Данные показывают, что Lightning Network Биткойн решила проблему масштабируемости

Это редакционная статья Станислава Козловского, инженера-программиста и исследователя макроэкономики.

Многие биткойнеры слышали об «отсутствии масштабируемости» Биткойна — это одна из наиболее распространенных критических замечаний, выдвигаемых против проекта как прожорливыми конкурентами криптовалюты, так и действующими деятелями истеблишмента.

Некоторые старожилы, возможно, помнят ожесточенные, залитые спорами Войны за размер блока с 2015 по 2017 год, которые, при содействии инсайдеров отрасли, наиболее поверхностно были направлены на то, чтобы заставить Биткойн масштабироваться для большего количества транзакций за счет увеличения максимального размера блока и тем самым почти создать прецедент и изменил биткойн будущий курс навсегда.

Обе эти проблемы в конечном итоге окажутся не на той стороне истории. В этой статье мы собираемся показать, как Lightning Network решает проблемы масштабируемости Биткойна и, несомненно, доказывает, что решение о малых блоках было в конечном итоге правильным.

Ограничения и варианты базового уровня

Прежде чем мы поймем, что решает Lightning Network, мы должны сначала понять, в чем заключается неотъемлемая проблема. Проще говоря: вы не можете масштабировать блокчейн для децентрализованной проверки транзакций всего мира.

Блокчейны страдают от присущих им ограничений, которые вынуждают их искать компромисс между тремя качествами — одно качество их системы должно идти на пользу двум другим. Как показано выше, блокчейн может надежно обладать только двумя из этих трех качеств:

• Децентрализованный: не контролируется какой-либо одной партией или небольшим числом элит.
• Масштабируемость: масштабирование до достаточного количества транзакций
• Безопасный: нелегко атаковать и сломать его инварианты

Стоит отметить, что все эти характеристики находятся в отдельных сложных спектрах. Например, вы не становитесь «безопасным» выше определенного порога, это очень зависит от на вариант использования и множество различных характеристик.

Биткойн медленный по какой-то причине. Он явно выбрал оптимизацию разделов «безопасность» и «децентрализация» трилеммы, оставив «масштабируемость» (количество транзакций в секунду) в стороне.

Ключевым моментом является то, что, как и в случае с сегодняшним Интернетом и финансовой системой, более оптимально включать всю систему из отдельных слоев, где каждый слой оптимизируется и используется для разных целей.

Биткойн, базовый уровень, представляет собой глобально реплицированный публичный реестр — каждая транзакция транслируется каждому участнику сети. Очевидно, что практически невозможно масштабировать такой реестр, чтобы приспособиться к растущей скорости транзакций во всем мире. Помимо того, что он непрактичен и наносит ущерб конфиденциальности, его недостатки значительно перевешивают его незначительные преимущества.

Когда-то между онлайн-сообществом шла крупная гражданская война за то, что Биткойн должен сделать, чтобы увеличить пропускную способность транзакций. Есть главный, приводящий в бешенство спор в этой истории и в значительной степени это то, что сформировало Биткойн, чтобы он остался тем, чем он является сегодня — массовым, восходящим движением, где средние люди (плебеи) в совокупности друг с другом диктуют правила сети.

Блочная война” Джонатана Бира иллюстрирует битву между сторонниками децентрализованной сети, желающими лучшего для долгосрочной жизнеспособности сети, и жадностью и пропагандой, поддерживаемой крупными игроками и корпорациями для продвижения своих собственных программ получения власти и прибыли.

Короче говоря, Биткойн был разделен на неудавшийся форк под названием «Биткойн Кэш».

Маленький парень в конце концов победил — Биткойн не стал торопиться с неудачными дизайнерскими решениями, которые могли поставить под угрозу его децентрализацию, безопасность или сопротивление цензуре. Было фактически принято решение масштабировать Биткойн по уровням, вводя вторые уровни, которые работают отдельно от Биткойна и пересылают свое состояние в основную, более медленную, но более безопасную сеть.

Напротив, явно неудачный форк Bitcoin Cash пожертвовал всеми надеждами на децентрализацию, увеличив размер блока до 32 мегабайт, В 32 раза больше, чем биткойн, всего за максимум 50 платежей в секунду на базовой цепи.

Размер блока

Каждый биткойн-блок имеет ограничение по размеру, и это обозначает верхнюю границу того, сколько транзакций может существовать внутри блока. Если спрос превышает количество транзакций, которое может иметь блок, блок заполняется, и транзакции остаются неподтвержденными в mempool. Пользователи начинают перебивать друг друга с помощью регулируемой комиссии за транзакцию, чтобы их транзакция была включена майнерами, которые заинтересованы в выборе наиболее высокооплачиваемых транзакций.

Наивным решением было бы просто увеличить лимит размера блока, то есть разрешить включать в блок больше транзакций. Негативные побочные эффекты этого настолько незаметны, что даже интеллектуалы как Илон Маск ошибся предложить это.

Увеличение размера блока имеет эффекты второго порядка, которые снижают децентрализацию сети. По мере роста размера блока стоимость запуска узла в сети увеличивается.

В Биткойне каждый узел должен хранить и проверять каждую транзакцию. Кроме того, указанная транзакция должна быть распространена среди одноранговых узлов, что многократно увеличивает требования к пропускной способности сети для поддержки большего количества транзакций. Чем больше транзакций, тем больше растут требования сети к обработке (ЦП) и хранилищу (диску) для каждого узла. Поскольку запуск узла не приносит финансовых выгод, стимул запускать его непропорционально уменьшается по мере того, как он обходится дороже.

Чтобы представить это в цифрах, если Биткойн когда-либо будет масштабироваться до предполагаемых пиковых уровней емкости Visa (24,000 транзакций в секунду) узлу потребуется 48 мегабайт в секунду только для получения транзакций по сети. Ниже представлена ​​карта, показывающая среднюю скорость интернета в мире:

Как видите, значительная часть средней скорости в мире исключает их возможность запуска узла в этих условиях. Обратите внимание, что средняя скорость подразумевает, что многие из них даже ниже указанного порога. Кроме того, он не учитывает тот факт, что у пользователя будет другое использование пропускной способности — немногие самоотверженные люди будут выделять 50% своей пропускной способности интернета для узла Биткойн.

Что еще более важно, объем данных, которые это будет генерировать, сделает практически невозможным их хранение кем-либо — это приведет к 518 гигабайтам данных в день или 190 терабайтам данных в год.

Кроме того, для запуска нового узла потребуется загрузить все эти петабайты данных и проверить каждую подпись — и то, и другое приведет к тому, что запуск нового узла займет много времени (годы).

И что еще хуже, 24,000 XNUMX транзакций в секунду сами по себе не создают действительно уникальную глобальную платежную сеть. Visa — не единственная платежная сеть в мире, и с каждым днем ​​мир становится все более взаимосвязанным.

Молниеносная сеть 101

Сеть Молния является отдельная сеть второго уровня который работает поверх основной сети Биткойн. Проще говоря, он группирует биткойн-транзакции.

Чтобы получить к нему доступ, вам нужно запустить свой собственный узел или использовать чужой. В сети есть две концепции, которые стоит понять для целей здесь:

• A Узел молнии: отдельное программное обеспечение, которое взаимодействует друг с другом и образует новую одноранговую сеть.
• каналы: соединение открыто между двумя Узлы Lightning, позволяя платежам проходить между ними.

Канал буквально представляет собой транзакцию базового уровня Биткойн, привязывающую канал к безопасной цепочке.

Как только два узла открывают канал между собой, платежи начинают течь между ними. Каждый последующий платеж изменяет состояние канала, криптографически отменяя старое и помечая новое в памяти и на диске обоих узлов, но не в базовой цепочке.

Каналы могут и, на мой взгляд, в идеале должны оставаться открытыми в течение длительного времени (например, год или более). Если узлы когда-либо решат закрыть свой канал, их последний баланс после всех платежей вне сети будет восстановлен в их исходных кошельках. Это криптографически защищено хэшированными контрактами с временной блокировкой (HTLC) и цифровыми подписями, которые мы не будем подробно рассматривать в рамках этой статьи.

Это позволяет объединять миллиарды платежей в две ончейн-транзакции — одну для открытия канала и одну для его закрытия. После того, как платеж завершен, бесспорно, каков последний баланс между всеми сторонами (при условии, что узлы избыточно хранят свои контрольные точки канала).

Критически важно, чтобы не нужно было напрямую подключаться к другой стороне, чтобы платить им — каналы могут использоваться другими узлами в сети для повышения их доступности. Другими словами, если Алиса подключена к Бобу, а Боб подключен к Кэролайн, Алиса и Кэролайн могут беспрепятственно платить друг другу через Боба.

Молниеносная масштабируемость

Как мы сейчас докажем, сеть Lightning уже сегодня масштабируется для поддержки 16,264 XNUMX транзакций в секунду и, следовательно, решает проблему масштабируемости, сохраняя при этом все преимущества, которые может предложить Биткойн — отсутствие разрешения, редкость, суверенитет пользователя, переносимость, проверяемость, децентрализация и устойчивость к цензуре.

Чтобы платеж прошел через сеть, он обычно должен пройти через несколько платежных каналов. Чтобы ответить, сколько платежей сеть может сделать за секунду, нам нужно понять, сколько в среднем поддерживает канал.

Статистика показывает, что средний платеж проходит около три канала.

Ассоциация контрольные цифры мы будем использовать для этого анализа пропускную способность на узел, а не на канал. Поэтому мы будем неточно считать, что каждый узел имеет только один канал. Согласно тесту, узел LND по умолчанию может выполнять 33 платежа в секунду с приличной машиной (8 виртуальных ЦП, 32 ГБ памяти).

Доступно 16,266 XNUMX узлов в сети (по состоянию на ноябрь 2022 г.), если предположить, что каждый платеж должен проходить через три канала (четыре узла), сеть должна обеспечивать около 134,194 XNUMX платежей в секунду.

То есть каждый платеж должен пройти через группу из четырех узлов, а таких уникальных групп в сети 4,066. Предполагая, что каждый узел может совершать 33 платежа в секунду, мы умножаем 4,066 на 33, чтобы получить 134,194 XNUMX.

Теперь, чтобы быть реалистичным: не на каждом узле работает машина, подобная той, что указана в тесте — многие просто бег на малиновом пи. К счастью, для того, чтобы превзойти существующие платежные системы, не требуется многого.

Молния Против. Традиционные платежи

Найти достоверные данные о пиковой мощности традиционных платежных систем сложно, поэтому мы будем полагаться на их среднюю ставку платежей в течение 2021 финансового года. Мы сравним это с теоретической мощностью Lightning, потому что, наоборот, получение среднего уровня платежей в Lightning невозможно из-за его приватности, а также не раскрывает возможности, потому что спрос на платежи Lightning все еще относительно низок. Это сравнение даст нам представление о том, сколько платежей узел Lighting должен иметь возможность маршрутизировать, чтобы превзойти традиционные финансы.

Виза пила 165 миллиардов платежей в 2021 году, PayPal видел 19.3 млрд платежей на всей своей платформе, и FedWire увидел 204 млн. Соответственно, они составляют 7,372 612, 6.5 и 2021 платежей в секунду в среднем на XNUMX год. 2.44 платежей в секунду в 2021 году и увеличится до семи в секунду.

Цифры многообещающие — требуется, чтобы каждый узел Lightning был способен выполнять только четыре платежа в секунду для того, чтобы превзойти текущие платежные сети как минимум в два раза. При такой скорости 4,066 уникальных четырехузловых групп могут выполнять 16,264 2.2 платежей в секунду, что в XNUMX раза больше, чем у крупнейшего конкурента Visa.

Что еще хуже для традиционных платежных сетей, средняя комиссия за транзакцию Lightning составляет В 13 раз меньше что у визы - 0.1% в сравнении с 1.29%.

Стоит помнить, что всегда можно продолжать масштабировать Lightning Network, создавая новые узлы. Поскольку он является одноранговым, его масштабируемость теоретически неограничена, пока узлы в сети растут.

Кроме того, вышеупомянутый бенчмарк от Bottlepay доказывает, что не существует реальных технических блокировщиков для реализации узлов Lightning, чтобы в конечном итоге достичь 1,000 платежей в секунду. По такому номеру сеть текущий пропускная способность была бы ближе к четырем миллионам в секунду, не говоря уже о том, какой она была бы при увеличении количества узлов.

И, наконец, стоит помнить, что Lightning Network все еще является очень незрелым программным обеспечением, и в будущем предстоит выполнить немало оптимизаций как в протоколе, так и в его реализациях. Ресурсы с точки зрения разработчиков являются единственным краткосрочным ограничением для повышения масштабируемости, которое по праву уступает более важным вопросам, таким как надежность.

Чтобы дать ощущение прогресса там, River Financial недавно поделилась что его показатель успешных платежей составляет 98.7% при среднем размере 46 долларов, что удивительно лучше, чем самые ранние общедоступные данные, которые он смог найти за 2018 год., где 5-долларовые транзакции терпели неудачу в 48% случаев.

Заключение

В этой части мы выявили все негативные недостатки масштабирования блокчейна Биткойн за счет увеличения размера блока базового уровня, что в первую очередь серьезно подорвало его децентрализацию и, в конечном итоге, не удалось достичь своей цели — достижения огромной масштабируемости, необходимой для требований глобальной платежной сети. имеет и будет продолжать иметь все больше и больше в будущем.

Мы показали, что Lightning Network как решение второго уровня наиболее элегантно решает проблему масштабируемости, сохраняя все преимущества Биткойна и в то же время масштабируя его намного больше, чем обещают любые решения базового уровня.

Это гостевой пост Станислава Козловского. Высказанные мнения являются полностью их собственными и не обязательно отражают точку зрения BTC Inc или Bitcoin Magazine.