Lightning Network – Что это такое и как работает?
После выдвижения биткоина в 2009 году в качестве более экономичной альтернативы фиатным деньгам очень быстро стало очевидно, что он потерпел неудачу в сфере мгновенных платежей. Действительно, для платформы Биткоин были характерны высокие комиссии и низкая пропускная способность транзакций.
Чтобы преодолеть ограничения скорости и стоимости, а также для ускорения денежных переводов, в блокчейн Биткоин был добавлен новый платёжный протокол под названием Lightning Network. Второй уровень базы данных зашифрованных блоков позволил создавать новые платёжные каналы между любыми двумя сторонами на платформе. Транзакции через них происходят быстрее и с минимальными или нулевыми комиссиями.
Задачи Lightning Network
Поскольку блоки в блокчейне означают транзакции, лишь ограниченное их число может войти в цепочку, которая была специально запрограммирована для шифрования транзакционных данных в биты меньшего размера.
Соответственно, если транзакция, подтверждённая в сети Биткоин, не может быть включена в блок, она выстраивается в очередь. Для обработки такой транзакции потребуется от нескольких минут до нескольких дней, т.е. для верификации вашего способа оплаты потребуется больше времени.
Кроме того, это ещё и финансовый вопрос. Для проверки транзакций с использованием протокола достижения консенсуса под названием Доказательство выполнения работы, майнеры биткоинов тратят значительное количество своих ресурсов, и комиссии, соответственно, повышаются.
Техническое решение этих проблем в форме протокола Lightning Network обеспечивает возможность более легко подтверждаемых и объёмных транзакций путём преобразования их в транзакции вне блокчейна. Это особенно важно для децентрализованных сетей в виде платформ, основанных на блокчейне. Биткоин печально известен своей волатильностью, способной привести к серьёзным финансовым потерям в случае задержки транзакций.
Кто разработал Lightning Network
Концепция сети Lightning была впервые описана в белой книге 2015 года. Этот документ за авторством Джозефа Пуна и Таддеуса Дриджи содержал информацию о принципах построения и функционирования протокола Lighting Network. Добавленный в качестве второго уровня в блокчейн сеть Биткоин, Lighting Network призван решить проблему масштабируемости последнего.
Белая книга Lightning Network
14 января 2016 года Пун и Дриджа выпустили белую книгу Lightning Network, в которой подробно описана их новая концепция осуществления транзакций на платформе Биткоин. Интересно то, что она была разработана с опорой на концепцию биткоина Накомото.
Так, белая книга Биткоин содержала черновую версию исходного кода, который рассматривался в качестве инструмента для обеспечения гораздо большего количества транзакций в блокчейн сети Биткоин в будущем.
В 2013 году ведущий программист и технический руководитель компании «Google» Майк Хирн предложил более проработанную концепцию в качестве своего рода дополнения к белой книге Биткоин. Теория Хирна указывала на то, что протокол Lightning Network позволит создавать многосторонние каналы платежей. Интересно то, что в то время протокол ещё не был способен обеспечить достижение этой цели.
Через год после того, как Хирн опубликовал своё представление о способах решения проблем со скоростью и стоимостью биткоин транзакций с помощью создания второго уровня, на GitHub была опубликована белая книга Bitcoin Lightning Network.
Bitcoin Lightning Network
Протокол Lightning Network работает независимо от блокчейн сети Ьиткоин, но активно взаимодействует с ней. Эта сеть позволяет пользователям открывать персональные платёжные каналы для осуществления неограниченного количества транзакций в обоих направлениях, не нарушая при этом функционирование всего блокчейна.
Кроме того, Lightning Network поддерживает упрощённые атомарные свопы, которые позволяют обмениваться криптовалютами без привлечения третьих сторон.
Для облегчения понимания того, как функционирует Lightning Network, рассмотрим две инстанции. Эти две стороны (два человека или человек и онлайн магазин) часто совершают транзакции между собой и хотят, чтобы последние были быстрыми и дешёвыми.
Благодаря каналам микроплатежей, технология Lightning Network снимает нагрузку с распределённого реестра блокчейн сети Биткоин и трансформирует данные транзакций в более легко подтверждаемую внеблокчейновую форму.
Если бы не этот параллельный транзакционный протокол, трейдеры бы несли огромные убытки. Это можно было бы сравнить с торговцем, который продавал бы свой товар, но получал платёж лишь через несколько дней или месяцев, тем самым теряя несколько процентов стоимости товара.
Внеблокчейновый протокол Lightning Network
Чтобы обеспечить окончательное решение проблемы масштабируемости блокчейн сети Биткоин, были объединены несколько технических решений, представленных в белой книге Lighting Network. Перенаправляя транзакции в сторону от основного блокчейна платформы, разработчики, развивающие эту сеть, стремятся обеспечить их независимость и безопасность.
Над Lightning Network работают три разные команды разработчиков, применяющие свой собственный язык программирования, но следуя при этом единому набору правил. Получив название BOLTs (основы протокола Lightning Network), эти наборы правил были сформулированы для обеспечения совместимости программного обеспечения.
Таким образом, протокол Lightning Network способен функционировать в качестве дополнительной платформы совместно с блокчейн платформой Биткоин, оставаясь при этом независимым.
Транзакции вне блокчейна
Если транзакция проводится вне блокчейна, она называется внеблокчейновой. Несмотря на то, что подобная транзакция обеспечивает независимость от блокчейна, все стороны должны договориться о методе, согласно которому она будет осуществляться. Выбранный метод должен обеспечивать безопасность, валидацию и необратимость транзакции, а также возможность будущего обмена на другой актив.
Стороны могут как отправлять, так и получать средства через платформу Lightning Network, не привлекая майнеров в качестве посредников. Таким образом они могут осуществлять небольшие частые транзакции с одной и той же компанией или отдельным лицом быстрым и удобным способом.
По истечении заданного периода времени канал внеблокчейновой транзакции автоматически закрывается. После этого новый сегмент зашифрованных данных о проведённых транзакциях добавляется к основному блокчейну.
Узлы сети Lightning Network
Элементы программного обеспечения, служащие для подключения к протоколу Lightning Network, называются узлами. В настоящее время насчитывается примерно 5349 узлов Lighting Network, способных облегчать транзакции на общую сумму почти 6,3 миллиона долларов.
Эти узлы оптимизированы для более простых и быстрых мгновенных платежей. Увеличение числа узлов Lightning Network повышает ликвидность сети, поскольку они обеспечивают большее количество транзакций за более короткое время.
Преимущества внеблокчейновых транзакций над внутриблокчейновыми
Внутриблокчейновые (блокчейновые) транзакции — это транзакции, проводимые путём простой модификации блокчейна. После добавления ценности к определённому блоку, такого рода транзакции ожидают подтверждения блокчейном. В свою очередь, внеблокчейновые транзакции осуществляются независимо и основаны на других методах проверки и фиксации транзакционных данных.
Поскольку блокчейновые транзакции требуют больше времени для сбора информации, гарантирующей их неизменность, их выполнение занимает больше времени, что зачастую сопряжено с высокими финансовыми рисками и рисками безопасности.
Поэтому внеблокчейновые транзакции призваны обеспечить повышенную безопасность для всех сторон транзакции, предлагая немедленную гарантию защиты зашифрованных данных от любых изменений.
Кроме того, в то время как блокчейновые транзакции, как правило, являются общедоступными, в случае внеблокчейновых, фиксация данных и самих транзакций не обязательно должна быть общедоступной. Более того, некоторые методы криптографии (такие, как протокол Чаума) не позволяют получить доступ к информации об участниках подобной транзакции даже системным администраторам.
Каковы главные преимущества Lightning Network
Внедрение протокола Lightning Network повлекло ряд преимуществ. Он не только обеспечивает быстрые транзакции, но и безопасное хранение активов, а также возможность множественных платежей небольшого объёма.
Масштабируемость
Под масштабируемостью понимаются способности системы и блокчейна адаптироваться к возрастающему объёму данных, зашифрованных в цифровом реестре. Майнеры криптовалют взимают комиссию за подтверждение транзакции. Если объём транзакций невелик, то и комиссии скромные. Однако когда он увеличивается, комиссионные сборы могут стать довольно высокими из-за возросшего спроса.
В настоящее время размер блока Биткоин ограничен 7 транзакциями в секунду, что напрямую связано с масштабируемостью системного протокола блокчейна. Для сравнения, VISA обрабатывает от 24 000 до 50 000 транзакций в секунду.
Микроплатежи
Предоставление множества каналов для микроплатежей являются одним из методов, позволяющих Lightning Network преодолеть ограничения скорости и стоимости в блокчейн сети Биткоин. У них широкая сфера применения.
Существует несколько типов платёжных каналов. Неполный их перечень включает следующие протоколы:
- Nakamoto High-Frequency Transactions.
- Hashed Timelock Contracts (HTLC).
- CLTV-Style Payment Channels.
- Decker-Wattenhofer duplex payment channels.
- Spillman-Style Payment Channel.
- Poon-Dryja payment channels.
Благодаря внедрению двусторонних каналов и протокола Hashed Timelock Contracts (HTLCs) протокол Lightning Network способен обеспечить безопасные платежи в рамках более широкой сети одноранговых платёжных соединений. Платёжный протокол HTCL является одним из наиболее эффективных программных решений для управления различными криптовалютами, использующих разные платформы, то есть блокчейны.
После того как сеть Биткоин получит информацию о том, что пользователь открыл новый канал транзакций (т.е. мини-реестр), транзакции, проводимые между двумя сторонами, и обновляемые в индивидуальном порядке остатки на счетах будут записываться в один и тот же реестр при малейшем изменении значений. Таким образом отпадает необходимость фиксировать каждую повторяющуюся операцию.
Для того чтобы стороны транзакции начали использовать канал Lighting Network, им необходимо отправить свои средства на адрес кошелька с несколькими подписями. Подобные платёжные каналы позволяют мгновенно отправлять и получать криптовалюту при условии, что канал открыт.
Кошельки с несколькими подписями
Кошельки с несколькими подписями являются одним из главных преимуществ Lighting Network, поскольку способны функционировать как своего рода сейф. Они поставляются с набором закрытых ключей, обеспечивающих доступ к средствам для каждой из сторон, участвующих в криптовалютной транзакции.
После того как стороны подготовили кошелёк с несколькими подписями, они создают секретный ключ (т.е. определённую комбинацию) для разблокировки проводимой транзакции. Эти комбинации используются для создания хеша, который впоследствии взаимно обменивается.
Кроме того, в платёжном канале должно быть заблокировано определённое количество биткоинов. С этого момента стороны могут создать открытую транзакцию для передачи данных в блокчейн. По завершении этого процесса распоряжение средствами осуществляется с помощью транзакций-обязательств.
Средства будут надёжно храниться в кошельках с несколькими подписями до тех пор, пока:
- стороны не завершат транзакцию при помощи своих закрытых ключей;
- транзакция не будет совершена автоматически по истечении заданного срока (в этом случае средства переводятся обратно на кошелёк одной из сторон);
- одной из сторон не будет принято решение о прекращении транзакции.
К наиболее часто используемым кошелькам с несколькими подписями относятся узлы C-lightning и Lnd, а также кошельки Zap, Eclair и приложение Lightning.
Транзакции-обязательства
Транзакция-обязательство подписывается обеими участвующими в ней сторонами. Этот тип транзакций разделяет средства в соответствии со взаимным соглашением, заключённым между ними. Подобные операции выступают в качестве неофициального письменного соглашения, в котором признается наличие долга.
Несколько слов о системе безопасности Lighting Network
Система безопасности Lightning Network состоит из нескольких сегментов:
- Смарт-контракты.
- Обязательства с ассиметричным отзывом.
- Временная метка.
Смарт-контракты
Открытие платёжного канала является обязательным условием для эффективного использования Lighting Network. Платёжный канал служит инструментом, с помощью которого второй уровень блокчейн сети Биткоин может передавать любые активы. Поэтому транзакция открывается непосредственно в блокчейне. Платёжный канал функционирует на основе смарт-контракта.
Смарт-контракты представляют собой программы с открытым исходным кодом, которые автоматически выполняют обязательства, вытекающие из положений контракта. Как правило, эти соглашения на основе блокчейна подразумевают положения, защищающие зашифрованные данные транзакций от изменения, удаления, отмены или любых других манипуляций.
Условия соглашения переводятся непосредственно в программный код с использованием подходящего языка программирования.
Обязательство с ассиметричным отзывом (закрытый ключ)
Обязательство с ассиметричным отзывом представляет собой метод защиты от мошеннических действий платформы Lightning Network. Если подобные действия совершаются одной из сторон транзакции и зарегистрированы системой, другая сторона имеет право требовать компенсации.
Временные метки
Временные метки — ещё одна важная особенность Lighting Network. Они подразумевают соглашение между сторонами транзакции о сроке действия открываемых ими платёжных каналов. Эта функция обычно устанавливает верхнюю временную границу, в плоть до которой транзакции могут осуществляться любой из сторон.
Есть ли у Ethereum аналог Lighting Network
Будучи второй по популярности криптовалютой, Ethereum быстро последовала примеру технического решения, разработанного для блокчейн платформы Биткоин. Вспомогательный уровень сети Ethereum получил название Raiden Network.
Подобно протоколу Lighting Network Биткоин, Raiden Network основана на алгоритме достижения консенсуса Доказательство баланса. Это программное средство предназначено для обеспечения быстрых и простых транзакций на блокчейне Ethereum.
Кроме того, у Litecoin также есть собственная мини-версия Lighting Network, которая называется, соответственно, Litecoin Lightning Network.
Каковы основные проблемы Lighting Network
Являясь сравнительно новым программным средством, направленным в первую очередь на решение проблемы масштабируемости блокчейн сети Биткойн, для протокола Lightning Network характерен ряд проблем, которые ещё предстоит решить. В частности, они касаются централизации и безопасности.
В связи с тем, что средства пользователя и закрытые ключи постоянно хранятся в интернете, они чрезвычайно уязвимы для мошенников и подделки. Соучредитель компании «Lightning Labs» Элизабет Старк была одним из самых активных сторонников использования Lightning Network в качестве системы электронных платежей.
Кроме того, растёт обеспокоенность тем, что Lightning Network может привести к нарушению функционирования основного блокчейна. Хотя эта платформа была в первую очередь задумана в качестве решения проблемы перегруженности блокчейна Биткоин и стремительно растущих транзакционных комиссий, на практике она продемонстрировала отход от некоторых своих базовых принципов.
В частности, эта проблема бросает тень на идею Lightning Network как децентрализованной платформы, поскольку она зачастую возникает именно в централизованных системах.
Краткое напутствие
Протокол Lightning Network представляет собой широкую быстро функционирующую некастодиальную сеть микроплатежей, призванную решить проблему скорости работы блокчейна Биткоин и стоимости транзакций внутри него.
Снижая частоту транзакций в блокчейне, технология Lightning Network становится решением, обеспечивающим более дешёвые и быстрые платежи между двумя инстанциями. В конце концов процесс оплаты чашки кофе в ближайшем кафе не может длиться вечно, а должен быть молниеносным.
Lightning Network Daemon от компании «Lighting Labs», C-lightning от «Blockstream» и Eclair от «ACINQ» относятся к числу самых популярных технических решений для простой установки Lightning Network на ваше устройство после скачивания.
Также стоит иметь в виду, что минимальная сумма для проведения транзакции через Lightning Network составляет 0,00000001 BTC, что равно одному сатоши. Этот факт свидетельствует о том, что эта децентрализованная экосистема может стать наилучшим выбором для создания стабильной пиринговой электронной денежной системы и отличной альтернативой существующим в настоящее время платёжным системам.
