Les données montrent que le réseau Lightning de Bitcoin a résolu le problème d'évolutivité

Ceci est un éditorial d'opinion de Stanislav Kozlovski, ingénieur en logiciel et chercheur en macroéconomie.

De nombreux Bitcoiners ont entendu parler du "manque d'évolutivité" de Bitcoin - c'est l'une des critiques les plus courantes formulées contre le projet par les concurrents gloutons de la crypto-monnaie et les acteurs de l'établissement en place.

Certains anciens se souviendront peut-être des guerres de blocs chauffées et controversées de 2015 à 2017 qui, aidées par des initiés de l'industrie, visaient le plus superficiellement à faire évoluer Bitcoin vers plus de transactions en augmentant la taille maximale des blocs et, ce faisant, presque créer un précédent et changé de Bitcoin cours futur pour toujours.

Ces deux questions se révéleront finalement être laissées du mauvais côté de l'histoire. Dans cet article, nous allons montrer comment le Lightning Network résout les problèmes d'évolutivité de Bitcoin et prouve sans aucun doute que la décision du petit bloc était finalement la bonne.

Limitations et choix de la couche de base

Avant de comprendre ce que le Lightning Network résout, nous devons d'abord comprendre quel est le problème inhérent. En termes simples : vous ne pouvez pas mettre à l'échelle une blockchain pour valider les transactions du monde entier de manière décentralisée.

Les blockchains souffrent d'une limitation inhérente qui les oblige à arbitrer entre trois qualités : une qualité de leur système doit prévaloir sur les deux autres. Comme illustré ci-dessus, une blockchain ne peut avoir de manière fiable que deux de ces trois qualités :

• Décentralisé : non contrôlé par un parti unique ou un petit nombre d'élites
• Évolutif : évolutif jusqu'à un nombre suffisant de transactions
• Sécurisé : ne pas être facile à attaquer et casser ses invariants

Il convient de noter que toutes ces caractéristiques se situent sur des spectres distincts et complexes. Par exemple, vous ne devenez pas "sécurisé" au-delà d'un certain seuil, c'est très dépendant sur le cas d'utilisation et de nombreuses caractéristiques différentes.

Bitcoin est lent pour une raison. Il a explicitement choisi d'optimiser les sections "sécurité" et "décentralisation" du trilemme, laissant "l'évolutivité" (transactions par seconde) de côté.

La réalisation clé est que, tout comme le système Internet et financier d'aujourd'hui, il est plus optimal de comprendre l'ensemble du système de couches séparées, où chaque couche optimise et est utilisée pour différentes choses.

Bitcoin, la couche de base, est un grand livre public répliqué à l'échelle mondiale - chaque transaction est diffusée à chaque participant du réseau. Il est évident que l'on ne peut pratiquement pas mettre à l'échelle un tel grand livre pour s'adapter au taux de transaction croissant dans le monde entier. En plus d'être peu pratique et préjudiciable à la vie privée, ses inconvénients l'emportent largement sur ses avantages insignifiants.

À l'époque, il y avait une guerre civile majeure entre la communauté en ligne sur ce que Bitcoin devrait faire pour augmenter sa capacité de débit de transactions. Il y a controverse majeure et exaspérante dans cette histoire et est en grande partie ce qui a façonné Bitcoin pour qu'il reste ce qu'il est aujourd'hui - un mouvement ascendant de base où les gens moyens (plèbes), en agrégat les unes avec les autres, dictent les règles du réseau.

"La guerre des blocs" de Jonathan Bier illustre la bataille entre les partisans du réseau décentralisé qui veulent ce qu'il y a de mieux pour la viabilité à long terme du réseau et la cupidité et la propagande perpétuées par les principaux acteurs et entreprises pour faire avancer leurs propres programmes de gain de pouvoir et de recherche de profit.

Pour faire court, Bitcoin a été forké dans un fork défaillant nommé «Bitcoin Cash».

Le petit gars a finalement gagné — Bitcoin ne s'est pas précipité sur de mauvais choix de conception qui viendraient compromettre sa décentralisation, sa sécurité ou résistance à la censure. La décision a été effectivement prise de faire évoluer Bitcoin à travers des couches, en introduisant des secondes couches qui fonctionnent séparément de Bitcoin et contrôlent leur état sur le réseau principal, plus lent mais plus sécurisé.

À l'opposé, le fork Bitcoin Cash, manifestement infructueux, a sacrifié tous les espoirs de décentralisation en augmentant la taille de son bloc à Mégaoctets 32, 32 fois plus que Bitcoin, pour un simple maximum de 50 paiements par seconde sur la chaîne de base.

Taille de bloc

Chaque bloc Bitcoin a un plafond sur sa taille, ce qui indique la limite supérieure du nombre de transactions pouvant exister à l'intérieur d'un bloc. Si la demande augmente pour dépasser le nombre de transactions qu'un bloc peut avoir, le bloc devient plein et les transactions restent non confirmées dans le mempool. Les utilisateurs commencent à surenchérir via les frais de transaction ajustables afin que leur transaction soit incluse par les mineurs, qui sont incités à choisir les transactions les plus rémunératrices.

Une solution naïve à cela serait simplement d'augmenter la limite de taille de bloc, c'est-à-dire d'autoriser l'inclusion de plus de transactions dans un bloc. Les effets secondaires négatifs de cela sont suffisamment subtils pour que même les intellectuels comme Elon Musk fait l'erreur de le suggérer.

L'augmentation de la taille des blocs a des effets de second ordre qui diminuent la décentralisation du réseau. À mesure que la taille du bloc augmente, le coût d'exécution d'un nœud dans le réseau augmente.

Dans Bitcoin, chaque nœud doit stocker et valider chaque transaction. De plus, ladite transaction doit être propagée aux pairs du nœud, ce qui multiplie les besoins en bande passante du réseau pour prendre en charge davantage de transactions. Plus il y a de transactions, plus les exigences de traitement (CPU) et de stockage (disque) du réseau augmentent pour chaque nœud. Étant donné que l'exploitation d'un nœud ne rapporte aucun avantage financier, l'incitation à en exploiter un diminue de manière disproportionnée, plus il est coûteux.

Pour le mettre en chiffres, si Bitcoin doit évoluer jusqu'aux prétendus niveaux de capacité de pointe de Visa (Transactions 24,000 par seconde) un nœud aurait besoin de 48 mégaoctets par seconde juste pour recevoir les transactions sur le réseau. Voici une carte montrant la vitesse Internet moyenne dans le monde :

Comme vous pouvez le voir, une grande partie de la vitesse moyenne mondiale les exclurait de la possibilité d'exécuter un nœud dans ces conditions. Notez que la vitesse moyenne implique que beaucoup sont même inférieurs audit seuil. De plus, cela ne tient pas compte du fait qu'un utilisateur aurait d'autres utilisations de sa bande passante - peu de personnes désintéressées consacreraient 50% de leur bande passante Internet à un nœud Bitcoin.

Plus important encore, la quantité de données que cela générerait rendrait pratiquement impossible pour quiconque de les stocker – cela se traduirait par 518 gigaoctets de données par jour, soit 190 téraoctets de données par an.

De plus, faire tourner un nouveau nœud nécessiterait de télécharger tous ces pétaoctets de données et de vérifier chaque signature, ce qui ferait en sorte qu'un nouveau nœud mettrait beaucoup de temps (des années) à tourner.

Et pour aggraver les choses, 24,000 XNUMX transactions par seconde ne constituent pas un réseau de paiement mondial vraiment unique en soi. Visa n'est pas le seul réseau de paiement au monde, et le monde devient de plus en plus interconnecté chaque jour.

Réseau éclair 101

Le Lightning Network est un réseau séparé de deuxième couche qui fonctionne au-dessus du réseau Bitcoin principal. En termes simples, il regroupe les transactions Bitcoin.

Pour y accéder, vous devez exécuter votre propre nœud ou utiliser celui de quelqu'un d'autre. Le réseau a deux concepts qui méritent d'être compris aux fins ici :

• A Nœud éclair: logiciels distincts qui communiquent entre eux et constituent un nouveau réseau peer-to-peer.
• Canaux: une connexion ouverte entre deux Nœuds Lightning, permettant aux paiements de circuler entre eux.

Un canal est littéralement une transaction de couche de base Bitcoin, ancrant le canal à la chaîne sécurisée.

Une fois que deux nœuds ouvrent un canal entre eux, les paiements commencent à circuler entre eux. Chaque paiement ultérieur modifie l'état du canal, en révoquant cryptographiquement l'ancien et en pointant le nouveau en mémoire et sur le disque des deux nœuds, mais surtout, pas à la chaîne de base.

Les chaînes peuvent et, à mon avis, devraient idéalement rester ouvertes pendant une longue période (par exemple, un an ou plus). Si les nœuds décident un jour de fermer leur canal, leur dernier solde après tous les paiements hors chaîne est restauré dans leurs portefeuilles d'origine. Ceci est cryptographiquement sécurisé par des contrats hashed timelocked (HTLC) et des signatures numériques, que nous n'entrerons pas dans les détails pour les besoins de cet article.

Cela permet de regrouper des milliards de paiements en deux transactions en chaîne – une pour ouvrir le canal et une pour le fermer. Une fois qu'un paiement est terminé, il est incontestable quel est le dernier solde entre toutes les parties (en supposant que les nœuds stockent de manière redondante leurs points de contrôle de canal).

Surtout, il n'est pas nécessaire d'être directement connecté à une autre partie pour les payer - les canaux peuvent être utilisés par d'autres nœuds du réseau afin d'augmenter leur accessibilité. En d'autres termes, si Alice est connectée à Bob et que Bob est connecté à Caroline, Alice et Caroline peuvent se payer de manière transparente via Bob.

Évolutivité éclair

Comme nous allons maintenant le prouver, le Lightning Network évolue déjà pour prendre en charge 16,264 XNUMX transactions par seconde aujourd'hui et résout donc le problème d'évolutivité tout en préservant tous les avantages que Bitcoin a à offrir - absence d'autorisation, rareté, souveraineté de l'utilisateur, portabilité, vérifiabilité, décentralisation et résistance à la censure.

Pour qu'un paiement transite par le réseau, il doit généralement passer par plusieurs canaux de paiement. Pour répondre au nombre de paiements que le réseau peut effectuer en une seconde, nous devons comprendre combien un canal moyen prend en charge.

Les statistiques montrent que le paiement moyen passe par environ trois canaux.

La numéros de référence nous utiliserons pour cette analyse une capacité de débit par nœud, et non par canal. Par conséquent, nous supposerons à tort que chaque nœud n'a qu'un seul canal. Le nœud LND par défaut serait capable d'effectuer 33 paiements par seconde avec une machine décente (8 vCPU, 32 Go de mémoire) selon le benchmark.

Avec 16,266 XNUMX nœuds dans le réseau (en novembre 2022), en supposant que chaque paiement doit passer par trois canaux (quatre nœuds), le réseau devrait être en mesure d'effectuer environ 134,194 XNUMX paiements par seconde.

Autrement dit, chaque paiement doit passer par un groupe de quatre nœuds, et il existe 4,066 33 groupes uniques de ce type dans le réseau. En supposant que chaque nœud peut effectuer 4,066 paiements par seconde, nous multiplions 33 134,194 par XNUMX pour atteindre XNUMX XNUMX.

Maintenant, pour être réaliste : tous les nœuds n'exécutent pas une machine comme celle du benchmark ; beaucoup le sont simplement courir sur un Raspberry Pi. Heureusement, il ne faut pas grand-chose pour pouvoir battre les systèmes de paiement actuels.

Foudre Vs. Paiements traditionnels

Il est difficile de trouver des chiffres authentiques sur la capacité de pointe des systèmes de paiement traditionnels, nous nous appuierons donc sur leur taux de paiement moyen tout au long de l'exercice 2021. Nous comparerons cela à la capacité théorique de Lightning, car à l'inverse, obtenir le taux moyen de paiements dans Lightning est impossible en raison de sa nature privée, et n'est pas non plus révélateur de capacité car la demande de paiements Lightning est encore relativement faible. Cette comparaison nous donnera une idée du nombre de paiements qu'un nœud d'éclairage doit être capable d'acheminer afin de surpasser la finance traditionnelle.

Scie Visa 165 milliards de paiements en 2021, PayPal a vu 19.3 milliards de paiements sur l'ensemble de sa plate-forme et FedWire a vu 204 millions. Respectivement, ceux-ci s'élèvent à 7,372 612, 6.5 et 2021 paiements par seconde en moyenne pour XNUMX. Pour relativiser, Bitcoin a fait 2.44 paiements par seconde en 2021 et évolue jusqu'à un maximum de sept par seconde.

Les chiffres sont prometteurs - il faut que chaque nœud Lightning soit capable de faire juste quatre paiements par seconde afin de battre au moins deux fois les réseaux de paiement actuels. À ce rythme, 4,066 16,264 groupes uniques à quatre nœuds peuvent réaliser 2.2 XNUMX paiements par seconde, soit XNUMX fois celui du plus grand concurrent, Visa.

Pour aggraver les choses pour les réseaux de paiement traditionnels, les frais de transaction Lightning moyens sont 13 fois moins celle de Visa — 0.1% par rapport à 1.29%.

Il convient de rappeler que l'on peut toujours continuer à faire évoluer le Lightning Network en créant de nouveaux nœuds. Puisqu'il est peer to peer, son évolutivité est théoriquement illimitée tant que les nœuds du réseau se développent.

De plus, la référence susmentionnée de Bottlepay montre qu'il n'y a pas de véritables bloqueurs techniques pour que les implémentations de nœuds Lightning atteignent éventuellement 1,000 XNUMX paiements par seconde. A un tel nombre, le réseau actuel le débit serait plus proche de quatre millions par seconde, sans parler de ce qu'il serait avec une augmentation du nombre de nœuds.

Et enfin, il convient de rappeler que le Lightning Network est encore un logiciel très immature et qu'il a encore beaucoup d'optimisations futures à faire, tant dans le protocole que dans ses implémentations. Les ressources en termes de développeurs sont la seule contrainte à court terme à l'augmentation de l'évolutivité, qui vient à juste titre après des questions plus importantes telles que fiabilité.

Pour donner une idée des progrès réalisés, River Financial a récemment partagé que son taux de réussite de paiement est de 98.7 % pour une taille moyenne de 46 $, ce qui est étonnamment meilleur que les premières données accessibles au public qu'il a pu trouver à partir de 2018, où les transactions de 5 $ échouaient 48 % du temps.

Conclusion

Dans cet article, nous avons exposé tous les inconvénients négatifs de la mise à l'échelle de la blockchain Bitcoin en augmentant la taille des blocs de la couche de base, compromettant notamment gravement sa décentralisation et, finalement, échouant à atteindre son objectif d'atteindre l'immense évolutivité nécessaire aux exigences d'un réseau mondial de paiements. a et continuera d'avoir de plus en plus à l'avenir.

Nous avons montré que le Lightning Network, en tant que solution de deuxième couche, résout le plus élégamment le problème d'évolutivité en préservant tous les avantages de Bitcoin tout en le faisant évoluer bien au-delà de ce que promettent les solutions de couche de base.

Ceci est un article invité de Stanislav Kozlovski. Les opinions exprimées sont entièrement les leurs et ne reflètent pas nécessairement celles de BTC Inc ou de Bitcoin Magazine.