I dati mostrano che la rete Lightning di Bitcoin ha risolto il problema della scalabilità

Questo è un editoriale di opinione di Stanislav Kozlovski, ingegnere del software e ricercatore macroeconomico.

Molti utenti di Bitcoin hanno sentito parlare della "mancanza di scalabilità" di Bitcoin: è una delle critiche più comuni mosse contro il progetto sia dai golosi concorrenti delle criptovalute che dagli attori storici dell'establishment.

Alcuni veterani potrebbero ricordare le accese e controverse Blocksize Wars del 2015-2017 che, aiutate da addetti ai lavori del settore, miravano molto superficialmente a far sì che Bitcoin si adattasse a più transazioni aumentando la dimensione massima del blocco e, così facendo, ha quasi stabilito un precedente e cambiato Bitcoin corso futuro per sempre.

Entrambi questi problemi alla fine si riveleranno lasciati dalla parte sbagliata della storia. In questo pezzo, mostreremo come il Lightning Network risolve i problemi di scalabilità di Bitcoin e senza dubbio dimostrerà che la decisione del blocco piccolo era alla fine quella giusta.

Limiti e scelte dello strato di base

Prima di capire cosa sta risolvendo il Lightning Network, dovremmo prima capire qual è il problema intrinseco. In poche parole: non è possibile ridimensionare una blockchain per convalidare le transazioni dell'intero mondo in modo decentralizzato.

Le blockchain soffrono di una limitazione intrinseca che le costringe a scendere a compromessi tra tre qualità: una qualità del loro sistema deve andare per le altre due. Come illustrato sopra, una blockchain può avere in modo affidabile solo due di queste tre qualità:

• Decentralizzato: non controllato da un singolo partito o da un piccolo numero di élite
• Scalabile: scala a un numero sufficiente di transazioni
• Sicuro: non essere facile da attaccare e rompere i suoi invarianti

Vale la pena notare che tutte queste caratteristiche si trovano su spettri separati e complessi. Ad esempio, non si diventa “sicuri” oltre una certa soglia, è molto dipendente sul caso d'uso e molte caratteristiche diverse.

Bitcoin è lento per un motivo. Ha scelto esplicitamente di ottimizzare le sezioni "sicurezza" e "decentralizzazione" del trilemma, lasciando da parte la "scalabilità" (transazioni al secondo).

La realizzazione chiave è che, proprio come Internet e il sistema finanziario di oggi, è più ottimale comprendere l'intero sistema di livelli separati, in cui ogni livello si ottimizza e viene utilizzato per cose diverse.

Bitcoin, il livello base, è un libro mastro pubblico replicato a livello globale: ogni transazione viene trasmessa a tutti i partecipanti alla rete. È evidente che non si può praticamente ridimensionare un tale libro mastro per adattarsi al crescente tasso di transazioni del mondo intero. Oltre ad essere poco pratico e dannoso per la privacy, i suoi svantaggi superano di gran lunga i suoi vantaggi insignificanti.

In passato, c'è stata una grande guerra civile tra la comunità online su ciò che Bitcoin avrebbe dovuto fare per aumentare la sua capacità di throughput delle transazioni. C'è grande, esasperante polemica in questa storia ed è in gran parte ciò che ha plasmato Bitcoin per rimanere quello che è oggi: un movimento di base, dal basso verso l'alto dove la gente media (plebe), in aggregazione tra loro, dettano le regole della rete.

"La guerra dei blocchi” di Jonathan Bier illustra la battaglia tra i sostenitori della rete decentralizzata che vogliono ciò che è meglio per la fattibilità a lungo termine della rete e l'avidità e la propaganda perpetuate dai principali attori e società per promuovere i propri programmi di guadagno di potere e ricerca di profitto.

Per farla breve, Bitcoin è stato biforcato in un fork fallito chiamato "Bitcoin Cash".

Il ragazzino alla fine ha vinto: Bitcoin non ha affrettato nessuna cattiva scelta di design che sarebbe arrivata a comprometterne il decentramento, la sicurezza o resistenza alla censura. È stata effettivamente presa la decisione di ridimensionare Bitcoin attraverso i livelli, introducendo secondi livelli che funzionano separatamente da Bitcoin e controllano il loro stato sulla rete principale, più lenta ma più sicura.

In netto contrasto, il fork evidentemente fallito di Bitcoin Cash ha sacrificato tutte le speranze di decentralizzazione aumentando la dimensione del blocco a 32 megabyte, 32 volte più di Bitcoin, per un massimo massimo di 50 pagamenti al secondo sulla catena di base.

Misura del blocco

Ogni blocco Bitcoin ha un limite sulla sua dimensione e questo denota il limite superiore su quante transazioni possono esistere all'interno di un blocco. Se la domanda cresce fino a superare la quantità di transazioni che un blocco può avere, il blocco si riempie e le transazioni rimangono non confermate nel MemPool. Gli utenti iniziano a superarsi a vicenda tramite la commissione di transazione regolabile in modo che la loro transazione sia inclusa dai minatori, che sono incentivati ​​a scegliere le transazioni più remunerative.

Una soluzione ingenua a questo sarebbe semplicemente aumentare il limite della dimensione del blocco, ovvero consentire l'inclusione di più transazioni in un blocco. Gli effetti collaterali negativi di questo sono abbastanza sottili che persino gli intellettuali come Elon Musk commette l'errore di suggerirlo.

L'aumento della dimensione del blocco ha effetti di secondo ordine che riducono il decentramento della rete. All'aumentare della dimensione del blocco, aumenta il costo per eseguire un nodo nella rete.

In Bitcoin, ogni nodo deve archiviare e convalidare ogni transazione. Inoltre, detta transazione deve essere propagata ai peer del nodo, il che moltiplica i requisiti di larghezza di banda della rete per supportare più transazioni. Maggiore è il numero di transazioni, maggiore è l'aumento dei requisiti di elaborazione (CPU) e archiviazione (disco) della rete per ogni nodo. Poiché l'esecuzione di un nodo non produce vantaggi finanziari, l'incentivo a eseguirne uno diminuisce in modo sproporzionato quanto più è costoso.

Per dirla in numeri, se Bitcoin dovesse mai scalare ai presunti livelli di capacità di picco di Visa (Transazioni 24,000 al secondo) un nodo avrebbe bisogno di 48 megabyte al secondo solo per ricevere le transazioni sulla rete. Quella che segue è una mappa che mostra la velocità media di Internet nel mondo:

Come puoi vedere, una parte enorme della velocità media mondiale li escluderebbe dalla possibilità di eseguire un nodo in queste condizioni. Si noti che la velocità media implica che molti siano anche inferiori a detta soglia. Inoltre, non tiene conto del fatto che un utente avrebbe altri usi per la propria larghezza di banda: poche persone altruiste dedicherebbero il 50% della propria larghezza di banda Internet per un nodo Bitcoin.

Ancora più importante, la quantità di dati che ciò genererebbe renderebbe impossibile per chiunque archiviarli praticamente: si tradurrebbe in 518 gigabyte di dati al giorno o 190 terabyte di dati all'anno.

Inoltre, l'avvio di un nuovo nodo richiederebbe il download di tutti questi petabyte di dati e la verifica di ogni firma, il che farebbe sì che un nuovo nodo impiegherebbe molto tempo (anni) per l'avvio.

E a peggiorare le cose, 24,000 transazioni al secondo non costituiscono di per sé una rete di pagamenti globale veramente unica. Visa non è l'unica rete di pagamenti al mondo e il mondo diventa ogni giorno più interconnesso.

Rete di fulmini 101

La rete di fulmini è a rete separata di secondo livello che funziona in cima alla rete principale di Bitcoin. Detto semplicemente, raggruppa le transazioni Bitcoin.

Per accedervi, devi eseguire il tuo nodo o utilizzare quello di qualcun altro. La rete ha due concetti che vale la pena comprendere per gli scopi qui:

• A Nodo fulmineo: software separati che comunicano tra loro e costituiscono una nuova rete peer-to-peer.
• Canali: una connessione aperta tra due Nodi fulminei, consentendo il flusso dei pagamenti tra di loro.

Un canale è letteralmente una transazione di livello base Bitcoin, che ancora il canale alla catena sicura.

Una volta che due nodi aprono un canale tra loro, i pagamenti iniziano a fluire tra di loro. Ogni successivo pagamento modifica lo stato del canale, revocando crittograficamente quello vecchio e controllando quello nuovo in memoria e su disco di entrambi i nodi, ma criticamente, non alla base chain.

I canali possono e, secondo me, idealmente dovrebbero rimanere aperti per molto tempo (ad esempio, un anno o più). Se i nodi decidono di chiudere il loro canale, il loro ultimo saldo dopo tutti i pagamenti off-chain viene ripristinato nei loro portafogli originali. Questo è crittograficamente protetto da contratti hash timelocked (HTLC) e firme digitali, che non entreremo nei dettagli ai fini di questo articolo.

Ciò consente di raggruppare miliardi di pagamenti in due transazioni on-chain: una per aprire il canale e una per chiuderlo. Una volta completato un pagamento, è indiscutibile quale sia l'ultimo saldo tra tutte le parti (supponendo che i nodi memorizzino in modo ridondante i loro punti di controllo del canale).

Fondamentalmente, non è necessario essere direttamente collegati a un'altra parte per pagarli: i canali possono essere utilizzati da altri nodi della rete per aumentare la loro raggiungibilità. In altre parole, se Alice è connessa a Bob e Bob è connesso a Caroline, Alice e Caroline possono pagarsi senza problemi tramite Bob.

Scalabilità fulminea

Come ora dimostreremo, il Lightning Network si ridimensiona già oggi per supportare 16,264 transazioni al secondo e quindi risolve il problema della scalabilità preservando tutti i vantaggi che Bitcoin ha da offrire: mancanza di autorizzazione, scarsità, sovranità dell'utente, portabilità, verificabilità, decentralizzazione e resistenza alla censura.

Affinché un pagamento si faccia strada attraverso la rete, in genere deve passare attraverso più canali di pagamento. Per rispondere a quanti pagamenti può effettuare la rete in un secondo, dobbiamo capire quanti ne supporta un canale medio.

Le statistiche mostrano che il pagamento medio va in giro tre canali.

I numeri di riferimento useremo per questa analisi avere capacità di throughput per nodo, non per canale. Pertanto, assumeremo erroneamente che ogni nodo abbia un solo canale. Si dice che il nodo LND predefinito sia in grado di effettuare 33 pagamenti al secondo con una macchina decente (8 vCPU, 32 GB di memoria) secondo il benchmark.

Con 16,266 nodi nella rete (a novembre 2022), supponendo che ogni pagamento debba passare attraverso tre canali (quattro nodi), la rete dovrebbe essere in grado di raggiungere circa 134,194 pagamenti al secondo.

Cioè, ogni pagamento deve passare attraverso un gruppo di quattro nodi e ci sono 4,066 di questi gruppi univoci nella rete. Supponendo che ogni nodo possa effettuare 33 pagamenti al secondo, moltiplichiamo 4,066 per 33 per raggiungere 134,194.

Ora, per essere realistici: non tutti i nodi eseguono una macchina come quella nel benchmark, molti lo sono semplicemente correndo su un Raspberry Pi. Per fortuna, non ci vuole molto per essere in grado di battere gli attuali sistemi di pagamento.

Fulmine vs. Pagamenti tradizionali

Trovare numeri autentici sulla capacità di picco dei sistemi di pagamento tradizionali è difficile, quindi faremo affidamento sul loro tasso di pagamento medio durante l'anno finanziario 2021. Lo confronteremo con la capacità teorica di Lightning, perché al contrario, ottenere la tariffa media dei pagamenti in Lightning è impossibile a causa della sua natura privata, e inoltre non è rivelatore di capacità perché la domanda di pagamenti Lightning è ancora relativamente bassa. Questo confronto ci darà un'idea di quanti pagamenti un nodo di illuminazione deve essere in grado di instradare per superare la concorrenza della finanza tradizionale.

visto visto 165 miliardi di pagamenti nel 2021, PayPal ha visto 19.3 miliardi di pagamenti su tutta la sua piattaforma e sega FedWire 204 milioni. Rispettivamente, questi ammontano a 7,372, 612 e 6.5 pagamenti al secondo in media per il 2021. Per mettere in prospettiva, Bitcoin ha fatto 2.44 pagamenti al secondo nel 2021 e scala fino a un massimo di sette al secondo.

I numeri sono promettenti: ogni nodo Lightning deve essere in grado di farlo quattro pagamenti al secondo per battere di almeno due volte le attuali reti di pagamento. A quel ritmo, 4,066 gruppi unici a quattro nodi possono ottenere 16,264 pagamenti al secondo, 2.2 volte quello del più grande concorrente, Visa.

A peggiorare le cose per le reti di pagamento tradizionali, la commissione media di transazione Lightning è 13 volte in meno quella di Visa — 0.1% rispetto a 1.29%.

Vale la pena ricordare che si potrebbe sempre continuare a scalare la rete Lightning creando nuovi nodi. Poiché è peer to peer, la sua scalabilità è teoricamente illimitata finché i nodi della rete crescono.

Inoltre, il suddetto benchmark di Bottlepay dimostra che non ci sono veri e propri blocchi tecnici per le implementazioni del nodo Lightning per raggiungere alla fine 1,000 pagamenti al secondo. A un tale numero, la rete è corrente il throughput sarebbe più vicino a quattro milioni al secondo, per non parlare di quello che sarebbe con un aumento del numero di nodi.

E infine, vale la pena ricordare che Lightning Network è ancora un software molto immaturo e ha una discreta quantità di ottimizzazioni future da fare, sia nel protocollo che nelle sue implementazioni. Le risorse in termini di sviluppatori sono l'unico vincolo a breve termine per aumentare la scalabilità, che giustamente è arrivata seconda a questioni più importanti come problemi di.

Per dare un'idea del progresso lì, River Financial recentemente condiviso che il suo tasso di successo del pagamento è del 98.7% a una dimensione media di $ 46, che è sorprendentemente migliore di i primi dati pubblicamente disponibili che potrebbe trovare dal 2018, dove le transazioni da $ 5 fallivano il 48% delle volte.

Conclusione

In questo pezzo, abbiamo esposto tutti gli svantaggi negativi del ridimensionamento della blockchain Bitcoin attraverso l'aumento della dimensione del blocco del livello di base, in particolare compromettendo gravemente il suo decentramento e alla fine non riuscendo a raggiungere il suo obiettivo di raggiungere l'immensa scalabilità necessaria per le esigenze di una rete di pagamenti globale ha e continuerà ad avere sempre più in futuro.

Abbiamo dimostrato che Lightning Network, come soluzione di secondo livello, risolve in modo più elegante il problema della scalabilità preservando tutti i vantaggi di Bitcoin e allo stesso tempo ridimensionandolo ben oltre ciò che promette qualsiasi soluzione di livello base.

Questo è un guest post di Stanislav Kozlovski. Le opinioni espresse sono interamente proprie e non riflettono necessariamente quelle di BTC Inc o Bitcoin Magazine.