Inhalt
Einführung
Was ist das Lightning Netzwerk?
Was Sie mit Ihrer ersten Transaktion tatsächlich tun, ist eine Art Smart Contract mit einem anderen Nutzer abzuschließen. Wir werden in Kürze auf die Einzelheiten eingehen – für den Moment denken Sie nur an den Smart Contract, der ein privates Ledger mit dem anderen Nutzer führt. Sie können viele Transaktionen in dieses Ledger schreiben. Sie sind nur für Sie und Ihre Gegenpartei sichtbar, aber keiner von Ihnen kann aufgrund einiger Besonderheiten der Einrichtung betrügen.
Beide können jederzeit den aktuellen Status des Channels in der Blockchain veröffentlichen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Salden auf jeder Seite des Channels den jeweiligen Parteien in der Chain zugewiesen.
Warum ist das Lightning Network notwendig?
Wenn man dieses Experiment von der Blockchain wegbewegt, hat man viel mehr Flexibilität. Wenn etwas schief geht, wird es keine Auswirkungen auf das eigentliche Bitcoin-Netzwerk haben. Layer-Two-Lösungen untergraben keine der Sicherheitsannahmen, die das Protokoll über 10+ Jahre am Laufen gehalten haben.
Es besteht auch keine Verpflichtung, von der alten Vorgehensweise abzuweichen. On-Chain-Transaktionen funktionieren weiterhin wie gewohnt für den Endbenutzer, aber er hat nun die Möglichkeit, auch Off-Chain Transaktionen zu tätigen.
Die Nutzung des Lightning Network hat mehrere Vorteile. Wir werden uns einige der wichtigsten weiter unten ansehen.
Skalierbarkeit

Durchschnittliche Bitcoin-Transaktionsgebühr (in USD)
Das mag für Transaktionen, bei denen Bitcoin im Wert von Tausenden von Dollar bewegt wird, unbedeutend erscheinen, aber für kleinere Zahlungen ist es nicht nachhaltig. Wer möchte für einen Kaffee im Wert von 3 Dollar mit einer Gebühr von 5 Dollar bezahlen?
Beim Lightning Network zahlen Sie immer noch zwei Gebühren – eine, um Ihren Channel zu öffnen, und eine weitere, um ihn zu schließen. Aber Sie und Ihre Gegenpartei können Tausende von Transaktionen kostenlos durchführen, sobald der Channel geöffnet ist. Sobald Sie fertig sind, müssen Sie nur noch den Endstatus in der Blockchain veröffentlichen.
Im Großen und Ganzen wird der Block-Space effizienter genutzt, wenn sich mehr Nutzer auf Off-Chain-Lösungen wie das Lightning Network verlassen. Niedrigwertige, hochfrequente Transfers könnten in Zahlungskanälen durchgeführt werden, während der Block-Space für größere Transaktionen und das Öffnen/Schließen von Channels genutzt wird. Dies würde das System einer wesentlich breiteren Nutzerbasis zugänglich machen und es langfristig skalierbar machen.
Micropayments
Lightning ist viel attraktiver für Micropayments. Die Gebühren für regelmäßige Transaktionen machen es unpraktisch, winzige Beträge über die Main-Chain zu transferieren. Innerhalb eines Channels können Sie jedoch problemlos einen Bruchteil eines Bruchteils einer Bitcoin kostenlos versenden.
Micropayments eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen. Einige spekulieren, dass sie ein gangbarer Ersatz für abonnementbasierte Modelle sein könnten, bei denen die Nutzer stattdessen jedes Mal, wenn sie einen Dienst nutzen, winzige Beträge zahlen.
Datenschutz
Wenn Alice einen Channel mit Bob und Bob einen Channel mit Carol hat, können Alice und Carol über Bob Zahlungen an den jeweils anderen senden. Wenn Dan mit Carol verbunden ist, kann Alice Zahlungen an ihn senden. Sie können sich vorstellen, dass sich dies zu einem ausgedehnten Netzwerk von miteinander verbundenen Channels ausweitet. In einer solchen Konstellation könnten Sie nicht sicher sein, an wen Alice Gelder geschickt hat, sobald der Channel geschlossen ist.
Wie funktioniert das Lightning Network?
Wir haben erklärt, wie sich das Lightning Network grundsätzlich auf Channels zwischen diversen Nodes stützt. Lassen Sie uns nun einen Blick unter die Haube werfen.
Multisignatur-Adressen
Dies beginnt damit, dass beide beispielsweise je 3 BTC in die gemeinsame Multisig-Adresse einzahlen. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass Bob keine Gelder aus der Adresse bewegen kann, ohne dass Alice zustimmt, oder umgekehrt.
Jetzt könnten sie einfach auf einem Blatt Papier das Guthaben auf jeder Seite festhalten. Beide haben eine Startbilanz von 3 BTC. Wenn Alice eine Zahlung von 1 BTC an Bob leisten möchte, warum nicht einfach vermerken, dass Alice jetzt 2 BTC und Bob 4 BTC besitzt? Die Guthaben könnten auf diese Weise verfolgt werden, bis sie beschließen, die Gelder auszuzahlen.
Das ist möglich, aber wo ist der Spaß dabei? Wichtiger noch: Macht es das nicht für jemanden unglaublich einfach, nicht zu kooperieren? Wenn Alice am Ende 6 BTC hat und Bob keine, verliert Bob nichts, wenn er sich weigert, die Gelder freizugeben (außer vielleicht seine Freundschaft mit Alice).
Hash Timelock Contracts (HTLCs)
Das obige System ist langweilig und bietet im Vergleich zu den heutigen vertrauenswürdigen Einrichtungen nicht viel. Es wird noch viel interessanter, wenn wir einen Mechanismus einführen, der den “Vertrag” zwischen Alice und Bob durchsetzt. Wenn eine der Parteien beschließt, sich nicht an die Regeln zu halten, dann hat die andere Partei immer noch ein Mittel, um ihre Gelder aus dem Channel herauszuholen.
HTLCs werden durch die Kombination von Hashlocks und Timelocks erstellt. In der Praxis können HTLCs verwendet werden, um bedingte Zahlungen zu erstellen – der Empfänger muss vor einer bestimmten Zeit ein Geheimnis angeben, oder der Sender kann die Gelder zurückfordern. Dieser nächste Teil lässt sich wahrscheinlich besser mit einem Beispiel erklären, also kommen wir auf Alice und Bob zurück.
Öffnen und Schließen von Kanälen
Wir haben das Beispiel von Alice und Bob angeführt, die gerade Transaktionen zur Finanzierung der Multisignatur-Adresse, die sie teilen werden, transferiert haben. Aber diese Transaktionen sind noch nicht in der Blockchain veröffentlicht! Wir müssen zuerst noch einen Schritt ausführen.

Drei Coins von Bob und drei Coins von Alice.
Sie könnte versuchen, die Transaktion sofort zu übertragen, aber sie wäre ungültig, weil Bob seine Signatur nicht beigefügt hat. Alice muss ihm die unvollständige Transaktion zuerst geben. Sobald er seine Signatur hinzufügt, wird sie gültig.
Wir haben immer noch keinen Mechanismus geschaffen, der dafür sorgt, dass alle ehrlich bleiben. Wie wir bereits gesagt haben, sind Ihre Gelder, wenn Ihr Kontrahent sich weigert zu kooperieren, effektiv blockiert. Lassen Sie uns zu dem Mechanismus kommen, der dies verhindert. Es gibt ein paar verschiedene Komponenten, also haben Sie Geduld mit uns.
Jede Partei muss sich ein Geheimnis ausdenken – nennen wir diese einfach As und Bs. Es wären keine Geheimnisse, wenn Alice und Bob sie verraten würden, also werden sie vorerst versteckt gehalten. Das Paar wird die Hashes – h(As) und h(Bs) der jeweiligen Geheimnisse erzeugen. Anstatt also ihre Geheimnisse zu teilen, teilen sie diese Hashes miteinander.

Alice und Bob teilen die Hashes ihrer Geheimnisse miteinander.
Wenn Sie an einen Kanal wie das bereits erwähnte Mini-Ledger denken, dann sind die Verpflichtungstransaktionen die Aktualisierungen, die Sie im Ledger vornehmen. Jedes Mal, wenn Sie ein neues Paar von Verpflichtungstransaktionen erstellen, gleichen Sie die Mittel zwischen den beiden Teilnehmern neu aus.

Alices Transaktion mit zwei Ausgaben – eine an ihre eigene Adresse und eine an eine neue Multisig. Sie benötigt immer noch Bobs Signatur, um sie gültig zu machen.
Bob macht dasselbe – eine Ausgabe bezahlt ihn selbst, die andere bezahlt eine andere Multisig-Adresse. Er unterschreibt sie und gibt sie an Alice weiter.

Wir haben zwei unvollständige Transaktionen, die sehr ähnlich sind.
Die neuen Multisignatur-Adressen (für die die 3 BTC-Ausgaben bestimmt sind) haben einige besondere Eigenschaften. Schauen wir uns die unvollständige Transaktion an, die Alice signiert und an Bob weitergegeben hat. Die Multisig-Ausgabe kann unter den folgenden Bedingungen ausgegeben werden:
Beide Parteien können ihn kooperativ unterzeichnen.
- Bob kann sie nach einer gewissen Zeit (aufgrund unseres Timelocks) für sich selbst ausgeben.
- Alice kann es ausgeben, wenn sie Bobs Geheimnis Bs kennt.
Für die Transaktion, die Bob an Alice gegeben hat:
Beide Parteien können sie kooperativ unterzeichnen.
- Alice kann sie nach einer gewissen Zeit selbst ausgeben.
- Bob kann es ausgeben, wenn er Alices Geheimnis As kennt.
Bedenken Sie, dass keine der beiden Parteien das Geheimnis der anderen kennt, so dass die 3. Bedingung noch nicht zutrifft. Eine weitere Sache, die zu beachten ist, ist, dass, wenn Sie eine Transaktion unterzeichnen, Ihre Gegenpartei diese sofort ausgeben kann, weil es keine besonderen Bedingungen für ihre Ausgabe gibt. Sie können entweder den Ablauf der Frist abwarten, um die Mittel selbst auszugeben, oder Sie können mit der Gegenpartei zusammenarbeiten, um sie sofort auszugeben.
Okay! Jetzt können Sie die Transaktionen in der ursprünglichen 2-von-2-Multisignatur-Adresse veröffentlichen. Sie können jetzt sicher sein, dass Sie Ihre Gelder zurückholen können, weil Ihre Gegenpartei den Kanal verlässt.
Sobald die Transaktionen bestätigt sind, ist der Kanal einsatzbereit. Dieses erste Paar von Transaktionen zeigt uns den aktuellen Stand des Mini-Ledgers. Derzeit werden 3 BTC an Bob und 3 BTC an Alice ausgezahlt.
Wenn Alice eine neue Zahlung an Bob leisten möchte, erstellt das Paar zwei neue Transaktionen, um den ersten Satz zu ersetzen. Die Vorgehensweise ist die gleiche – sie sind nur halb unterzeichnet. Alice und Bob geben jedoch zunächst ihre alten Geheimnisse preis und tauschen neue Hashes für die nächste Transaktionsrunde aus.

Wenn Alice z. B. 1 BTC an Bob zahlen wollte, würden die beiden neuen Transaktionen 2 BTC an Alice und 4 BTC an Bob gutschreiben. Auf diese Weise wird der Saldo aktualisiert.
Jede Partei kann jederzeit eine der jüngsten Transaktionen unterzeichnen, um sie auf der Blockchain zu “abzurechnen”. Aber welche Partei dies auch immer tut, sie muss warten, bis die Timelock-Sperrfrist abgelaufen ist, während die andere Partei diese sofort ausgeben kann. Denken Sie daran: Wenn Bob Alices Transaktion unterzeichnet und überträgt, hat sie jetzt eine Ausgabe ohne Bedingungen.
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Wie verhindert das Lightning Network Betrug?
Alice erhält ihre Coin sofort. Bob hingegen muss warten, bis das Timelock abgelaufen ist, um von der Multisig-Adresse aus auszugeben. Erinnern Sie sich an die andere von uns erwähnte Bedingung, die es Alice erlauben würde, die gleichen Gelder sofort auszugeben? Sie braucht ein Geheimnis, das sie damals noch nicht hatte. Jetzt hat sie es – sobald die zweite Runde von Transaktionen ins Leben gerufen wurde, hat Bob dieses Geheimnis preisgegeben.
Während Bob herumsitzt und nichts tun kann, während er darauf wartet, dass das Timelock-Zeitlimit abläuft, kann Alice diese Gelder transferieren. Dieser auf Bestrafung basierende Mechanismus bedeutet, dass die Teilnehmer höchstwahrscheinlich nicht versuchen werden, zu betrügen, da der Partner Zugang zu ihren Coins erhält.
Weiterleitung von Zahlungen
Wir haben dies bereits erwähnt – Kanäle können verbunden werden. Das Lightning Network wäre sonst für Zahlungen nicht so nützlich. Aber wollen Sie wirklich 500 Euro in einen Kanal mit einem Café stecken, nur damit Sie Ihre tägliche Tasse Kaffee für die nächsten Monate bekommen können?
Das müssen Sie nicht tun. Wenn Alice einen Kanal mit Bob eröffnet und Bob bereits einen mit Carol hat, kann Bob die Zahlungen zwischen den beiden weiterleiten. Dies kann über mehrere “Sprünge” funktionieren, was bedeutet, dass Alice effektiv jeden bezahlen kann, für den eine Verbindung existiert.

In diesem Szenario kann Alice mehrere Wege gehen, um zu Frank zu gelangen. In der Praxis wird sie immer den einfachsten Weg nehmen.
Für ihre Rolle bei der Weiterleitung könnten die Vermittler eine geringe Gebühr verlangen (obwohl es keine Verpflichtung dazu gibt). Das Lightning Network ist noch sehr neu, so dass sich ein Gebührenmarkt noch nicht herausgebildet hat. Was viele erwarten, sind Gebühren auf der Grundlage der bereitgestellten Liquidität.
In der Basis-Chain basiert Ihre Gebühr ausschließlich auf dem Speicherplatz, den Ihre Transaktion in einem Block einnimmt – der zu übertragende Wert spielt keine Rolle – $1 und $10.000.000 Zahlungen kosten dasselbe. Im Gegensatz dazu gibt es innerhalb des Lightning Network keinen Block-Speicherplatz.

Saldo der Benutzer vor und nach einer Übertragung von 0,3 BTC von Alice zu Frank.
Wenn Alice 0,3 BTC an Frank senden will, schiebt sie 0,3 BTC auf Carols Seite des Kanals. Dann schiebt Carol 0,3 BTC von ihrem lokalen Guthaben im Kanal mit Frank. Folglich bleibt Carols Saldo gleich: die +0,3 BTC von Alice und -0,3 BTC an Frank heben sich gegenseitig auf.
Carol verliert nichts, wenn sie als Verbindung zwischen Frank fungiert, aber sie macht sich weniger flexibel. Wie Sie sehen, kann sie jetzt 0,6 BTC in ihrem Kanal mit Alice ausgeben, aber nur 0,1 BTC im Kanal mit Frank.
Sie können sich eine Situation vorstellen, in der Alice nur mit Carol verbunden ist, während Frank mit einem viel größeren Netzwerk verbunden ist. Carol konnte früher insgesamt 0,4 BTC über Frank an andere senden, aber jetzt kann sie nur noch 0,1 BTC verschieben, weil das alles ist, was sie an ihrem Ende des Kanals zur Verfügung hat.
Wie bereits erwähnt, gibt es de facto keine Verpflichtung, eine Gebühr zu erheben. Einige stört die Verringerung der Liquidität vielleicht nicht so sehr. Andere könnten einfach Kanäle direkt zum Empfänger öffnen.
Einschränkungen des Lightning Network
Es wäre fantastisch, wenn sich das Lightning Network als die Lösung für alle Skalierbarkeitsprobleme von Bitcoin erweisen würde. Leider hat es seine eigenen Unzulänglichkeiten, die möglicherweise hinderlich sein könnten.
Verwendbarkeit
Im Moment ist das mit dem Lightning Network nicht möglich. Die Optionen sind begrenzt, wenn es um Smartphone-Apps &ndash geht; im Allgemeinen benötigen Lightning-Nodes Zugriff auf einen Bitcoin-Node, um voll nutzbar zu sein.
Nachdem ein Client eingerichtet wurde, müssen die Benutzer als nächstes Kanäle öffnen, bevor sie Zahlungen leisten können. Dies kann ein zeitaufwändiger Prozess sein, und es kann überwältigend sein, wenn ein Neuling mit Konzepten wie Eingangs-/Ausgangskapazität vertraut gemacht wird.
Dennoch werden ständig Verbesserungen vorgenommen, um die Eintrittsbarrieren abzubauen und den Benutzern eine einfachere Nutzung zu ermöglichen.
Liquidität
Einer der größten Kritikpunkte am Lightning Network ist, dass Ihre Möglichkeiten zur Abwicklung von Transaktionen eingeschränkt sind. Sie können nicht mehr ausgeben, als Sie in einen Kanal gesperrt haben. Wenn Sie alle Ihre Gelder so ausgeben, dass das entfernte Saldo über alle Gelder des Kanals verfügt, müssen Sie den Kanal schließen. Alternativ dazu können Sie warten, bis jemand Sie über diesen Kanal bezahlt, aber das ist nicht ideal.
Zentralisierte Hubs
Wegen des im vorigen Abschnitt erwähnten Problems gibt es einige Bedenken, dass das Netzwerk die Schaffung von massiven “Hubs.” d.h. großen, stark vernetzten Einheiten mit viel Liquidität erleichtern wird. Alle bedeutenden Zahlungen müssten über einige dieser Einheiten geleitet werden.
Offensichtlich wäre das keine gute Situation. Es würde das System schwächen, da diese Einheiten, wenn sie offline gehen, die Beziehungen zwischen den Peers erheblich stören würden. Es besteht auch ein erhöhtes Risiko der Zensur, da es nur wenige Punkte gibt, durch die Transaktionen fließen.
Der aktuelle Status des Lightning Network
Ab April 2020 sieht das Lightning Network gesund aus. Es verfügt über mehr als 12.000 Online-Nodes, mehr als 30.000 aktive Kanäle und eine Kapazität von etwas mehr als 920 BTC.

Globale Verteilung von Lightning Network Nodes. Quelle: explorer.acinq.co
Fazit
Es sind noch einige Hindernisse für die Benutzerfreundlichkeit zu überwinden, da der Betrieb eines Lightning-Nodes derzeit ein gewisses Maß an technischen Kenntnissen erfordert. Aber mit der fortschreitenden Entwicklung könnten sich die Eintrittsbarrieren im Laufe der Zeit verringern.
Wenn die Probleme gelöst werden können, könnte das Lightning Network zu einem integralen Bestandteil des Bitcoin-Ökosystems werden, was die Skalierbarkeit und Transaktionsgeschwindigkeit erheblich steigern würde.