Gegevens tonen aan dat het Lightning Network van Bitcoin het schaalbaarheidsprobleem heeft opgelost

Dit is een opinieredactioneel commentaar van Stanislav Kozlovski, een software-engineer en macro-economisch onderzoeker.

Veel Bitcoiners hebben gehoord van het "gebrek aan schaalbaarheid" van Bitcoin - het is een van de meest voorkomende kritieken tegen het project door zowel vraatzuchtige cryptocurrency-concurrenten als gevestigde gevestigde actoren.

Sommige oldtimers herinneren zich misschien de verhitte, controversiële Blocksize-oorlogen van 2015 tot 2017 die, geholpen door insiders uit de industrie, zeer oppervlakkig gericht waren om Bitcoin op te schalen naar meer transacties door de maximale blokgrootte te vergroten en daarmee bijna een precedent te scheppen en de bitcoin veranderd toekomstige cursus voor altijd.

Beide kwesties zullen uiteindelijk aan de verkeerde kant van de geschiedenis blijken te staan. In dit stuk gaan we laten zien hoe het Lightning Network de schaalbaarheidsproblemen van Bitcoin aanpakt en ongetwijfeld bewijst dat de small-block beslissing uiteindelijk de juiste was.

Basislaagbeperkingen en keuzes

Voordat we begrijpen wat het Lightning Network aan het oplossen is, moeten we eerst begrijpen wat het inherente probleem is. Simpel gezegd: je kunt een blockchain niet schalen om de transacties van de hele wereld op een gedecentraliseerde manier te valideren.

Blockchains lijden aan een inherente beperking die hen dwingt een afweging te maken tussen drie kwaliteiten: de ene kwaliteit van hun systeem moet voor de andere twee gaan. Zoals hierboven afgebeeld, kan een blockchain slechts twee van deze drie eigenschappen betrouwbaar hebben:

• Gedecentraliseerd: niet gecontroleerd door een enkele partij of een klein aantal elites
• Schaalbaar: schaalbaar naar voldoende aantal transacties
• Veilig: niet gemakkelijk aan te vallen en zijn invarianten te breken

Het is vermeldenswaard dat al deze kenmerken op afzonderlijke, complexe spectrums zitten. Over een bepaalde drempel word je bijvoorbeeld niet 'zeker', het is erg afhankelijk op de use case en veel verschillende kenmerken.

Bitcoin is niet voor niets traag. Het koos er expliciet voor om de secties "beveiliging" en "decentralisatie" van het trilemma te optimaliseren, waarbij "schaalbaarheid" (transacties per seconde) aan de zijlijn bleef.

De belangrijkste realisatie is dat het, net als het huidige internet- en financiële systeem, meer optimaal is om het hele systeem van afzonderlijke lagen te omvatten, waarbij elke laag optimaliseert voor en wordt gebruikt voor verschillende dingen.

Bitcoin, de basislaag, is een wereldwijd gerepliceerd grootboek — elke transactie wordt naar elke deelnemer aan het netwerk verzonden. Het is duidelijk dat men zo'n grootboek praktisch niet kan schalen om de groeiende transactiesnelheid van de hele wereld op te vangen. Afgezien van het feit dat het onpraktisch is en de privacy schaadt, wegen de nadelen veel zwaarder dan de onbeduidende voordelen.

Vroeger was er een grote burgeroorlog tussen de online gemeenschap over wat Bitcoin zou moeten doen om de doorvoercapaciteit van transacties te vergroten. Er bestaat grote, woedende controverse in dit verhaal en is voor een groot deel wat Bitcoin heeft gevormd om te blijven wat het nu is - een grassroots, bottom-up beweging waar de gemiddelde mensen (plebs) bepalen samen met elkaar de regels van het netwerk.

"De Blocksize-oorlog” door Jonathan Bier illustreert de strijd tussen de aanhangers van het gedecentraliseerde netwerk die het beste willen voor de levensvatbaarheid van het netwerk op de lange termijn en de hebzucht en propaganda die door grote spelers en bedrijven wordt bestendigd om hun eigen machtsverhogende en winstzoekende agenda's te bevorderen.

Om een ​​lang verhaal kort te maken, Bitcoin werd gesplitst in een mislukte fork genaamd "Bitcoin Cash".

De kleine man won uiteindelijk - Bitcoin haastte zich niet met slechte ontwerpkeuzes die de decentralisatie, veiligheid of censuurbestendigheid. De beslissing werd effectief genomen om Bitcoin door lagen te schalen, waarbij tweede lagen werden geïntroduceerd die afzonderlijk van Bitcoin werken en hun status controleren op het belangrijkste, langzamere maar veiligere netwerk.

In schril contrast hiermee offerde de duidelijk mislukte fork Bitcoin Cash alle hoop op decentralisatie op door de blokgrootte te vergroten tot 32 megabytes, 32 keer meer dan Bitcoin, voor een maximum van 50 betalingen per seconde op de basisketen.

Blokgrootte

Elk Bitcoin-blok heeft een limiet voor zijn grootte en dit geeft de bovengrens aan van het aantal transacties dat binnen een blok kan bestaan. Als de vraag groter wordt dan het aantal transacties dat een blok kan hebben, raakt het blok vol en blijven transacties onbevestigd in de mempool. Gebruikers beginnen elkaar te overbieden via de instelbare transactiekosten om hun transactie te laten opnemen door de mijnwerkers, die worden gestimuleerd om de best betalende transacties te kiezen.

Een naïeve oplossing hiervoor zou zijn om simpelweg de limiet voor de blokgrootte te verhogen, dat wil zeggen dat er meer transacties in een blok kunnen worden opgenomen. De negatieve bijwerkingen hiervan zijn subtiel genoeg dat zelfs intellectuelen zoals Elon Musk de fout maken ervan te suggereren.

Het vergroten van de blokgrootte heeft tweede-orde-effecten die de decentralisatie van het netwerk verminderen. Naarmate de blokgrootte toeneemt, nemen de kosten om een ​​knooppunt in het netwerk te laten draaien toe.

In Bitcoin moet elk knooppunt elke transactie opslaan en valideren. Verder moet de transactie worden doorgegeven aan de peers van het knooppunt, wat de bandbreedtevereisten van het netwerk vermenigvuldigt om meer transacties te ondersteunen. Hoe meer transacties, hoe groter de vereisten voor verwerking (CPU) en opslag (schijf) van het netwerk voor elk knooppunt. Omdat het runnen van een node geen financiële voordelen oplevert, neemt de prikkel om er een te runnen onevenredig af naarmate het duurder is.

Om het in cijfers uit te drukken, als Bitcoin ooit opschaalt naar Visa's vermeende piekcapaciteitsniveaus (24,000 transacties per seconde) een node zou 48 megabytes per seconde nodig hebben alleen om de transacties via het netwerk te ontvangen. Het volgende is een kaart met de gemiddelde internetsnelheid in de wereld:

Zoals je kunt zien, zou een enorm deel van de gemiddelde snelheid ter wereld hen uitsluiten van de mogelijkheid om onder deze omstandigheden een node te laten werken. Merk op dat de gemiddelde snelheid impliceert dat velen zelfs lager zijn dan de genoemde drempel. Bovendien houdt het geen rekening met het feit dat een gebruiker zijn bandbreedte op andere manieren zou gebruiken - weinig onbaatzuchtige mensen zouden 50% van hun internetbandbreedte besteden aan een Bitcoin-knooppunt.

Wat nog belangrijker is, de hoeveelheid gegevens die dit zou genereren, zou het voor iedereen onmogelijk maken om het praktisch op te slaan - het zou resulteren in 518 gigabyte aan gegevens per dag, of 190 terabyte aan gegevens per jaar.

Verder zou het draaien van een nieuw knooppunt vereisen dat men al deze petabytes aan gegevens downloadt en elke handtekening verifieert - beide zouden ervoor zorgen dat een nieuw knooppunt lang (jaren) zou duren om te draaien.

En om het nog erger te maken: 24,000 transacties per seconde vormen op zich nog geen echt uniek wereldwijd betalingsnetwerk. Visa is niet het enige betalingsnetwerk ter wereld en de wereld wordt elke dag meer onderling verbonden.

Bliksemnetwerk 101

Het Lightning Network is een apart tweedelaags netwerk dat werkt bovenop het belangrijkste Bitcoin-netwerk. Simpel gezegd, het verzamelt Bitcoin-transacties in batches.

Om er toegang toe te krijgen, moet u uw eigen node gebruiken of die van iemand anders gebruiken. Het netwerk heeft twee concepten die de moeite waard zijn om te begrijpen voor de doeleinden hier:

• A Bliksem knooppunt: aparte software die met elkaar communiceert en een nieuw peer-to-peer netwerk vormt.
• Kanalen: een verbinding geopend tussen twee Lightning-knooppunten, waardoor betalingen tussen hen kunnen vloeien.

Een kanaal is letterlijk een Bitcoin-basislaagtransactie, die het kanaal verankert in de beveiligde keten.

Zodra twee knooppunten een kanaal tussen elkaar openen, beginnen betalingen tussen hen te stromen. Elke volgende betaling wijzigt de status van het kanaal, waarbij de oude cryptografisch wordt ingetrokken en de nieuwe wordt gecontroleerd in het geheugen en op de schijf van beide knooppunten, maar kritisch, niet naar de basisketen.

Kanalen kunnen en zouden naar mijn mening idealiter lang open moeten blijven (bijvoorbeeld een jaar of langer). Als de knooppunten ooit besluiten hun kanaal te sluiten, wordt hun laatste saldo na alle off-chain betalingen hersteld naar hun oorspronkelijke portemonnee. Dit is cryptografisch beveiligd door gehashte timelocked contracten (HTLC) en digitale handtekeningen, waarop we in dit artikel niet in detail zullen ingaan.

Hierdoor kan men miljarden betalingen bundelen in twee on-chain transacties - één om het kanaal te openen en één om het te sluiten. Zodra een betaling is voltooid, staat het onbetwistbaar wat het laatste saldo is tussen alle partijen (ervan uitgaande dat knooppunten hun kanaalcontrolepunten redundant opslaan).

Cruciaal is dat men niet rechtstreeks verbonden hoeft te zijn met een andere partij om ze te betalen - kanalen kunnen door andere knooppunten in het netwerk worden gebruikt om hun bereikbaarheid te vergroten. Met andere woorden, als Alice is verbonden met Bob en Bob is verbonden met Caroline, kunnen Alice en Caroline elkaar naadloos betalen via Bob.

Bliksemschaalbaarheid

Zoals we nu zullen bewijzen, schaalt het Lightning Network vandaag al om 16,264 transacties per seconde te ondersteunen en lost daarom het schaalbaarheidsprobleem op met behoud van alle voordelen die Bitcoin te bieden heeft: permissieloosheid, schaarste, gebruikerssoevereiniteit, overdraagbaarheid, verifieerbaarheid, decentralisatie en censuurweerstand.

Om een ​​betaling via het netwerk te laten verlopen, moet deze meestal via meerdere betalingskanalen gaan. Om te kunnen beantwoorden hoeveel betalingen het netwerk in een seconde kan doen, moeten we begrijpen hoeveel een gemiddeld kanaal ondersteunt.

Statistieken tonen aan dat de gemiddelde betaling rond gaat drie kanalen.

De benchmark nummers we zullen voor deze analyse gebruik maken van doorvoercapaciteit per knooppunt, niet per kanaal. Daarom gaan we er onnauwkeurig van uit dat elk knooppunt slechts één kanaal heeft. De standaard LND-node zou volgens de benchmark 33 betalingen per seconde kunnen doen met een degelijke machine (8 vCPU's, 32 GB geheugen).

met 16,266 knooppunten in het netwerk (vanaf november 2022), ervan uitgaande dat elke betaling via drie kanalen (vier knooppunten) moet gaan, zou het netwerk ongeveer 134,194 betalingen per seconde moeten kunnen realiseren.

Dat wil zeggen, elke betaling moet via een groep van vier knooppunten gaan en er zijn 4,066 van dergelijke unieke groepen in het netwerk. Ervan uitgaande dat elk knooppunt 33 betalingen per seconde kan doen, vermenigvuldigen we 4,066 met 33 om 134,194 te bereiken.

Nu, om realistisch te zijn: niet elk knooppunt draait een machine zoals die in de benchmark - velen zijn dat wel gewoon rennen op een Raspberry Pi. Gelukkig is er niet veel voor nodig om de huidige betalingssystemen te verslaan.

Bliksem versus. Traditionele betalingen

Het vinden van authentieke cijfers over de piekcapaciteit van traditionele betalingssystemen is moeilijk, dus we zullen gedurende het boekjaar 2021 vertrouwen op hun gemiddelde betalingspercentage. We zullen dat vergelijken met de theoretische capaciteit van Lightning, omdat het daarentegen onmogelijk is om het gemiddelde betalingspercentage in Lightning te krijgen vanwege het privékarakter ervan, en het onthult ook niet de capaciteit omdat de vraag naar Lightning-betalingen nog steeds relatief laag is. Deze vergelijking geeft ons een idee van het aantal betalingen dat een Lighting-node moet kunnen routeren om de traditionele financiële sector te verslaan.

Visa zag 165 miljard betalingen in 2021, zag PayPal 19.3 miljard betalingen over het hele platform en FedWire zag 204 miljoen. Dat zijn respectievelijk 7,372, 612 en 6.5 betalingen per seconde gemiddeld voor 2021. Ter vergelijking: Bitcoin deed het 2.44 betalingen per seconde in 2021 en schaalt op tot maximaal zeven per seconde.

De cijfers zijn veelbelovend - elke Lightning-node is nodig om het gewoon te kunnen doen vier betalingen per seconde om de huidige betalingsnetwerken minstens twee keer te verslaan. In dat tempo kunnen 4,066 unieke groepen met vier knooppunten 16,264 betalingen per seconde realiseren - 2.2 keer zoveel als bij de grootste concurrent, Visa.

Tot overmaat van ramp voor traditionele betalingsnetwerken, zijn de gemiddelde Lightning-transactiekosten 13 keer minder die van Visa — 0.1% in vergelijking tot 1.29%.

Het is de moeite waard eraan te denken dat men het Lightning Network altijd kan blijven schalen door nieuwe knooppunten te creëren. Omdat het peer-to-peer is, is de schaalbaarheid in theorie onbeperkt zolang de knooppunten in het netwerk groeien.

Verder stelt de bovengenoemde benchmark van Bottlepay dat er geen echte technische blokkeringen zijn voor implementaties van Lightning-knooppunten om uiteindelijk 1,000 betalingen per seconde te bereiken. Op zo'n nummer is het netwerk actueel de doorvoer zou dichter bij de vier miljoen per seconde liggen, om nog maar te zwijgen van wat het zou zijn met een toename van het aantal knooppunten.

En tot slot is het de moeite waard eraan te denken dat het Lightning Network nog steeds erg onvolwassen software is en dat er in de toekomst behoorlijk wat optimalisaties moeten worden uitgevoerd, zowel in het protocol als in de implementaties ervan. Middelen in termen van ontwikkelaars zijn de enige beperking op korte termijn voor het vergroten van de schaalbaarheid, die terecht op de tweede plaats komt na belangrijkere zaken zoals betrouwbaarheid.

Om een ​​idee te geven van de vorderingen daar, River Financial onlangs gedeeld dat het succespercentage van de betaling 98.7% is bij een gemiddelde grootte van $ 46, wat verbazingwekkend beter is dan de vroegste openbaar beschikbare gegevens die het kon vinden uit 2018, waar transacties van $ 5 48% van de tijd mislukten.

Conclusie

In dit stuk hebben we alle negatieve nadelen blootgelegd van het schalen van de Bitcoin-blockchain door de blokgrootte van de basislaag te vergroten, met name de decentralisatie ervan ernstig in gevaar brengend en uiteindelijk het doel niet bereiken om de immense schaalbaarheid te bereiken die nodig is voor de eisen van een wereldwijd betalingsnetwerk heeft en in de toekomst steeds meer zal hebben.

We hebben laten zien dat het Lightning Network, als tweedelaagsoplossing, het schaalbaarheidsprobleem op de meest elegante manier oplost door zowel alle voordelen van Bitcoin te behouden als het tegelijkertijd veel verder te schalen dan wat enige basislaagoplossingen beloven.

Dit is een gastpost van Stanislav Kozlovski. Geuite meningen zijn volledig van henzelf en komen niet noodzakelijkerwijs overeen met die van BTC Inc of Bitcoin Magazine.