la pena recordar que Lightning Network aún es un software muy inmaduro y tiene una buena cantidad de optimizaciones futuras por hacer, tanto en el protocolo como en sus implementaciones. Los recursos en términos de desarrolladores son la única limitación a corto plazo para aumentar la escalabilidad, que legítimamente ha quedado en segundo lugar después de asuntos más importantes como fiabilidad .

Para dar una idea del progreso allí, River Financial compartió recientemente que su tasa de éxito de pago es del 98.7% a un tamaño promedio de $46, que es sorprendentemente mejor que los primeros datos disponibles públicamente que pudo encontrar de 2018, donde las transacciones de $5 fallaban el 48% del tiempo.

Conclusión

En este artículo, expusimos todos los inconvenientes negativos de escalar la cadena de bloques de Bitcoin mediante el aumento del tamaño del bloque de la capa base, en particular, comprometiendo gravemente su descentralización y, en última instancia, no logrando su objetivo de alcanzar la inmensa escalabilidad necesaria para las demandas de una red de pagos global. tiene y seguirá teniendo cada vez más en el futuro.

Demostramos que Lightning Network, como una solución de segunda capa, resuelve de manera más elegante el problema de escalabilidad al preservar todos los beneficios de Bitcoin y al mismo tiempo escalarlo mucho más allá de lo que promete cualquier solución de capa base.

Esta es una publicación invitada de Stanislav Kozlovski. Las opiniones expresadas son totalmente propias y no reflejan necesariamente las de BTC Inc o Bitcoin Magazine.