Das Bitcoin Lightning Network - Ein Leitfaden f√ľr Einsteiger
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Das Bitcoin Lightning Network - Ein Leitfaden f√ľr Einsteiger

Das Bitcoin Lightning Network - Ein Leitfaden f√ľr Einsteiger

Anfänger
Veröffentlicht Nov 28, 2018Aktualisiert May 15, 2024
20m

Wichtigste Punkte:

  • Layer-2-L√∂sungen wurden entwickelt, um die inh√§renten Skalierbarkeitsgrenzen der Blockchain-Technologie zu √ľberwinden.

  • Das Lightning Network ist eine Layer-2-Skalierungsl√∂sung, die nicht nur kosteng√ľnstige, sondern auch schnelle Transaktionen erm√∂glicht, da keine Blockbest√§tigungen abgewartet werden m√ľssen. Es eignet sich daher f√ľr Mikrotransaktionen.

  • Das Lightning Network gew√§hrleistet sichere und skalierbare Zahlungen mithilfe von Multisignatur-Adressen und Hash Timelock Contracts (HTLCs).

Einf√ľhrung

Kryptowährungen haben einige ziemlich einzigartige Eigenschaften. Sie sind fast unmöglich zu hacken oder lahmzulegen und erlauben Werttransfers rund um die Welt, ohne dass ein Intermediär erforderlich ist.

Um diese Eigenschaften zu gew√§hrleisten, sind betr√§chtliche Kompromisse vonn√∂ten. Die gro√üe Anzahl der am Betrieb eines Kryptow√§hrungsnetzwerkes beteiligten Knoten f√ľhrt dazu, dass der Durchsatz begrenzt ist. So ist die Menge der Transaktionen pro Sekunde (TPS), die ein Blockchain-Netzwerk verarbeiten kann, relativ gering f√ľr eine Technologie, die f√ľr eine breite Anwendung gedacht ist.

Um die inh√§renten Beschr√§nkungen der Blockchain-Technologie zu √ľberwinden und die TPS zu erh√∂hen, wurde eine Reihe von Skalierbarkeitsl√∂sungen vorgeschlagen. In diesem Artikel befassen wir uns mit dem Lightning Network, einer Erweiterung des Bitcoin-Protokolls, die das Skalierbarkeitsproblem beheben soll.

Was ist das Lightning Network?

Das Lightning Network ist ein Netzwerk, das auf einer Blockchain aufbaut und schnelle Peer-to-Peer-Transaktionen erm√∂glicht. Es ist nicht nur f√ľr Bitcoin gedacht ‚Äď auch andere Krypto-Plattformen haben die Layer-2-L√∂sung bereits integriert.

Du fragst dich vielleicht, was wir mit ‚Äěauf einer Blockchain aufbauen‚Äú meinen. Das Lightning Network ist eine sogenannte Off-Chain- oder Layer-2-L√∂sung. Es erm√∂glicht Transaktionen, die nicht einzeln auf der Blockchain aufgezeichnet werden.

Das Lightning Network ist vom Bitcoin-Netzwerk getrennt und hat seine eigenen Knoten und seine eigene Software, aber es kommuniziert trotzdem mit der Hauptkette. Um das Netzwerk aufzurufen oder es wieder zu verlassen, m√ľssen spezielle Transaktionen auf der Blockchain ausgef√ľhrt werden.

Bei deiner ersten Transaktion wird eine Art von Smart Contract f√ľr dich und einen anderen Nutzer erstellt. Wir gehen in K√ľrze auf die Details ein. Stell dir f√ľr den Moment einfach vor, dass der Smart Contract ein privates Ledger f√ľr dich und den anderen Nutzer verwaltet. In dieses Ledger k√∂nnt ihr eine Vielzahl von Transaktionen schreiben. Aufgrund einiger spezifischer Eigenschaften dieses Systems kann keiner den anderen betr√ľgen, und niemand au√üer euch kann die Transaktionen sehen.

Das Mini-Ledger wird als Channel (zu Deutsch: Kanal oder Zahlungskanal) bezeichnet. Nehmen wir an, Alice und Bob zahlen jeweils 5¬†BTC in den Smart Contract ein. In ihrem Channel haben sie dann beide ein Guthaben von 5¬†BTC. Alice k√∂nnte in das Ledger schreiben ‚ÄěAlice zahlt 1¬†BTC an Bob.‚Äú Bob h√§tte nun 6¬†BTC und Alice 4¬†BTC. Zu einem sp√§teren Zeitpunkt k√∂nnte Bob 2¬†BTC an Alice senden, wodurch die Guthaben auf 6¬†BTC (Alice) und 4¬†BTC (Bob) aktualisiert w√ľrden. Die beiden k√∂nnten noch viele weitere Transaktionen durchf√ľhren.

Sowohl Alice als auch Bob können jederzeit die aktuellen Guthaben des Channels auf der Blockchain veröffentlichen. Die Salden jeder Seite werden dann on-chain aufgezeichnet.

Wie der Name schon sagt, sind Lightning-Transaktionen blitzschnell. Die Nutzer m√ľssen keine Blockbest√§tigungen abwarten, sondern k√∂nnen Zahlungen so schnell abschlie√üen, wie ihre es Internetverbindung zul√§sst.

Warum braucht es das Lightning Network?

Bisher scheint das Lightning Network (oder einfach LN) die beste L√∂sung f√ľr die Skalierung der Bitcoin-Blockchain zu sein. In einem so riesigen √Ėkosystem ist es nicht einfach, Neuerungen einzuf√ľhren. Es besteht die Gefahr von Hard Forks und potenziell verheerenden Fehlern. Aufgrund der enormen Guthaben, die auf dem Spiel stehen, ist Experimentieren unglaublich gef√§hrlich.

F√ľhrt man Experimente au√üerhalb der Blockchain durch, ist man viel flexibler. Wenn etwas schief geht, hat das keine Auswirkungen auf das Bitcoin-Netzwerk. Layer-2-L√∂sungen beeintr√§chtigen nicht die Sicherheitsmechanismen, die das Hauptprotokoll seit √ľber 15¬†Jahren am Laufen halten.

Es besteht auch keine Notwendigkeit, von bew√§hrten Methoden abzur√ľcken. On-Chain-Transaktionen funktionieren f√ľr den Endnutzer weiterhin wie gewohnt, aber er hat nun zus√§tzlich die M√∂glichkeit, Off-Chain-Transaktionen durchzuf√ľhren.

Das Lightning Network hat mehrere Vorteile. Im Folgenden gehen wir auf einige der wichtigsten ein. 

Skalierbarkeit

Bitcoin-Bl√∂cke werden etwa alle zehn Minuten erstellt und haben nur Platz f√ľr eine bestimmte Anzahl von Transaktionen. Aufgrund der begrenzten Speicherkapazit√§t von Bl√∂cken konkurrieren die Nutzer darum, welche Transaktionen zuerst in einen Block aufgenommen werden. Da die Miner in erster Linie daran interessiert sind, bezahlt zu werden, bearbeiten sie zuerst Transaktionen, f√ľr die h√∂here Geb√ľhren gezahlt wurden.

Solange nicht viele Nutzer gleichzeitig versuchen, Mittel zu senden, ist dies kein Problem. Selbst wenn du eine niedrige Geb√ľhr festlegst, wird die Transaktion wahrscheinlich in den n√§chsten Block aufgenommen. Wenn jedoch zu viele Nutzer gleichzeitig Transaktionen ausf√ľhren, kann die durchschnittliche Geb√ľhr erheblich ansteigen. So hat sie schon verschiedene Male 10¬†USD √ľberschritten. Auf dem H√∂hepunkt des Bullenmarktes von 2017 sprang sie sogar auf √ľber 50¬†USD, was im April 2021 noch √ľbertroffen wurde, als die durchschnittliche Bitcoin-Transaktionsgeb√ľhr 60¬†Dollar √ľberstieg.

Bei Transaktionen im Wert von mehreren Tausend USD mag dies unbedeutend erscheinen, aber kleinere Zahlungen lohnen sich dann nicht. Wer will f√ľr einen Kaffee, der 3¬†USD kostet, eine Geb√ľhr von 10¬†USD zahlen?

Im Lightning Network fallen nur zwei Geb√ľhren an ‚Äď eine f√ľr das √Ėffnen und eine f√ľr das Schlie√üen eines Channels. Solange der Channel ge√∂ffnet ist, k√∂nnen du und deine Gegenpartei Tausende von Transaktionen kostenlos durchf√ľhren. Wenn ihr fertig seid, m√ľsst ihr einfach nur noch die Endguthaben auf der Blockchain ver√∂ffentlichen.

Je mehr Anwender auf Off-Chain-L√∂sungen wie das Lightning Network zur√ľckgreifen, desto effizienter wird der verf√ľgbare Block-Speicherplatz genutzt. Niedrigwertige, hochfrequente Transfers k√∂nnen in Zahlungskan√§len durchgef√ľhrt werden, w√§hrend der Block-Space f√ľr gr√∂√üere Transaktionen sowie das √Ėffnen und Schlie√üen von Channels verwendet wird. Dies w√ľrde das System einem wesentlich breiteren Nutzerkreis zug√§nglich machen und es langfristig skalierbar machen.

Mikrozahlungen

Bei Bitcoin gibt es einen Mindestbetrag, den du pro Transaktion senden musst, n√§mlich etwa 0,00000546¬†BTC. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels entspricht das etwa 0,38¬†USD. Dies ist nicht viel, aber das Lightning Network erm√∂glicht es dir sogar, die kleinste derzeit verf√ľgbare Bitcoin-Einheit zu √ľbertragen, n√§mlich einen Satoshi, der 0,00000001¬†BTC Wert ist.

Das Lightning Network ist f√ľr Mikrozahlungen sehr viel attraktiver. Innerhalb eines Channels kann man einen Bruchteil eines Bitcoins kostenlos senden. Im Gegensatz dazu sind √úbertragungen von kleinen Bitcoin-Mengen √ľber die Hauptkette aufgrund der vergleichsweisen hohen Geb√ľhren wenig interessant.

Mikrozahlungen eignen sich f√ľr eine Vielzahl von Anwendungen. Einige glauben, dass sie abonnementbasierte Modelle √ľberfl√ľssig machen k√∂nnten, da den Nutzern nun jedes Mal, wenn sie einen Dienst in Anspruch nehmen, ein geringer Betrag in Rechnung gestellt werden kann.

Datenschutz

Ein weiterer Vorteil des Lightning Network ist die hohe Vertraulichkeit. Die Parteien m√ľssen ihre Channels nicht im gesamten Netzwerk offenlegen. Man kann zwar auf der Blockchain sehen, dass ein Channel ge√∂ffnet wurde, aber die Transaktionen, die √ľber diesen Channel stattfinden, m√ľssen nicht sichtbar sein. Wenn sich die Teilnehmer daf√ľr entscheiden, ihren Channel privat zu halten, wissen nur sie, welche Transaktionen get√§tigt wurden.

Wenn Alice einen Channel mit Bob und Bob einen Channel mit Carol hat, k√∂nnen sich Alice und Carol √ľber Bob gegenseitig Mittel senden. Und wenn Dan mit Carol verbunden ist, kann Alice Zahlungen an ihn vornehmen. Du kannst dir vorstellen, dass dadurch ein umfangreiches Netzwerk miteinander verbundener Zahlungskan√§le entstehen kann. Nachdem der Channel geschlossen wurde, ist nicht mehr ersichtlich, an wen Alice Mittel gesendet hat.

Wie funktioniert das Lightning Network?

Wie du bisher gelernt hast, ermöglicht das Lightning Network Transaktionen zwischen Nutzern. Werfen wir nun einen Blick in die technischen Details.

Multisignatur-Adressen

Eine Multisignatur- oder Multisig-Adresse ist eine Adresse, bei der mehrere private Schl√ľssel zur Durchf√ľhrung von Transaktionen verwendet werden k√∂nnen bzw. m√ľssen. Bei der Erstellung legst du fest, wie viele private Schl√ľssel Mittel ausgeben k√∂nnen und wie viele dieser Schl√ľssel zum Signieren einer Transaktion erforderlich sind. Bei einem 1-von-5-System k√∂nnen beispielsweise f√ľnf Schl√ľssel eine g√ľltige Signatur erzeugen, wobei nur einer ben√∂tigt wird, um eine Transaktion zu signieren. Bei einem 2-von-3-System werden von drei Schl√ľsseln zwei gebraucht, um Kryptow√§hrungen √ľbertragen.

Bei der Einrichtung eines Lightning-Channels zahlen die Nutzer Mittel in eine 2-von-2-Multisig-Adresse ein. Nur zwei private Schl√ľssel k√∂nnen Transaktionen signieren und beide werden f√ľr die √úbertragung von Coins ben√∂tigt. Kehren wir an dieser Stelle zu unserem Beispiel mit Alice und Bob zur√ľck. Da sie in den kommenden Monaten viele Zahlungen untereinander t√§tigen werden, beschlie√üen sie, einen Lightning-Channel zu √∂ffnen.

Zunächst zahlen beide 3 BTC in die gemeinsame Multisig-Adresse ein. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass Bob ohne die Zustimmung von Alice keine Mittel von der Adresse abheben kann und umgekehrt.

Nach jeder Transaktion k√∂nnen sie nun einfach die neuen Guthaben auf einem Zettel notieren. Beide haben ein Startguthaben von 3¬†BTC. Wenn Alice eine Zahlung von 1¬†BTC an Bob leisten m√∂chte, warum nicht einfach festhalten, dass Alice jetzt 2¬†BTC und Bob 4¬†BTC besitzt? Sie k√∂nnen auf diese Weise so lange √ľber die Salden Buch f√ľhren, bis sie die Mittel wieder auf die Blockchain auszahlen m√∂chten.

Hier stellt sich aber die Frage: Ist es bei diesem System nicht wahrscheinlich, dass ein Nutzer in gewissen Situationen nicht kooperiert? Hat Alice am Ende 6¬†BTC und Bob keine, verliert Bob nichts (au√üer vielleicht seine Freundschaft mit Alice), wenn er seine Signatur f√ľr die Auszahlung der Mittel verweigert.

Hash Timelock Contracts (HTLCs)

Das obige System bietet keine nennenswerten Vorteile gegen√ľber fr√ľheren vertrauensbasierten Setups (‚ÄěTrusted Setups‚Äú). Interessant wird es jedoch, wenn wir einen Mechanismus einf√ľhren, der den ‚ÄěVertrag‚Äú zwischen Alice und Bob durchsetzt. H√§lt sich eine Partei nicht an die Regeln, hat die andere dennoch die M√∂glichkeit, ihre Mittel aus dem Channel abzuziehen.

Dieser Mechanismus ist als Hash Timelock Contract (HTLC) bekannt. Der Begriff mag abschrecken, aber es handelt sich eigentlich um ein ganz einfaches Konzept. Zwei Technologien (Hashlocks und Zeitsperren) werden kombiniert, um unkooperatives Verhalten in Zahlungskanälen zu unterbinden.

Ein Hashlock ist eine Bedingung, die verlangt, dass du nur dann Mittel ausgeben kannst, wenn du nachweisen kannst, dass du ein Geheimnis kennst. Der Sender hasht bestimmte Daten und f√ľgt den Hash der Transaktion hinzu. Der Empf√§nger kann die Mittel nur ausgeben, wenn er die Originaldaten (das Geheimnis) liefert, die dem Hash entsprechen, und das kann er nur, wenn der Sender ihm diese zur Verf√ľgung stellt.

Eine Zeitsperre ist eine Bedingung, die verhindert, dass du deine Mittel vor einem bestimmten Zeitpunkt ausgibst. Sie wird entweder als tatsächliche Zeit oder als eine bestimmte Blockhöhe angegeben.

Bei HTLCs werden Hashlocks und Zeitsperren kombiniert. In der Praxis k√∂nnen HTLCs verwendet werden, um Zahlungen an bestimmte Bedingungen zu kn√ľpfen. Der Empf√§nger muss eine geheime Information vor Ablauf einer bestimmten Zeit bereitstellen, andernfalls kann der Sender die Mittel zur√ľckfordern.

√Ėffnen und Schlie√üen von Kan√§len

Kommen wir zur√ľck auf das Beispiel von Alice und Bob, die gerade Transaktionen zur √úbertragung von Mitteln an eine gemeinsame Multisig-Adresse erstellt haben. Diese Transaktionen sind aber noch nicht auf der Blockchain aufgezeichnet worden. Dazu ist ein Zwischenschritt erforderlich.

Drei Coins von Bob und drei Coins von Alice.

Drei Coins von Bob und drei Coins von Alice.

Denk daran, dass diese Coins nur aus dem Channel abgezogen werden k√∂nnen, wenn Alice und Bob gemeinsam eine Transaktion signieren. M√∂chte Alice alle sechs Coins an eine externe Adresse senden, braucht sie Bobs Zustimmung. Sie erstellt zun√§chst eine Transaktion (‚Äěsechs Bitcoins an Adresse¬†X‚Äú) und signiert sie.

Sie k√∂nnte versuchen, die Transaktion sofort zu √ľbermitteln, aber ohne Bobs Genehmigung w√§re sie ung√ľltig. Alice muss ihm die unvollst√§ndige Transaktion zuerst vorlegen. Erst mit seiner Signatur wird sie g√ľltig.

Bis jetzt gibt es aber noch keine Garantie daf√ľr, dass alle Akteure ehrlich bleiben. Wie gesagt, sind deine Mittel blockiert, wenn die andere Partei sich weigert zu kooperieren. Kommen wir nun zu dem Mechanismus, der unkooperatives Verhalten verhindern soll. In diesem Zusammenhang m√ľssen wir auf verschiedene Aspekte eingehen, also habe bitte etwas Geduld.

Jede Partei muss sich eine geheime Information ausdenken ‚Äď nennen wir diese einfach Geheimnisse As und Bs. Sie w√§ren keine Geheimnisse mehr, wenn Alice und Bob sie preisgeben w√ľrden, also behalten sie sie vorerst f√ľr sich. Die beiden generieren die Hashes der jeweiligen Geheimnisse ‚Äď h(As) und h(Bs). Anstatt ihre Geheimnisse zu teilen, tauschen sie die Hashes untereinander aus.

Alice und Bob teilen die Hashes ihrer Geheimnisse miteinander.

Alice und Bob teilen die Hashes ihrer Geheimnisse miteinander.

Bevor sie ihre ersten Transaktionen an die Multisig-Adresse senden k√∂nnen, m√ľssen Alice und Bob zun√§chst eine sogenannte Commitment-Transaktion ausf√ľhren. Sie dient als Nachweis f√ľr den Fall, dass die andere Partei beschlie√üt, die Mittel im Channel zu blockieren.

Wenn du dir einen Channel als Mini-Ledger vorstellst, dann sind die Commitment-Transaktionen die Einträge bzw. Buchungen im Ledger. Mit jeder Commitment-Transaktion werden die Channel-Guthaben der beiden Nutzer aktualisiert.

Alices Commitment-Transaktion meldet zwei Salden: 3 BTC in Alices Adresse und 3 BTC in einer neuen Multisig-Adresse. Alice signiert die Transaktion und leitet sie an Bob weiter.

Alices Transaktion mit zwei Salden ‚Äď 3¬†BTC in Alices Adresse und 3¬†BTC in einer neuen Multisig-Adresse. Sie ben√∂tigt immer noch Bobs Signatur, damit die Transaktion g√ľltig wird.

Alices Transaktion mit zwei Salden ‚Äď 3¬†BTC in Alices Adresse und 3¬†BTC in einer neuen Multisig-Adresse. Sie ben√∂tigt immer noch Bobs Signatur, damit die Transaktion g√ľltig wird.

Bob erstellt ebenfalls eine Transaktion mit zwei Salden ‚Äď 3¬†BTC in seiner Adresse und 3¬†BTC in einer Multisig-Adresse. Er signiert die Transaktion und √ľbermittelt sie an Alice.

Zwei unvollständige Transaktionen, die fast identisch sind.

Zwei unvollständige Transaktionen, die fast identisch sind.

Normalerweise k√∂nnte Alice der Transaktion von Bob eine Signatur hinzuf√ľgen, damit sie g√ľltig wird. Allerdings haben wir auf die 2-von-2-Multisig-Adresse, von der die Mittel gesendet werden, noch gar nichts eingezahlt. Das ist so √§hnlich, als ob man versuchen w√ľrde, mit einer Debitkarte zu zahlen, deren Konto leer ist. Die teilweise signierten Transaktionen k√∂nnen erst verwendet werden, nachdem die Multisig-Adressen vollst√§ndig eingerichtet wurden.¬†

Die neuen Multisig-Adressen (an die die 3-BTC-Zahlungen gehen sollen) weisen einige besondere Eigenschaften auf. Schauen wir uns die unvollständige Transaktion an, die Alice signiert und an Bob weitergeleitet hat. Die Guthaben in der Multisig-Adresse können unter folgenden Voraussetzungen ausgegeben werden:

  1. Beide Parteien signieren die Transaktion.

  2. Bob kann die Mittel nach einer bestimmten Zeit (nach der Zeitsperre) alleine, d. h. ohne die Zustimmung von Alice, ausgeben.

  3. Alice kann die Mittel ausgeben, wenn sie Bobs Geheimnis Bs kennt.

Die Multisig-Guthaben aus der Transaktion, die Bob an Alice weitergeleitet hat, können unter folgenden Voraussetzungen ausgegeben werden:

  1. Beide Parteien signieren die Transaktion.

  2. Alice kann die Mittel nach einer bestimmten Zeit (nach der Zeitsperre) alleine ausgeben.

  3. Bob kann die Mittel ausgeben, wenn er Alices Geheimnis As kennt.

Bedenke, dass zu diesem Zeitpunkt keine Partei das Geheimnis der anderen kennt, sodass Bedingung 3 noch nicht erf√ľllt werden kann. Du solltest zudem beachten, dass deine Gegenpartei die Mittel sofort ausgeben kann, wenn du eine Transaktion signierst, da keine weiteren Bedingungen festgelegt wurden. Du hingegen musst entweder warten, bis die Zeitsperre abgelaufen ist. Erst dann kannst du die Mittel ohne Genehmigung des anderen Nutzers ausgeben. Oder du kooperierst ‚Äď dann kannst du sofort auf die Mittel zugreifen.

Jetzt kannst du also Transaktionen an die 2-von-2-Multisig-Adresse senden und dir sicher sein, dass du deine Mittel auch dann zur√ľckerh√§ltst, wenn die andere Partei den Channel verl√§sst.

Sobald die Transaktionen bestätigt wurden, ist der Channel aktiviert und nutzbar. Das erste Transaktionspaar zeigt uns die aktuellen Salden des Mini-Ledgers. Derzeit haben Bob und Alice je 3 BTC.

Wenn Alice eine neue Zahlung an Bob leisten m√∂chte, erstellen die beiden zwei neue Transaktionen, die das erste Transaktionspaar ersetzen. Sie gehen wieder auf die gleiche Weise vor, nur dass sie ein neues Geheimnis verwenden und neue Hashes f√ľr diese n√§chste Transaktionsrunde erzeugen.

Wenn Alice 1 BTC an Bob zahlen möchte, schreiben die zwei neuen Transaktionen Alice 2 BTC und Bob 4 BTC gut. Die Channel-Guthaben werden entsprechend aktualisiert.

 Wenn Alice 1 BTC an Bob zahlen möchte, schreiben die neuen Transaktionen Alice 2 BTC und Bob 4 BTC gut. Die Channel-Guthaben werden entsprechend aktualisiert.

Jede Partei kann jederzeit eine der neuesten Transaktionen signieren und an die Blockchain senden, damit die aktuellen Salden dort erfasst werden. Allerdings kann die Partei, die dies tut, erst nach Ablauf der Zeitsperre √ľber die Mittel verf√ľgen. Die andere Partei kann sie hingegen sofort verwenden. Wenn Bob die Transaktion von Alice signiert und auf der Blockchain ver√∂ffentlicht, kann Alice die Kryptos sofort ausgeben.

Der einfachste und schnellste Weg, die Mittel wieder auf die Blockchain (on-chain) zu bringen, ist, wenn beide Parteien den Kanal gemeinsam schlie√üen (kooperatives Schlie√üen). Gelingt dies nicht, da eine Partei nicht reagiert oder nicht kooperieren will, kann die andere Partei ihre Mittel wie gesagt zur√ľckerhalten, indem sie das Ende der Zeitsperre abwartet.

Wie verhindert das Lightning Network Betrug?

Vielleicht hast du hier einen m√∂glichen Angriffspunkt erkannt. Angenommen, Bobs Guthaben betr√§gt derzeit 1¬†BTC, was h√§lt ihn dann davon ab, eine √§ltere Transaktion an die Blockchain zu senden, die noch einen h√∂heren Saldo anzeigt? Da er ja bereits die halb signierte Transaktion von Alice erhalten hat, m√ľsste er doch nur noch seine Signatur hinzuf√ľgen und sie √ľbermitteln, richtig?

Nichts hindert Bob daran, dies zu tun. Aber: Er riskiert, sein gesamtes Guthaben zu verlieren. Nehmen wir an, er √ľbermittelt eine alte Transaktion an die Blockchain, die einen Saldo von 1 Coin f√ľr Alice und einen Saldo von 5 Coins in der Multisig-Adresse meldet.

Alice erh√§lt ihren Coin sofort. Bob hingegen muss warten, bis der Zeitstempel abl√§uft, um Zahlungen von der Multisig-Adresse aus t√§tigen zu k√∂nnen. Erinnerst du dich an die andere Bedingung, die es Alice erm√∂glicht, die Mittel sofort auszugeben? Daf√ľr muss sie jedoch Bobs Geheimnis kennen, was sie damals noch nicht tat ‚Äď jetzt aber schon. Mit dem Beginn der zweiten Transaktionsrunde hat Bob sein Geheimnis an Alice verraten.

W√§hrend Bob herumsitzt und nichts tun kann, bis die Zeitsperre abl√§uft, hat Alice die M√∂glichkeit, die Mittel auszuzahlen. Dieser Strafmechanismus sorgt daf√ľr, dass die Akteure gar nicht erst versuchen, zu betr√ľgen, da ansonsten die andere Partei ihre Coins erh√§lt.

Weiterleitung von Zahlungen

Wie bereits erw√§hnt k√∂nnen verschiedene Channels miteinander verbunden werden. Andernfalls w√§re das Lightning Network f√ľr Zahlungen nicht besonders geeignet. Oder w√ľrdest du wirklich 500¬†USD im Channel eines Caf√©s sperren, nur damit du f√ľr die n√§chsten paar Monate deine t√§gliche Dosis Koffein bekommst?

Das ist nicht n√∂tig. Wenn Alice einen Channel mit Bob einrichtet und Bob bereits einen Channel mit Carol hat, kann Bob Zahlungen zwischen den beiden weiterleiten. Das Lightning Network erm√∂glicht Zahlungen √ľber mehrere Zwischenstationen, sogenannte ‚ÄěHops‚Äú. Dies bedeutet, dass Alice jeden bezahlen kann, der mit einem anderen Knoten im Netzwerk verbunden ist.

In diesem Beispiel gibt es mehrere Wege, auf denen die Mittel von Alice zu Frank gelangen k√∂nnen. In der Praxis wird dies immer √ľber den schnellsten Weg geschehen.

In diesem Beispiel gibt es mehrere Wege, auf denen die Mittel von Alice zu Frank gelangen k√∂nnen. In der Praxis wird dies immer √ľber den schnellsten Weg geschehen.

Die Knoten k√∂nnen f√ľr das Weiterleiten eine geringe Geb√ľhr verlangen (ob sie dies tun, bleibt ihnen √ľberlassen). Das Lightning Network ist noch relativ neu, weshalb sich ein sogenannter Geb√ľhrenmarkt erst noch entwickeln muss. Viele erwarten, dass sich die Geb√ľhren nach der bereitgestellten Liquidit√§t richten werden.

Auf der Basis-Blockchain h√§ngt die Geb√ľhr nur von dem Speicherplatz ab, den deine Transaktion in einem Block beansprucht. Der √ľbertragene Betrag ist unerheblich ‚Äď Zahlungen von 1¬†USD und 10.000.000¬†USD kosten gleich viel. Im Gegensatz dazu gibt es im Lightning Network keinen Blockplatz.¬†

Stattdessen gibt es sogenannte lokale Guthaben und Remote-Guthaben. Das lokale Guthaben ist der Betrag, den du an die andere Partei des Channels senden kannst, während das Remote-Guthaben der Betrag ist, den die andere Partei an dich senden kann.

Beispiel: Schauen wir uns einen der oben genannten Zahlungswege zwischen Alice, Carol und Frank genauer an.

Guthaben der Nutzer vor und nach einer Übertragung von 0,3 BTC von Alice an Frank.

Guthaben der Nutzer vor und nach einer Übertragung von 0,3 BTC von Alice an Frank.

Der Channel von Alice und Carol und der von Carol und Frank enthalten jeweils insgesamt 1¬†BTC. Das lokale Guthaben von Alice betr√§gt 0,7¬†BTC. Wenn die Guthaben zu diesem Zeitpunkt der Blockchain gemeldet w√ľrden, h√§tte Alice 0,7¬†BTC (lokales Guthaben) und Carol 0,3¬†BTC (Remote-Guthaben).

Wenn Alice 0,3¬†BTC an Frank senden will, √ľbertr√§gt sie 0,3¬†BTC auf Carols Seite des Channels. Dann sendet Carol von ihrem lokalen Guthaben im anderen Channel 0,3¬†BTC an Frank. Folglich bleibt Carols Guthaben gleich: die +0,3¬†BTC von Alice und -0,3¬†BTC an Frank heben sich gegenseitig auf.

Carol verliert durch das Weiterleiten der Mittel zwar kein Guthaben, aber sie verliert an Flexibilit√§t. Wie du siehst, kann sie jetzt √ľber den entsprechenden Channel 0,6¬†BTC an Alice senden, aber nur 0,1¬†BTC an Frank.

Stell dir ein Szenario vor, in dem Alice nur √ľber einen Channel (den mit Carol) verf√ľgt, w√§hrend Frank mit einem ganzen Netzwerk von Knoten verbunden ist. Carol konnte bisher 0,4¬†BTC √ľber Frank an andere senden, jetzt aber nur noch 0,1¬†BTC.

In diesem Beispiel verringern die Transaktionen von Alice die Liquidit√§t von Carol. Ohne einen Anreiz wird Carol ihre eigene Liquidit√§tsposition aber nicht schw√§chen wollen. Sie k√∂nnte daher eine Geb√ľhr von beispielsweise 10¬†Satoshis f√ľr die Weiterleitung von 0,01¬†BTC verlangen. Je mehr lokales Guthaben sie weiterleitet, desto mehr verdient sie.

Wie bereits erw√§hnt, ist es den Knoten freigestellt, ob sie eine Geb√ľhr f√ľr das Weiterleiten erheben oder nicht. Einige st√∂rt eine Verringerung ihrer Liquidit√§t vielleicht nicht. Die Sender haben ihrerseits auch die M√∂glichkeit, einen Channel mit dem Empf√§nger zu √∂ffnen, wenn sie ihre Mittel nicht √ľber andere Knoten schicken wollen.

Limitationen des Lightning Network

Es w√§re fantastisch, wenn sich das Lightning Network als die L√∂sung f√ľr alle Skalierbarkeitsprobleme von Bitcoin erweisen w√ľrde. Leider hat es aber auch gewisse Schw√§chen.¬†

Nutzerfreundlichkeit

Bitcoin ist f√ľr Anf√§nger nicht besonders intuitiv. Die ganzen Adressen, Geb√ľhren usw. k√∂nnen verwirrend sein. Nach der Einrichtung eines Lightning-Clients m√ľssen die Nutzer zuerst einmal Channels √∂ffnen, bevor sie Zahlungen vornehmen k√∂nnen. Dies kann viel Zeit in Anspruch nehmen. Dar√ľber hinaus k√∂nnen Neulinge mit Begriffen wie Inbound- und Outbound-Kapazit√§t schnell √ľberfordert sein.

Das Netzwerk nimmt jedoch st√§ndig Verbesserungen vor, um die Einstiegsh√ľrden zu senken und die Nutzererfahrung zu steigern.

Liquidität

Einer der gr√∂√üten Kritikpunkte am Lightning Network ist, dass die M√∂glichkeiten der Nutzer zur Durchf√ľhrung von Transaktionen eingeschr√§nkt sein k√∂nnen. Zum einen kannst du nicht mehr Kryptos ausgeben, als du in einen Channel eingezahlt hast. Wenn du dein gesamtes lokales Guthaben ausgegeben hast, sodass die gesamten Mittel als Remote-Guthaben auf der anderen Seite des Channels liegen, musst du den Kanal schlie√üen. Alternativ kannst du warten, bis du √ľber diesen Channel eine Zahlung erh√§ltst, aber das ist auch nicht ideal.

Zum anderen k√∂nnen die Zahlungswege aufgrund der limitierten Gesamtkapazit√§t einzelner Channels eingeschr√§nkt sein. Kommen wir noch einmal auf das Beispiel von Alice, Carol und Frank zur√ľck. Wenn die Kapazit√§t des Channels von Alice und Carol 5¬†BTC betr√§gt, die des Channels von Carol und Frank aber nur 1¬†BTC, kann Alice nie mehr als 1¬†BTC senden. Selbst dann m√ľsste sich das gesamte Guthaben auf Carols Seite im Channel von Carol und Frank befinden, damit die Transaktion erfolgreich ist. Dies kann die Menge an Mitteln, die im Netzwerk √ľbertragen werden k√∂nnen, stark limitieren, was sich negativ auf die Nutzerfreundlichkeit auswirkt.

Zentralisierte Hubs

Aufgrund der im vorigen Abschnitt erw√§hnten Einschr√§nkungen besteht die Gefahr, dass sich im Netzwerk massive ‚ÄěHubs‚Äú bilden, d.¬†h. gro√üe, stark vernetzte Knoten mit viel Liquidit√§t, √ľber die alle gr√∂√üeren Zahlungen geleitet werden m√ľssen.

Dies ist nat√ľrlich nicht w√ľnschenswert und w√ľrde das System schw√§chen. Wenn einer dieser Hubs offline geht, wird die Vernetzung der anderen Knoten erheblich beeintr√§chtigt. Es besteht auch ein erh√∂htes Risiko der Zensur, da es nur wenige Punkte gibt, √ľber die Transaktionen abgewickelt werden k√∂nnen.

Der aktuelle Zustand des Lightning Network

Im M√§rz 2024 sieht das Lightning Network robust aus. Es verf√ľgt √ľber mehr als 13.000 Online-Knoten, mehr als 52.000 aktive Kan√§le und eine Kapazit√§t von knapp √ľber 4.570¬†BTC.

Weltweite Verteilung von Lightning Network-Knoten. Quelle: explorer.acinq.co

Weltweite Verteilung der Lightning Network-Knoten.

Es gibt eine Reihe verschiedener Implementierungen von Lightning Network-Knoten. c-lightning von Blockstream, Lightning Network Daemon von Lightning Labs und Eclair von ACINQ sind einige Beispiele. F√ľr technisch weniger versierte Nutzer bieten viele Unternehmen Plug-and-Play-L√∂sungen zum Betrieb eines Knotens an. Du brauchst nur das Ger√§t einzuschalten, und schon kannst du dich am Lightning Network beteiligen.

Fazit

Seit dem Start des Mainnet im Jahr 2018 hat das Lightning Network ein erhebliches Wachstum verzeichnet. In Bezug auf die Nutzerfreundlichkeit gibt es noch gewisse Herausforderungen. Zum Beispiel erfordert der Betrieb eines Lightning-Knotens immer noch ein gewisses Ma√ü an technischem Wissen. Angesichts der enormen Entwicklung ist es jedoch wahrscheinlich, dass die Einstiegsh√ľrden mit der Zeit sinken.

Weiterf√ľhrende Lekt√ľre

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