Dane pokazują, że sieć Lightning Bitcoina rozwiązała problem skalowalności

To jest artykuł redakcyjny autorstwa Stanislava Kozlovskiego, inżyniera oprogramowania i badacza makroekonomicznego.

Wielu bitcoinerów słyszało o „braku skalowalności” Bitcoina — jest to jedna z najczęstszych krytyki kierowanej przeciwko projektowi zarówno przez żarłocznych konkurentów kryptowalut, jak i obecnych aktorów establishmentu.

Niektórzy weterani mogą pamiętać gorące, skąpane w kontrowersjach Wojny o wielkość bloków w latach 2015-2017, które, wspomagane przez osoby z branży, miały na celu najbardziej płytkie skalowanie Bitcoina do większej liczby transakcji poprzez zwiększenie maksymalnego rozmiaru bloku, a czyniąc to, prawie ustanowiono precedens i zmienił Bitcoina przyszły kurs na zawsze.

Obie te kwestie ostatecznie okażą się pozostawione po złej stronie historii. W tym artykule pokażemy, w jaki sposób Lightning Network rozwiązuje problemy ze skalowalnością Bitcoina i niewątpliwie udowodni, że decyzja dotycząca małych bloków była ostatecznie słuszna.

Ograniczenia i wybory dotyczące warstwy podstawowej

Zanim zrozumiemy, co rozwiązuje Lightning Network, powinniśmy najpierw zrozumieć, jaki jest nieodłączny problem. Mówiąc najprościej: nie można skalować łańcucha bloków w celu walidacji transakcji na całym świecie w sposób zdecentralizowany.

Łańcuchy bloków mają nieodłączne ograniczenia, które zmuszają je do kompromisu między trzema cechami — jedna cecha ich systemu musi iść w parze z dwiema pozostałymi. Jak pokazano powyżej, blockchain może niezawodnie mieć tylko dwie z tych trzech cech:

• Zdecentralizowany: niekontrolowany przez żadną partię lub niewielką liczbę elit
• Skalowalny: skaluj do wystarczającej liczby transakcji
• Bezpieczny: nie być łatwym do ataku i złamania jego niezmienników

Warto zauważyć, że wszystkie te cechy znajdują się w oddzielnych, złożonych widmach. Na przykład, nie stajesz się „bezpieczny” powyżej pewnego progu, jest to bardzo zależne od przypadku użycia i wielu różnych cech.

Bitcoin jest powolny z jakiegoś powodu. Wyraźnie wybrał optymalizację sekcji „bezpieczeństwa” i „decentralizacji” trylematu, pozostawiając „skalowalność” (transakcje na sekundę) na marginesie.

Kluczową konstatacją jest to, że podobnie jak w przypadku dzisiejszego systemu internetowego i finansowego, bardziej optymalne jest złożenie całego systemu oddzielnych warstw, z których każda optymalizuje i jest wykorzystywana do różnych rzeczy.

Bitcoin, warstwa podstawowa, to globalnie replikowana księga publiczna — każda transakcja jest transmitowana do każdego uczestnika sieci. Oczywiste jest, że takiej księgi nie można praktycznie skalować, aby uwzględnić rosnący na całym świecie wskaźnik transakcji. Oprócz tego, że jest niepraktyczny i szkodliwy dla prywatności, jego wady znacznie przewyższają nieistotne korzyści.

W tamtych czasach między społecznością internetową toczyła się poważna wojna domowa na temat tego, co Bitcoin powinien zrobić, aby zwiększyć przepustowość transakcji. Jest główne, irytujące kontrowersje w tej historii i jest w dużej mierze tym, co ukształtowało Bitcoina, aby pozostał tym, czym jest dzisiaj — oddolnym, oddolnym ruchem, gdzie przeciętni ludzie (plebs), wspólnie ze sobą, dyktują zasady sieci.

"Wojna o bloki” Jonathana Biera ilustruje bitwę między zwolennikami zdecentralizowanej sieci, którzy chcą tego, co najlepsze dla długoterminowej rentowności sieci, a chciwością i propagandą podtrzymywaną przez głównych graczy i korporacje, aby wspierać własne programy zdobywania władzy i zysków.

Krótko mówiąc, Bitcoin został rozwidlony w nieudany fork o nazwie „Bitcoin Cash”.

Mały facet w końcu wygrał — Bitcoin nie przyspieszył żadnych złych wyborów projektowych, które zagroziłyby jego decentralizacji, bezpieczeństwu lub opór cenzury. Skutecznie podjęto decyzję o skalowaniu Bitcoina poprzez warstwy, wprowadzając drugie warstwy, które działają niezależnie od Bitcoina i kontrolują ich stan w głównej, wolniejszej, ale bezpieczniejszej sieci.

W przeciwieństwie do tego ewidentnie nieudany fork Bitcoin Cash poświęcił wszelkie nadzieje na decentralizację, zwiększając rozmiar bloku do Megabajtów 32, 32 razy więcej niż Bitcoin, dla zaledwie maksimum 50 płatności na sekundę na łańcuchu podstawowym.

Rozmiar bloku

Każdy blok Bitcoin ma limit rozmiaru, który określa górną granicę liczby transakcji, które mogą istnieć w bloku. Jeśli popyt wzrośnie tak, że przekroczy liczbę transakcji, jakie może mieć blok, blok się zapełni, a transakcje pozostaną niepotwierdzone w pamięć. Użytkownicy zaczynają przebijać się nawzajem poprzez regulowaną opłatę transakcyjną, aby ich transakcja została uwzględniona przez górników, którzy są zachęcani do wybierania najlepiej płatnych transakcji.

Naiwnym rozwiązaniem tego problemu byłoby po prostu zwiększenie limitu rozmiaru bloku — to znaczy zezwolenie na uwzględnienie większej liczby transakcji w bloku. Negatywne skutki uboczne tego są na tyle subtelne, że nawet intelektualiści jak Elon Musk popełnia błąd zasugerować to.

Zwiększenie rozmiaru bloku ma efekty drugiego rzędu, które zmniejszają decentralizację sieci. Wraz ze wzrostem rozmiaru bloku rośnie koszt uruchomienia węzła w sieci.

W Bitcoin każdy węzeł musi przechowywać i zatwierdzać każdą transakcję. Ponadto wspomniana transakcja musi być propagowana do równorzędnych węzłów, co zwielokrotnia wymagania dotyczące przepustowości sieci w celu obsługi większej liczby transakcji. Im więcej transakcji, tym bardziej rosną wymagania sieci dotyczące przetwarzania (CPU) i przechowywania (dysku) dla każdego węzła. Ponieważ prowadzenie węzła nie przynosi żadnych korzyści finansowych, motywacja do jego uruchomienia nieproporcjonalnie maleje, im jest on bardziej kosztowny.

Ujmując to w liczby, jeśli Bitcoin ma kiedykolwiek skalować się do rzekomych szczytowych poziomów wydajności Visa (Transakcje 24,000 na sekundę) węzeł potrzebowałby 48 megabajtów na sekundę tylko po to, aby odbierać transakcje przez sieć. Poniżej znajduje się mapa pokazująca średnią prędkość Internetu na świecie:

Jak widać, ogromna część średniej światowej prędkości wykluczałaby je z możliwości uruchomienia węzła w tych warunkach. Zauważ, że średnia prędkość oznacza, że ​​wiele z nich jest nawet niższych niż wspomniany próg. Ponadto nie uwzględnia to faktu, że użytkownik miałby inne zastosowania dla swojej przepustowości — niewielu bezinteresownych ludzi poświęciłoby 50% swojej przepustowości internetowej na węzeł Bitcoin.

Co ważniejsze, ilość danych, które by to wygenerowały, praktycznie uniemożliwiłaby komukolwiek ich przechowywanie — skutkowałoby to 518 gigabajtami danych dziennie lub 190 terabajtami danych rocznie.

Co więcej, uruchomienie nowego węzła wymagałoby pobrania wszystkich tych petabajtów danych i zweryfikowania każdego podpisu — co spowodowałoby, że uruchomienie nowego węzła zajęłoby dużo czasu (lat).

Co gorsza, 24,000 XNUMX transakcji na sekundę nie stanowi samo w sobie naprawdę wyjątkowej globalnej sieci płatności. Visa nie jest jedyną siecią płatniczą na świecie, a świat z każdym dniem staje się coraz bardziej połączony.

Sieć błyskawic 101

Sieć Błyskawicy to oddzielnej sieci drugiej warstwy który działa na szczycie głównej sieci Bitcoin. Mówiąc najprościej, grupuje transakcje Bitcoin.

Aby uzyskać do niego dostęp, musisz uruchomić własny węzeł lub skorzystać z cudzego. Sieć ma dwie koncepcje, które warto zrozumieć dla celów tutaj:

• A Węzeł pioruna: oddzielne oprogramowanie, które komunikuje się ze sobą i tworzy nową sieć peer-to-peer.
• Kanały: połączenie otwarte między dwoma Węzły błyskawic, umożliwiając przepływ płatności między nimi.

Kanał jest dosłownie podstawową transakcją Bitcoin, zakotwiczającą kanał w bezpiecznym łańcuchu.

Gdy dwa węzły otworzą kanał między sobą, płatności zaczną przepływać między nimi. Każda kolejna płatność modyfikuje stan kanału, kryptograficznie unieważniając stary i kontrolując nowy w pamięci i na dysku obu węzłów, ale krytycznie nie do łańcucha podstawowego.

Kanały mogą i moim zdaniem idealnie powinny pozostać otwarte przez długi czas (np. rok lub dłużej). Jeśli węzły kiedykolwiek zdecydują się zamknąć swój kanał, ich ostatnie saldo po wszystkich płatnościach poza łańcuchem zostanie przywrócone do ich oryginalnych portfeli. Jest to zabezpieczone kryptograficznie za pomocą zaszyfrowanych kontraktów z blokadą czasową (HTLC) i podpisów cyfrowych, których nie będziemy szczegółowo omawiać na potrzeby tego artykułu.

Pozwala to na grupowanie miliardów płatności w dwie transakcje on-chain — jedną do otwierania kanału i jedną do jego zamykania. Po zakończeniu płatności nie ulega wątpliwości, jakie jest ostatnie saldo między wszystkimi stronami (zakładając, że węzły nadmiarowo przechowują punkty kontrolne swoich kanałów).

Co najważniejsze, nie trzeba być bezpośrednio połączonym z inną stroną, aby im zapłacić — kanały mogą być używane przez inne węzły w sieci w celu zwiększenia ich dostępności. Innymi słowy, jeśli Alice jest połączona z Bobem, a Bob jest połączony z Caroline, Alice i Caroline mogą bezproblemowo płacić sobie nawzajem za pośrednictwem Boba.

Błyskawiczna skalowalność

Jak teraz udowodnimy, Lightning Network już dziś skaluje się, aby obsługiwać 16,264 XNUMX transakcji na sekundę, a zatem rozwiązuje problem skalowalności, zachowując jednocześnie wszystkie korzyści, jakie Bitcoin ma do zaoferowania — brak uprawnień, niedobór, suwerenność użytkownika, przenośność, weryfikowalność, decentralizacja i odporność na cenzurę.

Aby płatność mogła przejść przez sieć, zazwyczaj musi przejść przez wiele kanałów płatności. Aby odpowiedzieć na pytanie, ile płatności może wykonać sieć w ciągu sekundy, musimy zrozumieć, ile obsługuje przeciętny kanał.

Statystyki pokazują, że średnia płatność przechodzi przez około trzy kanały.

Połączenia liczby wzorcowe którego użyjemy do tej analizy, mają przepustowość na węzeł, a nie na kanał. Dlatego błędnie przyjmiemy, że każdy węzeł ma tylko jeden kanał. Mówi się, że domyślny węzeł LND jest w stanie wykonać 33 płatności na sekundę z przyzwoitą maszyną (8 procesorów wirtualnych, 32 GB pamięci) zgodnie z testem porównawczym.

Z 16,266 XNUMX węzłów w sieci (stan na listopad 2022 r.), przy założeniu, że każda płatność musi przejść przez trzy kanały (cztery węzły), sieć powinna być w stanie zrealizować około 134,194 XNUMX płatności na sekundę.

Oznacza to, że każda płatność musi przejść przez grupę czterech węzłów, a takich unikalnych grup w sieci jest 4,066. Zakładając, że każdy węzeł może wykonać 33 płatności na sekundę, mnożymy 4,066 przez 33, aby uzyskać 134,194 XNUMX.

Mówiąc realistycznie: nie na każdym węźle działa maszyna taka jak ta w teście porównawczym — wiele z nich tak po prostu bieganie na Raspberry Pi. Na szczęście nie trzeba wiele, aby pokonać obecne systemy płatności.

Błyskawica kontra Płatności Tradycyjne

Znalezienie autentycznych liczb dotyczących szczytowej wydajności tradycyjnych systemów płatności jest trudne, dlatego będziemy polegać na ich średniej stopie płatności w całym roku finansowym 2021. Porównamy to z teoretyczną wydajnością Lightning, ponieważ odwrotnie, uzyskanie średniej stawki płatności w Lightning jest niemożliwe ze względu na jego prywatny charakter, a także nie ujawnia możliwości, ponieważ popyt na płatności Lightning jest wciąż stosunkowo niski. To porównanie da nam wyobrażenie o tym, ile płatności musi być w stanie wykonać węzeł oświetleniowy, aby prześcignąć tradycyjne finansowanie.

Wiza zobaczyła 165 miliardów płatności w 2021 roku, PayPal zauważył 19.3 miliarda płatności na całej swojej platformie, a FedWire widział 204 milionów. Wynoszą one odpowiednio 7,372 612, 6.5 i 2021 płatności na sekundę średnio w XNUMX r. Aby spojrzeć z perspektywy, Bitcoin nie 2.44 płatności na sekundę w 2021 r. i skaluje się do maksymalnie siedmiu na sekundę.

Liczby są obiecujące — każdy węzeł Lightning musi być w stanie zrobić to samo cztery płatności na sekundę aby przynajmniej dwukrotnie pokonać obecne sieci płatnicze. Przy takim tempie 4,066 unikalnych grup z czterema węzłami może realizować 16,264 2.2 płatności na sekundę — XNUMX razy więcej niż największy konkurent, Visa.

Co gorsza, w przypadku tradycyjnych sieci płatniczych średnia opłata transakcyjna Lightning wynosi 13 razy mniej wizy — 0.1% w porównaniu do 1.29%.

Warto pamiętać, że zawsze można dalej skalować Lightning Network, tworząc nowe węzły. Ponieważ jest to peer-to-peer, jego skalowalność jest teoretycznie nieograniczona, o ile rosną węzły w sieci.

Co więcej, wspomniany wcześniej test porównawczy firmy Bottlepay pokazuje, że nie ma prawdziwych technicznych blokad dla implementacji węzła Lightning, aby ostatecznie osiągnąć 1,000 płatności na sekundę. Przy takim numerze sieci aktualne przepustowość byłaby bliższa czterem milionom na sekundę, nie mówiąc już o tym, co by było przy wzroście liczby węzłów.

I na koniec warto pamiętać, że Lightning Network jest wciąż bardzo niedojrzałym oprogramowaniem i ma sporo przyszłych optymalizacji do wykonania, zarówno w protokole, jak i jego implementacjach. Zasoby programistów są jedynym krótkoterminowym ograniczeniem zwiększania skalowalności, które słusznie ustąpiło miejsca ważniejszym sprawom, takim jak niezawodność.

Aby dać poczucie postępu tam, River Financial niedawno udostępnione że jego wskaźnik powodzenia płatności wynosi 98.7% przy średniej wielkości 46 USD, co jest zadziwiająco lepsze niż najwcześniejsze publicznie dostępne dane, jakie udało mu się znaleźć, pochodzą z 2018 r, gdzie transakcje za 5 USD kończyły się niepowodzeniem w 48% przypadków.

Wnioski

W tym artykule ujawniliśmy wszystkie negatywne wady skalowania łańcucha bloków Bitcoin poprzez zwiększenie rozmiaru bloku warstwy bazowej, w szczególności poważnie zagrażając jego decentralizacji i ostatecznie nie osiągając celu, jakim jest osiągnięcie ogromnej skalowalności potrzebnej do wymagań globalnej sieci płatności ma i będzie coraz częściej mieć w przyszłości.

Pokazaliśmy, że Lightning Network, jako rozwiązanie drugiej warstwy, najbardziej elegancko rozwiązuje problem skalowalności, zarówno zachowując wszystkie zalety Bitcoina, jak i jednocześnie skalując go daleko poza to, co obiecują jakiekolwiek rozwiązania warstwy podstawowej.

To jest gościnny post Stanislava Kozlovskiego. Wyrażone opinie są całkowicie ich własnymi i niekoniecznie odzwierciedlają opinie BTC Inc lub Bitcoin Magazine.