Data visar att Bitcoins Lightning-nätverk har löst skalbarhetsproblemet

Detta är en opinionsledare av Stanislav Kozlovski, en mjukvaruingenjör och makroekonomisk forskare.

Många Bitcoiners har hört talas om Bitcoins "brist på skalbarhet" - det är en av de vanligaste kritikerna mot projektet av både frossande kryptovalutakonkurrenter och etablerade etableringsaktörer.

Vissa oldtimers kanske minns de upphettade, badade i kontroverserna Blocksize Wars 2015 till 2017, som, med hjälp av industriinsiders, mest ytligt syftade till att få Bitcoin att skala till fler transaktioner genom att öka den maximala blockstorleken och därigenom nästan skapa prejudikat och ändrade Bitcoins framtida kurs för alltid.

Båda dessa frågor kommer i slutändan att visa sig vara kvar på fel sida av historien. I det här stycket kommer vi att visa hur Lightning Network tar itu med Bitcoins skalbarhetsproblem och bevisar utan tvekan att beslutet med små block till slut var det rätta.

Basskiktets begränsningar och val

Innan vi förstår vad Lightning Network löser, bör vi först förstå vad det inneboende problemet är. Enkelt uttryckt: Du kan inte skala en blockkedja för att validera hela världens transaktioner på ett decentraliserat sätt.

Blockkedjor lider av en inneboende begränsning som tvingar dem att byta mellan tre kvaliteter - en kvalitet i deras system måste gå för de andra två. Som bilden ovan kan en blockchain bara ha två av dessa tre egenskaper:

• Decentraliserat: inte kontrollerat av något enskilt parti eller ett litet antal eliter
• Skalbar: skala till ett tillräckligt antal transaktioner
• Säker: inte vara lätt att attackera och bryta dess invarianter

Det är värt att notera att alla dessa egenskaper sitter på separata, komplexa spektrum. Man blir till exempel inte "säker" över en viss tröskel, det är väldigt beroende på användningsfallet och många olika egenskaper.

Bitcoin är långsam av en anledning. Den valde uttryckligen att optimera avsnitten "säkerhet" och "decentralisering" i trilemmat, och lämnade "skalbarhet" (transaktioner per sekund) på sidlinjen.

Den viktigaste insikten är att det, precis som dagens internet och ekonomisystem, är mer optimalt att omfatta hela systemet av separata lager, där varje lager optimerar för och används för olika saker.

Bitcoin, basskiktet, är en globalt replikerad offentlig reskontra - varje transaktion sänds till alla deltagare i nätverket. Det är uppenbart att man praktiskt taget inte kan skala en sådan reskontra för att tillgodose hela världens växande transaktionshastighet. Förutom att det är opraktiskt och integritetsskadande överväger dess nackdelar betydligt dess obetydliga fördelar.

På den tiden var det ett stort inbördeskrig mellan online-communityt om vad Bitcoin borde göra för att öka sin transaktionskapacitet. Det finns stor, upprörande kontrovers i denna berättelse och är till stor del det som formade Bitcoin till att förbli vad det är idag - en gräsrotsrörelse, nerifrån och upp där genomsnittsfolket (plebs), tillsammans med varandra, dikterar reglerna för nätverket.

"Blocksize-kriget” av Jonathan Bier illustrerar kampen mellan de decentraliserade nätverksanhängarna som vill ha det bästa för nätverkets långsiktiga livskraft och girigheten och propagandan som förevigas av stora aktörer och företag för att främja sina egna makt-och vinstsökande agenda.

Lång historia kort, Bitcoin klämdes in i en misslyckad gaffel som heter "Bitcoin Cash."

Den lilla killen vann så småningom — Bitcoin skyndade inte på några dåliga designval som skulle komma att äventyra dess decentralisering, säkerhet eller censurmotstånd. Beslutet togs effektivt att skala Bitcoin genom lager, introducera andra lager som fungerar separat från Bitcoin och kontrollerar deras tillstånd till det huvudsakliga, långsammare men säkrare nätverket.

I skarp kontrast offrade den uppenbarligen misslyckade gaffeln Bitcoin Cash alla hopp om decentralisering genom att öka sin blockstorlek till 32 megabyte, 32 gånger mer än Bitcoin, för bara maximalt 50 betalningar per sekund på baskedjan.

Block storlek

Varje Bitcoin-block har ett tak för sin storlek och detta anger den övre gränsen för hur många transaktioner som kan finnas inuti ett block. Om efterfrågan växer för att överstiga antalet transaktioner ett block kan ha, blir blocket fullt och transaktioner lämnas obekräftade i mempool. Användare börjar bjuda över varandra via den justerbara transaktionsavgiften för att få deras transaktion inkluderad av gruvarbetarna, som får incitament att välja de högst betalande transaktionerna.

En naiv lösning på detta skulle vara att helt enkelt öka blockstorleksgränsen – det vill säga tillåta fler transaktioner att inkluderas i ett block. De negativa biverkningarna av detta är subtila nog att även intellektuella som Elon Musk gör misstaget att föreslå det.

Att öka blockstorleken har andra ordningens effekter som minskar decentraliseringen av nätverket. När blockstorleken växer ökar kostnaden för att driva en nod i nätverket.

I Bitcoin måste varje nod lagra och validera varje transaktion. Vidare måste nämnda transaktion spridas till nodens peers, vilket multiplicerar nätverkets bandbreddskrav för att stödja fler transaktioner. Ju fler transaktioner, desto mer växer nätverkets bearbetnings- (CPU) och lagringskrav (disk) för varje nod. Eftersom att köra en nod inte ger några ekonomiska fördelar, minskar incitamentet att köra en oproportionerligt mycket ju dyrare det är.

För att sätta det i siffror, om Bitcoin någonsin ska skala till Visas påstådda toppkapacitetsnivåer (24,000 XNUMX transaktioner per sekund) en nod skulle behöva 48 megabyte per sekund bara för att ta emot transaktionerna över nätverket. Följande är en karta som visar den genomsnittliga internethastigheten i världen:

Som du kan se skulle en stor del av världens genomsnittliga hastighet utesluta dem från möjligheten att köra en nod under dessa förhållanden. Observera att medelhastigheten innebär att många är till och med lägre än nämnda tröskel. Dessutom tar det inte hänsyn till det faktum att en användare skulle ha andra användningsområden för sin bandbredd - få osjälviska människor skulle dedikera 50% av sin internetbandbredd till en Bitcoin-nod.

Ännu viktigare är att mängden data som detta skulle generera skulle göra det omöjligt för någon att praktiskt taget lagra det – det skulle resultera i 518 gigabyte data per dag, eller 190 terabyte data per år.

Vidare, att snurra upp en ny nod skulle kräva att man laddar ner alla dessa petabyte med data och verifierar varje signatur - vilket båda skulle göra det så att en ny nod skulle ta lång tid (år) att snurra upp.

Och för att göra saken värre, 24,000 XNUMX transaktioner per sekund utgör inte ett verkligt unikt globalt betalningsnätverk i sig. Visa är inte det enda betalningsnätverket i världen, och världen blir mer sammankopplad för varje dag.

Lightning Network 101

Lightning Network är en separat, andra lager nätverk som fungerar ovanpå det huvudsakliga Bitcoin-nätverket. Enkelt sagt, det batchar Bitcoin-transaktioner.

För att komma åt den måste du köra din egen nod eller använda någon annans. Nätverket har två begrepp värda att förstå för syftena här:

• A Blixtnod: separat programvara som kommunicerar med varandra och utgör ett nytt peer-to-peer-nätverk.
• Kanaler: en anslutning öppnad mellan två Blixtnoder, vilket gör att betalningar kan flöda mellan dem.

En kanal är bokstavligen en Bitcoin-baslagertransaktion, som förankrar kanalen till den säkra kedjan.

När två noder öppnar en kanal mellan varandra börjar betalningar flöda mellan dem. Varje efterföljande betalning modifierar kanalens tillstånd, återkallar kryptografiskt den gamla och kontrollerar den nya i minnet och på disken hos båda noderna, men kritiskt, inte till baskedjan.

Kanaler kan och bör enligt min mening helst vara öppna under lång tid (t.ex. ett år eller mer). Om noderna någonsin bestämmer sig för att stänga ner sin kanal, återställs deras senaste saldo efter alla betalningar utanför kedjan till deras ursprungliga plånböcker. Detta är kryptografiskt säkrat av hashade tidslåsta kontrakt (HTLC) och digitala signaturer, som vi inte kommer att gå in på i detalj i den här artikeln.

Detta gör att en kan gruppera miljarder betalningar i två transaktioner i kedjan - en för att öppna kanalen och en för att stänga den. När en betalning väl är klar är det obestridligt vad det senaste saldot är mellan alla parter (förutsatt att noder redundant lagrar sina kanalkontrollpunkter).

Kritiskt sett behöver man inte vara direkt ansluten till en annan part för att betala dem – kanaler kan användas av andra noder i nätverket för att öka deras nåbarhet. Med andra ord, om Alice är ansluten till Bob och Bob är ansluten till Caroline, kan Alice och Caroline sömlöst betala varandra genom Bob.

Blixtskalbarhet

Som vi nu kommer att bevisa, skalar Lightning Network redan för att stödja 16,264 XNUMX transaktioner i sekunden idag och löser därför skalbarhetsproblemet samtidigt som alla fördelar Bitcoin har att erbjuda – tillståndslöshet, knapphet, användarsuveränitet, portabilitet, verifierbarhet, decentralisering och censurmotstånd.

För att en betalning ska ta sig igenom nätverket måste den vanligtvis gå via flera betalningskanaler. För att svara på hur många betalningar nätverket kan göra på en sekund måste vi förstå hur många en genomsnittlig kanal stöder.

Statistik visar att den genomsnittliga betalningen går igenom runt tre kanaler.

Smakämnen benchmarksiffror vi kommer att använda för denna analys har per-nod genomströmningskapacitet, inte per kanal. Därför kommer vi felaktigt att anta att varje nod bara har en kanal. Standard LND-noden sägs kunna göra 33 betalningar per sekund med en anständig maskin (8 vCPU:er, 32 GB minne) enligt riktmärket.

Med 16,266 XNUMX noder i nätverket (från och med november 2022), förutsatt att varje betalning måste gå genom tre kanaler (fyra noder), bör nätverket kunna uppnå cirka 134,194 XNUMX betalningar per sekund.

Det vill säga att varje betalning måste gå genom en grupp med fyra noder, och det finns 4,066 33 sådana unika grupper i nätverket. Om vi ​​antar att varje nod kan göra 4,066 betalningar per sekund multiplicerar vi 33 134,194 med XNUMX för att nå XNUMX XNUMX.

Nu för att vara realistisk: inte varje nod kör en maskin som den i riktmärket - många är det springer helt enkelt på en Raspberry Pi. Tack och lov krävs det inte mycket för att kunna slå dagens betalningssystem.

Blixt vs. Traditionella betalningar

Det är svårt att hitta autentiska siffror om toppkapaciteten hos traditionella betalningssystem, så vi kommer att förlita oss på deras genomsnittliga betalningstakt under räkenskapsåret 2021. Vi kommer att jämföra det med den teoretiska kapaciteten hos Lightning, för omvänt är det omöjligt att få den genomsnittliga betalningshastigheten i Lightning på grund av dess privata natur, och det avslöjar inte heller kapaciteten eftersom efterfrågan på Lightning-betalningar fortfarande är relativt låg. Den här jämförelsen kommer att ge oss en uppfattning om hur många betalningar en belysningsnod behöver kunna dirigera för att konkurrera ut traditionell ekonomi.

Visa såg 165 miljarder betalningar 2021, PayPal såg 19.3 miljarder betalningar över hela sin plattform och FedWire såg 204 miljoner. Dessa uppgår till 7,372 612, 6.5 respektive 2021 betalningar per sekund i genomsnitt för XNUMX. För att sätta i perspektiv gjorde Bitcoin det 2.44 betalningar per sekund år 2021 och skalar upp till maximalt sju per sekund.

Siffrorna är lovande - det krävs varje Lightning-nod för att kunna göra precis fyra betalningar per sekund för att slå de nuvarande betalningsnätverken med minst två gånger. I den takten kan 4,066 16,264 unika grupper med fyra noder uppnå 2.2 XNUMX betalningar per sekund – XNUMX gånger större än den största konkurrenten Visa.

För att göra saken värre för traditionella betalningsnätverk är den genomsnittliga Lightning-transaktionsavgiften 13 gånger mindre det med Visa - 0.1% jämfört med 1.29%.

Det är värt att komma ihåg att man alltid kan fortsätta att skala Lightning-nätverket genom att skapa nya noder. Eftersom det är peer to peer är dess skalbarhet teoretiskt obegränsad så länge noder i nätverket växer.

Vidare gör det ovannämnda riktmärket från Bottlepay fallet att det inte finns några riktiga tekniska blockerare för Lightning-nodimplementeringar för att så småningom nå 1,000 XNUMX betalningar per sekund. Vid ett sådant nummer, nätverkets ström genomströmningen skulle vara närmare fyra miljoner per sekund, för att inte tala om vad det skulle bli med en ökning av antalet noder.

Och slutligen är det värt att komma ihåg att Lightning Network fortfarande är mycket omogen programvara och har en hel del framtida optimeringar att göra, både i protokollet och dess implementeringar. Resurser när det gäller utvecklare är den enda kortsiktiga begränsningen för att öka skalbarheten, vilket med rätta har kommit i andra hand till viktigare frågor som tillförlitlighet.

För att ge en känsla av framstegen där, River Financial delade nyligen att dess betalningsframgångsfrekvens är 98.7 % vid en genomsnittlig storlek på 46 USD, vilket är förvånansvärt bättre än de tidigaste offentligt tillgängliga uppgifterna den kunde hitta från 2018, där transaktioner på $5 misslyckades 48 % av tiden.

Slutsats

I det här stycket avslöjade vi alla de negativa nackdelarna med att skala Bitcoin-blockkedjan genom att öka basskiktets blockstorlek, framför allt allvarligt äventyra dess decentralisering och i slutändan misslyckas med att uppnå sitt mål att nå den enorma skalbarhet som krävs för de krav som ett globalt betalningsnätverk kräver. har och kommer att ha i allt större utsträckning i framtiden.

Vi visade att Lightning Network, som en andra lagerlösning, mest elegant löser skalbarhetsproblemet genom att både bevara alla Bitcoins fördelar och samtidigt skala det långt utöver vad alla baslagerlösningar lovar.

Detta är ett gästinlägg av Stanislav Kozlovski. Åsikter som uttrycks är helt deras egna och återspeglar inte nödvändigtvis de från BTC Inc eller Bitcoin Magazine.