Червоне світло Біткойн: Як працює найперспективніше рішення для масштабування

Проблема, яка потребувала вирішення

Біткоїн революціонізував спосіб, яким ми думаємо про цифрові гроші. Однак у нього є Ахіллесова п'ята: швидкість. Блоки генеруються приблизно кожні десять хвилин, і кожен з них може містити лише певну кількість транзакцій. Коли мережа перевантажена — як це сталося у 2017 році і знову у 2021 році — комісії злітають до небес. У квітні 2021 року плата за переказ у головній мережі Біткоїн коштувала в середньому понад 60 доларів. Чи уявляєш ти, що заплатити за каву за 3 долари з комісією 10 доларів? Це не є стійким.

Червоний грім: відповідь поза ланцюгом

Щоб вирішити цю проблему, були розроблені рішення Другого рівня. Це мережі, які працюють на базі Bitcoin, не будучи саме Bitcoin. Найбільшою є мережа Lightning Network.

Мережа Lightning дозволяє користувачам здійснювати швидкі транзакції peer-to-peer без очікування підтверджень блоку. Вам не потрібно, щоб кожна транзакція реєструвалася в блокчейні. Замість цього відкривається “платіжний канал” з іншою особою, і обидва можуть миттєво обмінюватися коштами тисячі разів. Тільки коли вони закриють канал, ця фінальна транзакція публікується в основному ланцюзі.

Розуміння платіжних каналів

Уявіть, що Аліса та Боб планують зробити багато покупок разом. Замість того, щоб мати численні транзакції в мережі, вони домовляються відкрити канал. Обидва заблокують, скажімо, 5 BTC кожен на багатопідписній адресі (multisig) — особливому типі адреси, яка вимагає підпису обох сторін для витрачання коштів.

У цьому приватному каналі вони створюють “міні-гросбух” спільно. Коли Аліса хоче заплатити Бобу, вона просто оновлює залишки: вона втрачає 1 BTC, Боб отримує 1 BTC. Потім Боб може повернути Алісі 2 BTC. Ці зміни відбуваються миттєво, без залучення майнерів. У будь-який момент вони можуть опублікувати остаточний стан у блокчейні та вийти з відповідними залишками.

Безпека за рахунок криптографії: Мультипідписи та HTLC

Тут виникає очевидне питання: що заважає Еліс спробувати обманути, опублікувавши старий стан, де в неї було більше грошей?

Система використовує два механізми безпеки:

1. Мультипідписи (Multisig)

Мультипідписна адреса вимагає кількох підписів для витрачання коштів. У каналі Lightning використовується схема 2 з 2: обидві сторони повинні підписати, щоб перемістити гроші. Це означає, що жоден з них не може діяти в односторонньому порядку, поки обидва співпрацюють.

2. Хеш-таймлок контракти (HTLC)

Це справжній геній Lightning. Він поєднує дві технології:

• Hashlock: Криптографічна умова, за якою лише той, хто знає певну специфічну таємницю, може витратити кошти.
• Timelock: Часове обмеження, яке заважає витрачати до певного моменту.

Коли Аліса і Боб відкривають канал, вони обмінюються зашифрованими секретами. Якщо Боб намагається опублікувати старий стан, де в нього більше коштів, Аліса миттєво отримує свій повний баланс, оскільки тепер знає секрет Боба (, розкритий, коли вони створили новий стан ). Тим часом, Боб повинен чекати, поки закінчиться термін, щоб отримати доступ до своїх коштів. Це карає його за спробу обману.

Маршрутизація: З'єднання каналів

Справжня сила Lightning проявляється, коли канали з'єднуються. Якщо Аліса має канал з Бобом, а Боб має інший з Керол, Аліса може надіслати гроші Керол через Боба. Боб виступає як “маршрутизатор” і може стягувати невелику комісію за сприяння транзакції.

Це швидко масштабується. З достатньою кількістю каналів Аліса теоретично могла б надсилати кошти майже будь-якій людині в мережі без необхідності мати прямий канал.

Практичний приклад:

• Аліса та Боб: ємність 1 BTC, Аліса має локально 0.7 BTC
• Боб та Карол: ємність 1 BTC, Боб має локально 0.6 BTC

Якщо Еліс відправляє 0.3 BTC Карол, вона передає ці кошти Бобу, який передає їх Карол. Баланс Боба залишається незмінним (+0.3 від Еліс, -0.3 до Карол), але його гнучкість зменшується. Тепер він може витратити 0.6 BTC з Еліс, але лише 0.3 BTC з Карол. Маршрутизатори можуть стягувати комісії за це, створюючи ринок ліквідності.

Ясні переваги мережі Lightning

Безмежна масштабованість: Користувачі можуть виконувати мільйони транзакцій поза ланцюгом всього з двома транзакціями в ланцюзі (відкрити та закрити канал).

Життєздатні мікроплатежі: Біткойн може надіслати мінімум приблизно 0.00000546 BTC. Lightning знижує цю суму до 0.00000001 BTC (1 сатоші). Комісії зникають у закритих каналах, що робить можливими платежі в центрах без економічних втрат.

Покращена конфіденційність: Канали можуть бути приватними. Ніхто не знає, що відбувається всередині. Вони тільки бачать, що канал відкритий, але не знають деталей транзакцій.

Миттєва швидкість: Забудьте про очікування 10 хвилин. У Lightning платежі обробляються так швидко, як ваше інтернет-з'єднання.

Реальні виклики

Складна юзабіліті: Налаштування вузла Lightning та відкриття каналів вимагає певних технічних знань. Для початківців поняття локальної/віддаленої ліквідності та управління каналами можуть бути надто складними.

Проблема ліквідності: Ви можете витратити лише те, що у вас заблоковано в каналі. Якщо обидві сторони мають весь баланс з одного боку, неможливо надіслати більше грошей, якщо хтось спочатку не заплатить вам. Це обмежує потік і може розчарувати нових користувачів.

Ризик централізації: Посередники з великою ліквідністю (“хаби”) стають критичними точками. Якщо великі маршрутизатори відключаються, мережа фрагментується. Крім того, існує ризик цензури, якщо кілька учасників контролюють маршрути.

Як сьогодні мережа Lightning

На березень 2024 року мережа Lightning виглядає здоровою:

• Більше 13,000 активних вузлів працюють по всьому світу
• Більше 52,000 каналів підключають мережу
• Приблизно 4,570 BTC загальної заблокованої потужності

Існує кілька реалізацій: c-lightning від Blockstream, LND від Lightning Labs та Eclair від ACINQ є основними. Для менш технічних користувачів компанії пропонують вузли plug-and-play, які працюють одразу після ввімкнення.

Майбутнє: більш доступний Bitcoin

З моменту свого запуску в основній мережі в 2018 році Lightning значно еволюціонував. Технічні бар'єри повільно зменшуються завдяки постійному розвитку. Те, що починалося як експериментальне рішення, перетворилося на життєздатну альтернативу для платежів з низькою вартістю та високою частотою.

Lightning Network не є вирішенням всіх проблем Bitcoin, але вирішує найтерміновіше: як зробити Bitcoin зручним для повсякденних транзакцій, не втрачаючи його характеристики безпеки та децентралізації. З наближенням більшої кількості розробників, які будуть працювати над нею, мережа стане більш надійною, зручною у використанні та більш інтегрованою в екосистему криптовалют.