Data viser at Bitcoins Lightning-nettverk har løst skalerbarhetsproblemet

Dette er en meningsredaksjon av Stanislav Kozlovski, en programvareingeniør og makroøkonomisk forsker.

Mange Bitcoinere har hørt om Bitcoins "mangel på skalerbarhet" - det er en av de vanligste kritikkene mot prosjektet av både fråtsende kryptovaluta-konkurrenter og etablerte etableringsaktører.

Noen oldtimers husker kanskje de opphetede, badet i kontroversen Blocksize Wars fra 2015 til 2017, som, hjulpet av industriinnsidere, mest overfladisk hadde som mål å få Bitcoin til å skalere til flere transaksjoner ved å øke den maksimale blokkstørrelsen og ved å gjøre det, nesten satte presedens og endret Bitcoins fremtidig kurs for alltid.

Begge disse spørsmålene vil til slutt vise seg å være på feil side av historien. I dette stykket skal vi vise hvordan Lightning Network adresserer Bitcoins skalerbarhetsproblemer og utvilsomt beviser at småblokkavgjørelsen til syvende og sist var den riktige.

Grunnlagsbegrensninger og valg

Før vi forstår hva Lightning Network løser, bør vi først forstå hva det iboende problemet er. Enkelt sagt: Du kan ikke skalere en blokkjede for å validere hele verdens transaksjoner på en desentralisert måte.

Blokkjeder lider av en iboende begrensning som tvinger dem til å bytte mellom tre kvaliteter - en kvalitet på systemet deres må gå for de to andre. Som vist ovenfor, kan en blokkjede bare ha to av disse tre egenskapene pålitelig:

• Desentralisert: ikke kontrollert av et enkelt parti eller et lite antall eliter
• Skalerbar: skaler til et tilstrekkelig antall transaksjoner
• Sikker: ikke være lett å angripe og bryte dens invarianter

Det er verdt å merke seg at alle disse egenskapene sitter på separate, komplekse spekter. For eksempel blir du ikke "sikker" over en viss terskel, det er veldig avhengig på brukssaken og mange forskjellige egenskaper.

Bitcoin er treg av en grunn. Den valgte eksplisitt å optimalisere "sikkerhet" og "desentralisering"-delene av trilemmaet, og la "skalerbarhet" (transaksjoner per sekund) på sidelinjen.

Den viktigste erkjennelsen er at, omtrent som dagens internett- og økonomisystem, er det mer optimalt å omfatte hele systemet av separate lag, hvor hvert lag optimerer for og brukes til forskjellige ting.

Bitcoin, basislaget, er en globalt replikert offentlig hovedbok - hver transaksjon blir kringkastet til hver deltaker i nettverket. Det er åpenbart at man praktisk talt ikke kan skalere en slik hovedbok for å imøtekomme hele verdens økende transaksjonsrate. Bortsett fra å være upraktisk og skadelig for personvernet, oppveier dens ulemper langt de ubetydelige fordelene.

På den tiden var det en stor borgerkrig mellom nettsamfunnet om hva Bitcoin burde gjøre for å øke transaksjonskapasiteten. Det er stor, irriterende kontrovers i denne historien og er i stor grad det som formet Bitcoin til å forbli det det er i dag - en grasrotbevegelse nedenfra og opp der gjennomsnittsfolket (plebs), sammenlagt med hverandre, dikterer reglene for nettverket.

"Blocksize -krigen” av Jonathan Bier illustrerer kampen mellom de desentraliserte nettverkssupporterne som ønsker det beste for nettverkets langsiktige levedyktighet og grådigheten og propagandaen som videreføres av store aktører og selskaper for å fremme sine egne makt- og profittsøkende agendaer.

Lang historie kort, Bitcoin ble stukket inn i en mislykket gaffel kalt "Bitcoin Cash."

Den lille fyren vant til slutt - Bitcoin forhastet seg ikke med noen dårlige designvalg som ville kompromittere dens desentralisering, sikkerhet eller sensurmotstand. Beslutningen ble effektivt tatt for å skalere Bitcoin gjennom lag, og introdusere andre lag som fungerer separat fra Bitcoin og sjekker deres tilstand til det tregere, men sikrere hovednettverket.

I sterk kontrast, ofret den åpenbart mislykkede gaffelen Bitcoin Cash alle håp om desentralisering ved å øke blokkstørrelsen til 32 megabyte, 32 ganger mer enn Bitcoin, bare for maksimalt 50 betalinger per sekund på basiskjeden.

Blokkstørrelse

Hver Bitcoin-blokk har et tak på størrelsen, og dette angir den øvre grensen for hvor mange transaksjoner som kan eksistere inne i en blokk. Hvis etterspørselen vokser til å overgå mengden transaksjoner en blokk kan ha, blir blokken full og transaksjoner blir ubekreftet i mempool. Brukere begynner å overby hverandre via det justerbare transaksjonsgebyret for å få transaksjonen deres inkludert av gruvearbeiderne, som blir incentivert til å velge de høyest betalende transaksjonene.

En naiv løsning på dette ville være å ganske enkelt øke blokkstørrelsesgrensen - det vil si å la flere transaksjoner inkluderes i en blokk. De negative bivirkningene av dette er subtile nok til at selv intellektuelle som Elon Musk gjør feilen å foreslå det.

Å øke blokkstørrelsen har andreordenseffekter som reduserer desentraliseringen av nettverket. Etter hvert som blokkstørrelsen vokser, øker kostnaden for å kjøre en node i nettverket.

I Bitcoin må hver node lagre og validere hver transaksjon. Videre må transaksjonen forplantes til nodens likemenn, noe som multipliserer nettverkets båndbreddekrav for å støtte flere transaksjoner. Jo flere transaksjoner, jo mer vokser nettverkets prosesserings- (CPU) og lagringskrav (disk) for hver node. Fordi å drive en node ikke gir noen økonomiske fordeler, reduseres insentivet til å kjøre en uforholdsmessig mye jo dyrere det er.

For å sette det inn i tall, hvis Bitcoin noen gang skal skalere til Visas påståtte toppkapasitetsnivåer (24,000 XNUMX transaksjoner per sekund) en node trenger 48 megabyte per sekund bare for å motta transaksjonene over nettverket. Følgende er et kart som viser gjennomsnittlig internetthastighet i verden:

Som du kan se, vil en enorm del av verdens gjennomsnittshastighet utelukke dem fra muligheten til å kjøre en node under disse forholdene. Merk at gjennomsnittshastigheten tilsier at mange er enda lavere enn nevnte terskel. I tillegg tar det ikke hensyn til det faktum at en bruker vil ha andre bruksområder for båndbredden sin - få uselviske mennesker vil dedikere 50 % av internettbåndbredden til en Bitcoin-node.

Enda viktigere, mengden data dette ville generere ville gjøre det umulig for noen å praktisk talt lagre det - det ville resultere i 518 gigabyte data per dag, eller 190 terabyte data i året.

Videre vil det å spinne opp en ny node kreve at en laster ned alle disse petabyte med data og verifiserer hver signatur – begge deler vil gjøre det slik at en ny node vil ta lang tid (år) å spinne opp.

Og for å gjøre vondt verre, gir ikke 24,000 XNUMX transaksjoner per sekund et virkelig unikt globalt betalingsnettverk i seg selv. Visa er ikke det eneste betalingsnettverket i verden, og verden blir mer sammenkoblet hver dag.

Lightning Network 101

Lightning Network er en separat, andre lags nettverk som fungerer på toppen av det viktigste Bitcoin-nettverket. Enkelt sagt, det grupperer Bitcoin-transaksjoner.

For å få tilgang til den må du kjøre din egen node eller bruke noen andres. Nettverket har to konsepter som er verdt å forstå for formålene her:

• A Lynnode: separat programvare som kommuniserer med hverandre og utgjør et nytt peer-to-peer-nettverk.
• kanaler: en forbindelse åpnet mellom to Lynnoder, slik at betalinger kan flyte mellom dem.

En kanal er bokstavelig talt en Bitcoin-baselagstransaksjon, som forankrer kanalen til den sikre kjeden.

Når to noder åpner en kanal mellom hverandre, begynner betalinger å flyte mellom dem. Hver påfølgende betaling endrer kanalens tilstand, fjerner kryptografisk den gamle og kontrollerer den nye i minnet og på disken til begge nodene, men kritisk, ikke til basiskjeden.

Kanaler kan og bør etter min mening ideelt sett holdes åpne i lang tid (f.eks. et år eller mer). Hvis nodene noen gang bestemmer seg for å stenge kanalen sin, blir deres siste saldo etter alle betalinger utenfor kjeden gjenopprettet til deres opprinnelige lommebok. Dette er kryptografisk sikret av hashed timelocked-kontrakter (HTLC) og digitale signaturer, som vi ikke vil komme nærmere inn på i denne artikkelen.

Dette gjør at man kan gruppere milliarder av betalinger i to transaksjoner i kjeden - én for å åpne kanalen og én for å lukke den. Når en betaling er fullført, er det ubestridelig hva den siste saldoen er mellom alle parter (forutsatt at noder redundant lagrer kanalsjekkpunktene deres).

Kritisk nok trenger man ikke være direkte koblet til en annen part for å betale dem - kanaler kan brukes av andre noder i nettverket for å øke deres tilgjengelighet. Med andre ord, hvis Alice er koblet til Bob og Bob er koblet til Caroline, kan Alice og Caroline sømløst betale hverandre gjennom Bob.

Lynskalerbarhet

Som vi nå skal bevise, skalerer Lightning Network allerede for å støtte 16,264 XNUMX transaksjoner i sekundet i dag og løser derfor skalerbarhetsproblemet samtidig som de bevarer alle fordelene Bitcoin har å tilby – tillatelsesløshet, knapphet, brukersuverenitet, portabilitet, verifiserbarhet, desentralisering og sensurmotstand.

For at en betaling skal komme seg gjennom nettverket, må den vanligvis gå gjennom flere betalingskanaler. For å svare på hvor mange betalinger nettverket kan gjøre på et sekund, må vi forstå hvor mange en gjennomsnittlig kanal støtter.

Statistikk viser at gjennomsnittsbetalingen går gjennom rundt tre kanaler.

De benchmark tall vi vil bruke for denne analysen har per-node gjennomstrømningskapasitet, ikke per kanal. Derfor vil vi unøyaktig anta at hver node bare har én kanal. Standard LND-noden sies å kunne gjøre 33 betalinger per sekund med en anstendig maskin (8 vCPUer, 32 GB minne) i henhold til referansen.

Med 16,266 XNUMX noder i nettverket (fra november 2022), forutsatt at hver betaling må gå gjennom tre kanaler (fire noder), bør nettverket kunne oppnå rundt 134,194 XNUMX betalinger per sekund.

Det vil si at hver betaling må gå gjennom en gruppe på fire noder, og det er 4,066 slike unike grupper i nettverket. Forutsatt at hver node kan utføre 33 betalinger i sekundet, multipliserer vi 4,066 33 med 134,194 for å nå XNUMX XNUMX.

Nå, for å være realistisk: Ikke alle noder kjører en maskin som den i benchmark - mange er det bare løper på en Raspberry Pi. Heldigvis skal det ikke mye til for å kunne slå dagens betalingssystemer.

Lyn vs. Tradisjonelle betalinger

Det er vanskelig å finne autentiske tall om toppkapasiteten til tradisjonelle betalingssystemer, så vi vil stole på deres gjennomsnittlige betalingsrate gjennom regnskapsåret 2021. Vi vil sammenligne det med den teoretiske kapasiteten til Lightning, fordi omvendt er det umulig å få den gjennomsnittlige betalingshastigheten i Lightning på grunn av dens private natur, og det avslører heller ikke kapasiteten fordi etterspørselen etter Lightning-betalinger fortsatt er relativt lav. Denne sammenligningen vil gi oss en ide om hvor mange betalinger en belysningsnode trenger for å kunne dirigere for å utkonkurrere tradisjonell finans.

Visa sag 165 milliarder utbetalinger i 2021, PayPal så 19.3 milliarder utbetalinger over hele plattformen og FedWire-sag 204 millioner. Disse utgjør henholdsvis 7,372 612, 6.5 og 2021 betalinger per sekund i gjennomsnitt for XNUMX. For å sette i perspektiv gjorde Bitcoin det 2.44 betalinger per sekund i 2021 og skalerer opp til maksimalt syv per sekund.

Tallene er lovende - det tar hver Lightning-node å være i stand til å gjøre akkurat fire betalinger i sekundet for å slå dagens betalingsnettverk med minst to ganger. Med den hastigheten kan 4,066 16,264 unike fire-node-grupper oppnå 2.2 XNUMX betalinger per sekund – XNUMX ganger den største konkurrenten, Visa.

For å gjøre vondt verre for tradisjonelle betalingsnettverk, er gjennomsnittlig Lightning-transaksjonsgebyret 13 ganger mindre det med Visa - 0.1% sammenlignet med 1.29%.

Det er verdt å huske at man alltid kan fortsette å skalere Lightning Network ved å lage nye noder. Siden det er peer to peer, er skalerbarheten teoretisk ubegrenset så lenge noder i nettverket vokser.

Videre gjør den nevnte benchmarken fra Bottlepay det tilfellet at det ikke er noen reelle tekniske blokkere for Lightning-node-implementeringer for til slutt å nå 1,000 betalinger per sekund. Ved et slikt nummer er nettverkets nåværende gjennomstrømmingen ville vært nærmere fire millioner per sekund, for ikke å snakke om hva det ville vært med en økning i antall noder.

Og til slutt, det er verdt å huske på at Lightning Network fortsatt er svært umoden programvare og har en god del fremtidige optimaliseringer som skal gjøres, både i protokollen og dens implementeringer. Ressurser når det gjelder utviklere er den eneste kortsiktige begrensningen for å øke skalerbarheten, som med rette har kommet på andreplass til viktigere saker som pålitelighet.

For å gi en følelse av fremgangen der, River Financial delte nylig at betalingssuksessraten er 98.7 % ved en gjennomsnittlig størrelse på $46, som er forbløffende bedre enn de tidligste offentlig tilgjengelige dataene den kunne finne fra 2018, der transaksjoner på $5 mislyktes 48 % av tiden.

konklusjonen

I dette stykket avslørte vi alle de negative ulempene ved å skalere Bitcoin-blokkjeden gjennom å øke basislagets blokkstørrelse, spesielt alvorlig kompromittering av desentraliseringen og til slutt ikke oppnå målet om å nå den enorme skalerbarheten som trengs for kravene til et globalt betalingsnettverk. har og vil i økende grad ha i fremtiden.

Vi viste at Lightning Network, som en andrelagsløsning, mest elegant løser skalerbarhetsproblemet ved å både bevare alle Bitcoins fordeler og samtidig skalere det langt utover hva noen basislagsløsninger lover.

Dette er et gjesteinnlegg av Stanislav Kozlovski. Uttrykte meninger er helt deres egne og reflekterer ikke nødvendigvis meningene til BTC Inc eller Bitcoin Magazine.