Datele arată că rețeaua Lightning a Bitcoin a rezolvat problema scalabilității

Acesta este un editorial de opinie al lui Stanislav Kozlovski, inginer software și cercetător macroeconomic.

Mulți utilizatori Bitcoin au auzit de „lipsa de scalabilitate” a Bitcoin – este una dintre cele mai frecvente critici aduse proiectului împotriva concurenților lacomi ai criptomonedei, cât și de către actorii actuali.

Unii vechi s-ar putea să-și amintească de războaiele aprinse, bătute în controverse, din 2015 până în 2017, care, ajutați de specialiști din industrie, au urmărit cel mai puțin să crească Bitcoin la mai multe tranzacții prin creșterea dimensiunii maxime a blocurilor și, făcând acest lucru, aproape că a creat un precedent și a schimbat Bitcoin-ul curs viitor pentru totdeauna.

Ambele probleme se vor dovedi în cele din urmă a fi lăsate pe partea greșită a istoriei. În această piesă, vom arăta cum Lightning Network abordează problemele de scalabilitate ale Bitcoin și demonstrează, fără îndoială, că decizia de blocare mică a fost în cele din urmă cea corectă.

Limitări și opțiuni ale stratului de bază

Înainte de a înțelege ce rezolvă Lightning Network, ar trebui mai întâi să înțelegem care este problema inerentă. Mai simplu spus: nu puteți scala un blockchain pentru a valida tranzacțiile din întreaga lume într-un mod descentralizat.

Blockchain-urile suferă de o limitare inerentă care îi obligă să facă schimb între trei calități - o calitate a sistemului lor trebuie să meargă pentru celelalte două. După cum se arată mai sus, un blockchain poate avea în mod fiabil doar două dintre aceste trei calități:

• Descentralizat: nu este controlat de un singur partid sau de un număr mic de elite
• Scalabil: scala la un număr suficient de tranzacții
• Securizat: să nu fie ușor de atacat și să-și spargă invarianții

Este demn de remarcat faptul că toate aceste caracteristici se află pe spectre separate, complexe. De exemplu, nu devii „sigur” peste un anumit prag, este foarte dependent privind cazul de utilizare și multe caracteristici diferite.

Bitcoin este lent dintr-un motiv. A ales în mod explicit să optimizeze secțiunile „securitate” și „descentralizare” ale trilemei, lăsând „scalabilitatea” (tranzacții pe secundă) pe margine.

Conștientizarea cheie este că, la fel ca internetul și sistemul financiar de astăzi, este mai optim să cuprindă întregul sistem de straturi separate, în care fiecare strat se optimizează și este utilizat pentru lucruri diferite.

Bitcoin, stratul de bază, este un registru public replicat la nivel global - fiecare tranzacție este transmisă fiecărui participant din rețea. Este evident că nu se poate scala practic un astfel de registru pentru a se potrivi cu rata de tranzacționare în creștere a întregii lumi. Pe lângă faptul că este impracticabilă și dăunează vieții private, dezavantajele sale depășesc cu mult beneficiile sale nesemnificative.

Pe vremuri, a existat un război civil major între comunitatea online în ceea ce ar trebui să facă Bitcoin pentru a-și crește capacitatea de transfer al tranzacțiilor. Există controversă majoră, enervantă în această poveste și este în mare parte ceea ce a modelat Bitcoin pentru a rămâne ceea ce este astăzi - o mișcare de la bază, de jos în sus, unde oamenii medii (plebs), în agregat unul cu altul, dictează regulile rețelei.

Războiul Blocksize” de Jonathan Bier ilustrează bătălia dintre susținătorii rețelei descentralizate care doresc ce este mai bun pentru viabilitatea pe termen lung a rețelei și lăcomia și propaganda perpetuate de jucătorii și corporațiile majore pentru a-și promova propriile agende de câștig de putere și de profit.

Pe scurt, Bitcoin a fost transformat într-un furk eșuat numit „Bitcoin Cash”.

Micuțul a câștigat în cele din urmă - Bitcoin nu s-a grăbit cu nicio alegere proastă de design care ar putea compromite descentralizarea, securitatea sau rezistență la cenzură. Decizia a fost luată în mod eficient de a scala Bitcoin prin straturi, introducând straturi secundare care funcționează separat de Bitcoin și punând în control starea lor în rețeaua principală, mai lentă, dar mai sigură.

În contrast puternic, fork-ul, evident nereușit, Bitcoin Cash a sacrificat toate speranțele de descentralizare prin creșterea dimensiunii blocului său la 32 megabyte, De 32 de ori mai mult decât Bitcoin, pentru un simplu maxim de 50 de plăți pe secundă pe lanțul de bază.

Dimensiune bloc

Fiecare bloc Bitcoin are un plafon pentru dimensiunea sa și aceasta denotă limita superioară a câte tranzacții pot exista în interiorul unui bloc. Dacă cererea crește pentru a depăși cantitatea de tranzacții pe care le poate avea un bloc, blocul devine plin și tranzacțiile rămân neconfirmate în mempool. Utilizatorii încep să depășească unii pe alții prin taxa de tranzacție ajustabilă, pentru ca tranzacția lor să fie inclusă de mineri, care sunt stimulați să aleagă tranzacțiile cu cea mai mare plată.

O soluție naivă pentru aceasta ar fi pur și simplu creșterea limitei de dimensiune a blocului - adică, permiterea includerii mai multor tranzacții într-un bloc. Efectele secundare negative ale acestui lucru sunt suficient de subtile încât chiar și intelectualii ca și Elon Musk să greșească de a o sugera.

Creșterea dimensiunii blocului are efecte de ordinul doi care scad descentralizarea rețelei. Pe măsură ce dimensiunea blocului crește, costul rulării unui nod în rețea crește.

În Bitcoin, fiecare nod trebuie să stocheze și să valideze fiecare tranzacție. Mai mult, respectiva tranzacție trebuie să fie propagată către colegii nodului, ceea ce multiplică cerințele de lățime de bandă ale rețelei pentru a suporta mai multe tranzacții. Cu cât sunt mai multe tranzacții, cu atât cerințele de procesare (CPU) și stocare (disc) ale rețelei cresc pentru fiecare nod. Deoarece rularea unui nod nu aduce beneficii financiare, stimulentul de a rula unul scade disproporționat cu cât este mai costisitor.

Pentru a le pune în cifre, dacă Bitcoin va ajunge vreodată la pretinsele niveluri de capacitate de vârf ale Visa (Tranzacțiile 24,000 pe secundă) un nod ar avea nevoie de 48 de megaocteți pe secundă doar pentru a primi tranzacțiile prin rețea. Următoarea este o hartă care arată viteza medie a internetului în lume:

După cum puteți vedea, o parte masivă din viteza medie a lumii i-ar exclude de la capacitatea de a rula un nod în aceste condiții. Rețineți că viteza medie implică faptul că mulți sunt chiar mai mici decât pragul menționat. În plus, nu ține cont de faptul că un utilizator ar avea alte utilizări pentru lățimea de bandă - puțini oameni abnegați ar dedica 50% din lățimea de bandă de internet pentru un nod Bitcoin.

Mai important, cantitatea de date pe care aceasta ar genera-o ar face imposibilă stocarea practic de către oricine – ar avea ca rezultat 518 gigaocteți de date pe zi sau 190 terabytes de date pe an.

În plus, pornirea unui nou nod ar necesita ca unul să descarce toți acești petaocteți de date și să verifice fiecare semnătură - ambele ar face ca un nou nod să dureze mult timp (ani) să se rotească.

Și pentru a înrăutăți lucrurile, 24,000 de tranzacții pe secundă nu reprezintă o rețea globală de plăți cu adevărat unică în sine. Visa nu este singura rețea de plăți din lume, iar lumea devine din ce în ce mai interconectată în fiecare zi.

Rețeaua Lightning 101

Rețeaua Lightning este o rețea separată, al doilea strat care funcționează pe partea de sus a rețelei principale Bitcoin. Pur și simplu spus, grupează tranzacții Bitcoin.

Pentru a-l accesa, trebuie să-ți rulezi propriul nod sau să îl folosești pe cel al altcuiva. Rețeaua are două concepte demne de înțeles pentru scopurile de aici:

• A Nod fulger: software separat care comunică între ele și constituie o nouă rețea peer-to-peer.
• Canale: o legătură deschisă între doi Noduri de fulger, permițând să circule plăți între ele.

Un canal este literalmente o tranzacție de nivel de bază Bitcoin, ancorând canalul la lanțul securizat.

Odată ce două noduri deschid un canal între ele, plățile încep să curgă între ele. Fiecare plată ulterioară modifică starea canalului, revocându-l criptografic pe cel vechi și punându-l pe cel nou în memorie și pe discul ambelor noduri, dar critic, nu la lanțul de bază.

Canalele pot și, în opinia mea, în mod ideal ar trebui să rămână deschise pentru o perioadă lungă de timp (de exemplu, un an sau mai mult). Dacă nodurile decid vreodată să-și închidă canalul, cel mai recent sold după toate plățile în afara lanțului este restabilit în portofelele lor originale. Acest lucru este securizat criptografic prin contracte hashed timelocked (HTLC) și semnături digitale, pe care nu vom intra în detalii în scopul acestui articol.

Acest lucru vă permite să grupați miliarde de plăți în două tranzacții în lanț - una pentru deschiderea canalului și alta pentru închiderea acestuia. Odată ce o plată este finalizată, este incontestabil care este cel mai recent sold între toate părțile (presupunând că nodurile își stochează în mod redundant punctele de control ale canalului).

În mod critic, nu trebuie să fie conectat direct la o altă parte pentru a le plăti - canalele pot fi folosite de alte noduri din rețea pentru a le crește accesibilitatea. Cu alte cuvinte, dacă Alice este conectată la Bob și Bob este conectată la Caroline, Alice și Caroline se pot plăti fără probleme una pe cealaltă prin Bob.

Scalabilitate fulger

După cum vom demonstra acum, Lightning Network se extinde deja pentru a suporta 16,264 de tranzacții pe secundă astăzi și, prin urmare, rezolvă problema scalabilității, păstrând în același timp toate beneficiile pe care le oferă Bitcoin - lipsa permisiunii, deficitul, suveranitatea utilizatorilor, portabilitatea, verificabilitatea, descentralizarea și rezistența la cenzură.

Pentru ca o plată să-și facă drum prin rețea, de obicei trebuie să treacă prin mai multe canale de plată. Pentru a răspunde câte plăți poate face rețeaua într-o secundă, trebuie să înțelegem câte suportă un canal mediu.

Statisticile arată că plata medie trece prin jur trei canale.

numerele de referință vom folosi pentru această analiză capacitatea de debit per-nod, nu per-canal. Prin urmare, vom presupune în mod inexact că fiecare nod are doar un canal. Se spune că nodul LND implicit poate face 33 de plăți pe secundă cu o mașină decentă (8 vCPU, 32 GB memorie) conform benchmark-ului.

cu 16,266 de noduri în rețea (din noiembrie 2022), presupunând că fiecare plată trebuie să treacă prin trei canale (patru noduri), rețeaua ar trebui să poată realiza aproximativ 134,194 de plăți pe secundă.

Adică, fiecare plată trebuie să treacă printr-un grup de patru noduri și există 4,066 de astfel de grupuri unice în rețea. Presupunând că fiecare nod poate face 33 de plăți pe secundă, înmulțim 4,066 cu 33 pentru a ajunge la 134,194.

Acum, pentru a fi realiști: nu fiecare nod rulează o mașină ca cea din benchmark - multe sunt pur și simplu alergând pe un Raspberry Pi. Din fericire, nu este nevoie de mult pentru a putea depăși sistemele de plată actuale.

Fulger vs. Plăți tradiționale

Găsirea numerelor autentice despre capacitatea de vârf a sistemelor de plată tradiționale este dificilă, așa că ne vom baza pe rata medie de plată a acestora pe parcursul anului financiar 2021. Vom compara asta cu capacitatea teoretică a Lightning, deoarece, dimpotrivă, obținerea ratei medii de plăți în Lightning este imposibilă din cauza naturii sale private și, de asemenea, nu este revelatoare a capacității, deoarece cererea de plăți Lightning este încă relativ scăzută. Această comparație ne va oferi o idee despre câte plăți trebuie să poată ruta un nod de iluminare pentru a depăși finanțele tradiționale.

Visa a văzut 165 de miliarde de plăți în 2021, PayPal a văzut 19.3 miliarde de plăți pe toată platforma și FedWire a văzut 204 milioane de euro. Respectiv, acestea se ridică la 7,372, 612 și 6.5 plăți pe secundă în medie pentru 2021. Pentru a pune în perspectivă, Bitcoin a făcut 2.44 de plăți pe secundă în 2021 și crește până la maximum șapte pe secundă.

Cifrele sunt promițătoare - este nevoie de fiecare nod Lightning pentru a fi capabil să facă exact patru plăți pe secundă pentru a depăși rețelele de plată actuale de cel puțin două ori. În acest ritm, 4,066 de grupuri unice cu patru noduri pot realiza 16,264 de plăți pe secundă – de 2.2 ori mai mult decât cel mai mare concurent, Visa.

Pentru a înrăutăți lucrurile pentru rețelele tradiționale de plată, taxa medie de tranzacție Lightning este de 13 ori mai putin cel al Visei - 0.1% comparat cu 1.29%.

Merită să ne amintim că se poate continua oricând să se extindă rețeaua Lightning prin crearea de noi noduri. Deoarece este peer to peer, scalabilitatea sa este teoretic nelimitată atâta timp cât nodurile din rețea cresc.

Mai mult, benchmark-ul menționat mai sus de Bottlepay arată că nu există blocante tehnice reale pentru implementările nodurilor Lightning pentru a ajunge în cele din urmă la 1,000 de plăți pe secundă. La un asemenea număr, al rețelei curent debitul ar fi mai aproape de patru milioane pe secundă, ca să nu mai vorbim despre ce ar fi cu o creștere a numărului de noduri.

Și, în sfârșit, merită să ne amintim că Lightning Network este încă un software foarte imatur și are o cantitate destul de mare de optimizări viitoare de făcut, atât în ​​protocol, cât și în implementările sale. Resursele în ceea ce privește dezvoltatorii sunt singura constrângere pe termen scurt pentru creșterea scalabilității, care a trecut pe bună dreptate după aspecte mai importante precum încredere.

Pentru a da o idee despre progresul de acolo, River Financial a fost distribuit recent că rata de succes a plății este de 98.7% la o mărime medie de 46 USD, ceea ce este uimitor mai bun decât cele mai vechi date disponibile public pe care le-a putut găsi din 2018, unde tranzacțiile de 5 USD au eșuat în 48% din timp.

Concluzie

În această piesă, am expus toate dezavantajele negative ale extinderii blockchain-ului Bitcoin prin creșterea dimensiunii blocului stratului de bază, în special compromițând grav descentralizarea acestuia și, în cele din urmă, eșuând să-și atingă obiectivul de a atinge scalabilitatea imensă necesară pentru cerințele unei rețele globale de plăți. are și va continua să aibă din ce în ce mai mult în viitor.

Am arătat că Lightning Network, ca soluție de al doilea nivel, rezolvă cel mai elegant problema scalabilității, păstrând toate beneficiile Bitcoin și, în același timp, scalându-l mult peste ceea ce promit orice soluție de nivel de bază.

Aceasta este o postare invitată de Stanislav Kozlovski. Opiniile exprimate sunt în întregime proprii și nu reflectă neapărat cele ale BTC Inc sau Bitcoin Magazine.