Introduktion
Kryptovalutor har flera ganska unika egenskaper. De kan inte hackas eller stÀngas av hur som helst och vem som helst kan anvÀnda dem för att överföra tillgÄngar runt om i vÀrlden utan en tredje part.
För att sÀkerstÀlla att dessa funktioner kvarstÄr mÄste betydande avvÀgningar göras. Eftersom mÄnga noder Àr ansvariga för att driva ett kryptovalutanÀtverk Àr genomströmningen begrÀnsad. Som ett resultat av detta Àr antalet transaktioner per sekund (TPS) som ett blockkedje-nÀtverk kan bearbeta relativt lÄgt för en teknik som syftar till att anammas av massorna.
För att övervinna blockkedjeteknologins inneboende begrÀnsningar har ett antal skalbarhetslösningar föreslagits, för att öka antalet transaktioner som ett nÀtverk kan hantera. I den hÀr artikeln gör vi en djupdykning i Lightning-nÀtverket, som Àr en förlÀngning av Bitcoin-protokollet.
Vad Àr Lightning-nÀtverket?
Vad du faktiskt gör med din första transaktion Ă€r att bygga ett slags smart kontrakt med en annan anvĂ€ndare. Vi kommer att gĂ„ in pĂ„ detaljerna inom kort â men till en början kan du förestĂ€lla dig det smarta kontraktet som en privat redovisning med den andra anvĂ€ndaren. Du kan skriva mĂ„nga transaktioner till denna orderbok. De Ă€r bara synliga för dig och din motpart, men ingen av er kan fuska pĂ„ grund av vissa speciella funktioner i konfigurationen.
NÀr som helst kan bÄda publicera det aktuella tillstÄndet för kanalen till blockkedjan. Vid den tidpunkten allokeras balansen pÄ varje sida av kanalen till deras respektive parter i kedjan.
Varför Àr Lightning-nÀtverket nödvÀndigt?
NÀr du flyttar det experimentet bort frÄn blockkedjan ger det dig mycket mer flexibilitet. Om nÄgot gÄr fel har det inte nÄgon inverkan pÄ det riktiga Bitcoin-nÀtverket. Lager tvÄ-lösningar riskerar inte nÄgot av sÀkerhetsantagandena som har hÄllit protokollet igÄng i över 10 Är.
Det finns inte heller nÄgon skyldighet att byta frÄn det gamla sÀttet att göra transaktioner. Transaktionerna i kedjan fortsÀtter att fungera som vanligt för slutanvÀndaren, men de har nu ocksÄ möjlighet att utföra transaktioner utanför kedjan.
Det finns flera fördelar med att anvĂ€nda Lightning-nĂ€tverket. Vi ska titta pĂ„ nĂ„gra av de viktigaste nedan.Â
Skalbarhet
Bitcoin-block skapas ungefÀr var tionde minut och kan bara hÄlla ett visst antal transaktioner. Blockutrymmet Àr en knapp resurs, sÄ du mÄste lÀgga bud mot andra anvÀndare för att fÄ ditt inkluderat i tid. Miners bryr sig först och frÀmst om att fÄ betalt, sÄ de inkluderar transaktioner med högre avgifter först.
NÀr det inte finns mÄnga anvÀndare som försöker skicka tillgÄngar samtidigt, Àr detta egentligen inget problem. Du kan stÀlla in en lÄg avgift, sÄ kommer du sannolikt att fÄ transaktionen inkluderad i nÀsta block. Men nÀr alla sÀnder transaktioner samtidigt kan den genomsnittliga avgiften stiga avsevÀrt. Vid nÄgra tillfÀllen har den överstigit 5 USD. PÄ toppen av tjurmarknaden 2017 översteg den 50 USD.
Genomsnittlig Bitcoin-transaktionsavgift (i USD)
Det kan tyckas obetydligt för transaktioner som flyttar bitcoin till ett vÀrde av tusentals dollar, men för mindre betalningar Àr detta inte hÄllbart. Vem vill betala för en kaffe pÄ 3 USD med en avgift pÄ 5 USD?
Med Lightning-nĂ€tverket betalar du fortfarande tvĂ„ avgifter â en för att öppna din kanal och en för att stĂ€nga den. Men du och din motpart kan göra tusentals transaktioner gratis, nĂ€r kanalen vĂ€l Ă€r öppen. NĂ€r ni Ă€r klara behöver ni bara publicera det slutliga tillstĂ„ndet till blockkedjan.
Om fler anvÀndare litar pÄ lösningar utanför kedjan som Lightning-nÀtverket kommer blockutrymmet att anvÀndas mer effektivt pÄ det stora hela. Högfrekventa överföringar med lÄgt vÀrde skulle kunna utföras i betalningskanaler, medan blockutrymmet anvÀnds för större transaktioner och öppning/stÀngning av kanalen. Det skulle göra systemet tillgÀngligt för en mycket bredare anvÀndarbas, vilket ocksÄ gör att det kan skalas i det lÄnga loppet.
Mikrobetalningar
Lightning Àr mycket mer tilltalande för mikrobetalningar. Avgifterna för vanliga transaktioner gör det opraktiskt att skicka smÄ belopp pÄ huvudkedjan. Inom en kanal Àr du dock fri att skicka en brÄkdel av en bitcoin gratis.
Mikrobetalningar lÀmpar sig för mÄnga anvÀndningsomrÄden. Vissa spekulerar i att de kan vara en gÄngbar ersÀttning för prenumerationsbaserade modeller, dÀr anvÀndarna istÀllet betalar smÄ summor varje gÄng de anvÀnder en tjÀnst.
Sekretess
Om Alice har en kanal med Bob och Bob har en kanal med Carol, kan Alice och Carol skicka betalningar till varandra via Bob. Om Dan Àr ansluten till Carol kan Alice skicka betalningar till honom. Du kan sÀkert förestÀlla dig att detta expanderar till ett vidstrÀckt nÀtverk av sammankopplade betalningskanaler. I ett sÄdant upplÀgg kan du inte vara sÀker pÄ vem Alice har skickat tillgÄngar till nÀr kanalen vÀl Àr stÀngd.
Hur fungerar Lightning-nÀtverket?
Vi har förklarat hur Lightning-nÀtverket förlitar sig pÄ kanaler mellan noder pÄ en hög nivÄ. LÄt oss nu ta en nÀrmare titt.
Multisignatursadresser
För att initiera en Lightning-kanal lÄser deltagarna in tillgÄngarna i ett 2-av-2-schema. Det finns bara tvÄ privata nycklar som kan signeras och bÄda behövs för att flytta coin. LÄt oss nu gÄ tillbaka till vÄra vÀnner Alice och Bob. De kommer att göra mÄnga betalningar till varandra under de kommande mÄnaderna, sÄ de bestÀmmer sig för att öppna en Lightning nÀtverkskanal.
Detta börjar med att de bĂ„da sĂ€tter in, lĂ„t sĂ€ga, 3 BTC vardera i den gemensamt Ă€gda multisignatursadressen. Bob kan alltsĂ„ inte flytta tillgĂ„ngar frĂ„n adressen utan att Alice gĂ„r med pĂ„ det, eller vice versa.Â
Nu kan de justera balansen pÄ varje sida genom att helt enkelt skriva ner allt pÄ ett pappersark. BÄda har en startbalans pÄ 3 BTC. Om Alice vill göra en betalning pÄ 1 BTC till Bob, sÄ varför inte bara notera att Alice nu Àger 2 BTC och Bob Àger 4 BTC? Balansen kan uppdateras sÄ hÀr tills de bestÀmmer sig för att flytta ut tillgÄngarna.
Detta Ă€r möjligt att göra, men hur roligt Ă€r det? Och Ă€nnu viktigare â Ă€r det inte otroligt lĂ€tt för nĂ„gon att lĂ„ta bli att samarbeta? Om Alice till slut har 6 BTC och Bob ingen, förlorar Bob ingenting genom att vĂ€gra slĂ€ppa tillgĂ„ngarna (förutom sin vĂ€nskap med Alice dĂ„).
Hash Timelock Contracts (HTLC:er)
Systemet ovan Àr trÄkigt och erbjuder inte mycket utöver dagens pÄlitliga konfigurationer. Det hela blir mycket mer intressant nÀr vi introducerar en mekanism som upprÀtthÄller "kontraktet" mellan Alice och Bob. Om en av parterna bestÀmmer sig för att inte följa reglerna har den andra fortfarande ett sÀtt att fÄ ut sina tillgÄngar frÄn kanalen.
HTLC:er skapas genom att kombinera hashlock och tidslock. I praktiken kan HTLC:er anvĂ€ndas för att skapa villkorade betalningar â mottagaren mĂ„ste tillhandahĂ„lla en hemlighet före en viss tidpunkt eller sĂ„ kan avsĂ€ndaren krĂ€va tillbaka tillgĂ„ngarna. Kommande del förklaras förmodligen bĂ€ttre med ett exempel, sĂ„ lĂ„t oss gĂ„ tillbaka till Alice och Bob.
Ăppna och stĂ€nga kanaler
Vi sÄg exemplet med Alice och Bob som precis har skapat transaktioner som finansierar multisignatursadressen de kommer att dela. Men dessa transaktioner har inte publicerats till blockkedjan Ànnu! Vi mÄste göra en sak till först.
Tre coin frÄn Bob och tre coin frÄn Alice.
Hon skulle kunna försöka skicka transaktionen direkt, men den skulle bli ogiltig eftersom Bob inte har inkluderat sin signatur. Alice mÄste ge honom den ofullstÀndiga transaktionen först. NÀr han vÀl lÀgger till sin signatur blir den giltig.
Vi har fortfarande inte infört en mekanism för att fĂ„ alla att agera Ă€rligt. Som vi sa tidigare â om din motpart vĂ€grar att samarbeta, Ă€r dina tillgĂ„ngar effektivt lĂ„sta. LĂ„t oss gĂ„ in pĂ„ mekanismen som förhindrar detta. Det finns nĂ„gra olika rörliga delar, sĂ„ ha tĂ„lamod.
Varje part mĂ„ste komma pĂ„ en hemlighet â lĂ„t oss bara kalla dessa A och B. De skulle vara dĂ„liga hemligheter om Alice och Bob avslöjade dem, sĂ„ de hĂ„ller dem dolda tills vidare. Paret genererar respektive hemligheters hash â h(A) och h(B). SĂ„ istĂ€llet för att dela sina hemligheter, delar de dessa hashar med varandra.
Alice och Bob delar hashen frÄn sina hemligheter med varandra.
Om du tÀnker pÄ en kanal som miniorderboken som vi hÀnvisade till tidigare, Àr Ätagandetransaktioner de uppdateringar som du gör i orderboken. Varje gÄng du skapar ett nytt par Ätagandetransaktioner flyttar du om tillgÄngarna mellan de tvÄ deltagarna.
Alices transaktion med tvĂ„ utgĂ„ngar â en till hennes egen adress och en till en ny multisignatur. Hon behöver fortfarande Bobs signatur för att göra sĂ„ att den blir giltig.
Bob gör samma sak â en utgĂ„ng betalar honom sjĂ€lv och den andra betalar en annan multisignatursadress. Han signerar den och ger den till Alice.
Vi har tvÄ ofullstÀndiga transaktioner som Àr vÀldigt lika.
De nya multisignatursadresserna (dÀr de 3 BTC-utgÄngarna Àr mÄlet) har vissa speciella egenskaper. LÄt oss ta en titt pÄ den ofullstÀndiga transaktionen som Alice undertecknade och gav till Bob. MultisignatursutgÄngen kan anvÀndas under följande förhÄllanden:
- BĂ„da parter kan tillsammans underteckna den.
- Bob kan spendera den sjÀlv efter en viss tid (pÄ grund av vÄrt tidslÄs).
- Alice kan spendera den om hon kÀnner till Bobs hemliga B.
För transaktionen som Bob gav till Alice:
- BĂ„da parter kan tillsammans underteckna den.
- Alice kan spendera den sjÀlv efter en viss tid.
- Bob kan spendera den om han kÀnner till Alices hemlighet A.
TÀnk pÄ att ingen av parterna kÀnner till den andras hemlighet, sÄ 3) Àr inte ett alternativ Ànnu. En annan sak att komma ihÄg Àr att om du undertecknar en transaktion kan din motpart spendera den omedelbart, eftersom det inte finns nÄgra sÀrskilda villkor för deras utgÄng. Du kan antingen vÀnta pÄ att tidslÄset löper ut för att spendera tillgÄngarna sjÀlv eller sÄ kan du samarbeta med den andra parten för att spendera dem direkt.
Okej! Nu kan du publicera transaktionerna i den ursprungliga 2-av-2 multisignatursadressen. Det Àr Àntligen sÀkert att göra detta, eftersom du kan hÀmta dina tillgÄngar om din motpart överger kanalen.
NĂ€r transaktionerna har bekrĂ€ftats Ă€r kanalen igĂ„ng. Det första transaktionsparet visar oss det aktuella tillstĂ„ndet för miniorderboken. För nĂ€rvarande kommer den att betala ut 3 BTC till Bob och 3 BTC till Alice.Â
NĂ€r Alice vill göra en ny betalning till Bob skapar paret tvĂ„ nya transaktioner för att ersĂ€tta den första uppsĂ€ttningen. Saken Ă€r densamma â de Ă€r bara halvsignerade. Men Alice och Bob avslöjar först sina gamla hemligheter och byter ut nya hashar för nĂ€sta omgĂ„ng av transaktioner.
 Om Alice till exempel vill betala 1 BTC till Bob skulle de tvÄ nya transaktionerna kreditera 2 BTC till Alice och 4 BTC till Bob. PÄ sÄ sÀtt uppdateras balansen.
BÄda parterna kan nÀr som helst underteckna och sÀnda en av de senaste transaktionerna för att "lösa in" den pÄ blockkedjan. Men vilken part som Àn gör detta kommer att behöva vÀnta tills tidslÄset har gÄtt ut, medan den andra kan spendera direkt. Kom ihÄg att om Bob signerar och sÀnder Alices transaktion har hon nu en utdata utan villkor.
Vill du komma igÄng med kryptovaluta? Köp bitcoin pÄ Binance!
Hur förhindrar Lightning-nÀtverket fusk?
Alice fĂ„r sitt coin omedelbart. Bob, Ă„ andra sidan, mĂ„ste vĂ€nta tills tidslĂ„set gĂ„r ut för att spendera frĂ„n multisignatursadressen. Kommer du ihĂ„g det andra villkoret vi nĂ€mnde som skulle tillĂ„ta Alice att spendera samma tillgĂ„ngar omedelbart? Hon behöver en hemlighet som hon inte hade just dĂ„. Det har hon nu â sĂ„ fort den andra transaktionsomgĂ„ngen skapades avslöjade Bob hemligheten.
Medan Bob inte kan göra nÄgonting medan han vÀntar pÄ att tidslÄset ska löpa ut kan Alice flytta dessa tillgÄngar. Denna bestraffningsbaserade mekanism innebÀr att det Àr osannolikt att deltagarna ens försöker fuska, eftersom kamraten kommer att fÄ tillgÄng till dess coin.
Dirigera betalningar
Vi har berört detta tidigare â kanaler kan anslutas. Lightning-nĂ€tverket skulle inte vara sĂ„ anvĂ€ndbart för betalningar annars. Kommer du verkligen att lĂ„sa in 500 USD i en kanal med ett kafĂ©, bara sĂ„ att du kan fĂ„ din dagliga kopp under de nĂ€rmaste mĂ„naderna?
Det behöver du inte göra. Om Alice öppnar en kanal med Bob och Bob redan har en med Carol kan Bob dirigera betalningarna mellan de tvÄ. Detta kan fungera över flera "hopp", vilket innebÀr att Alice effektivt kan betala alla som har en vÀg till sig.
I det hÀr scenariot kan Alice gÄ igenom flera vÀgar för att komma till Frank. I praktiken tar hon alltid den enklaste.
För sin roll i routingen kan mellanhĂ€nderna ta en liten avgift (Ă€ven om det inte finns nĂ„gon skyldighet att göra detta). Lightning-nĂ€tverket Ă€r fortfarande vĂ€ldigt nytt, sĂ„ en avgiftsmarknad har Ă€nnu inte realiserats. Det mĂ„nga förvĂ€ntar sig att se Ă€r avgifter baserade pĂ„ tillhandahĂ„llen likviditet.Â
PĂ„ baskedjan baseras din avgift enbart pĂ„ det utrymme som din transaktion tar upp i ett block â vĂ€rdet som överförs spelar ingen roll â betalningar pĂ„ 1 USD och 10 000 000 USD kostar alltsĂ„ lika mycket. DĂ€remot finns det inte nĂ„got som heter blockutrymme inom Lightning-nĂ€tverket.Â
AnvÀndarnas balans före och efter en överföring av 0,3 BTC frÄn Alice till Frank.
Om Alice vill skicka 0,3 BTC till Frank, skjuter hon vidare 0,3 BTC till Carols sida av kanalen. Sedan skjuter Carol vidare 0,3 BTC frÄn sin lokala balans i kanalen med Frank. Som ett resultat förblir Carols balans detsamma: +0,3 BTC frÄn Alice och -0,3 BTC till Frank tar ut varandra.
Carol tappar inte i vÀrde pÄ att fungera som en koppling mellan Frank, men hon gör sig sjÀlv mindre flexibel. Som du ser kan hon nu spendera 0,6 BTC i sin kanal med Alice, men bara 0,1 BTC i kanalen med Frank.
Du kan förestÀlla dig en situation dÀr Alice bara Àr ansluten till Carol, medan Frank Àr ansluten till ett mycket bredare nÀtverk. Carol kunde tidigare skicka totalt 0,4 BTC till andra via Frank, men nu kan hon bara skjuta vidare 0,1 BTC eftersom det Àr allt hon har i slutet av kanalen.
Som tidigare nÀmnts finns det inget faktiskt krav pÄ att ta ut en avgift. Vissa kanske inte bryr sig om minskningen av likviditeten. Andra kanske bara öppnar kanaler direkt till mottagaren.
BegrÀnsningar inom Lightning-nÀtverket
Det skulle vara fantastiskt om Lightning-nĂ€tverket visade sig vara lösningen pĂ„ alla Bitcoins skalbarhetsproblem. TyvĂ€rr har den sina egna brister som kan komma i vĂ€gen.Â
AnvÀndbarhet
För nĂ€rvarande Ă€r detta inte möjligt med Lightning-nĂ€tverket. Alternativen Ă€r begrĂ€nsade nĂ€r det kommer till smartphone-appar â i allmĂ€nhet krĂ€ver Lightning-noder Ă„tkomst till en Bitcoin-nod för att vara helt anvĂ€ndbar.
Efter att en klient har konfigurerats mÄste anvÀndarna ocksÄ börja med att öppna kanaler innan de kan börja göra betalningar. Detta kan vara en tidskrÀvande och övervÀldigande process för en nybörjare som introduceras för begrepp som inkommande/utgÄende kapacitet.
ĂndĂ„ görs förbĂ€ttringar stĂ€ndigt för att minska hindren för intrĂ€de och för att ge anvĂ€ndarna en mer strömlinjeformad upplevelse.
Likviditet
En av de största nackdelarna med Lightning-nÀtverket Àr att din förmÄga att handla Àr begrÀnsad. Du kan inte spendera mer Àn du har lÄst in pÄ en kanal. Om du spenderar alla dina tillgÄngar sÄ att distansbalansen har alla kanalens tillgÄngar, mÄste du stÀnga kanalen. Alternativt kan du vÀnta tills nÄgon betalar dig genom den, men detta Àr inte idealiskt.
Centraliserade nav
PÄ grund av problemet som nÀmndes i föregÄende avsnitt finns det en viss oro för att nÀtverket underlÀttar för skapandet av massiva "nav". Det vill sÀga stora, tungt sammankopplade enheter med massor av likviditet. Alla betydande betalningar skulle behöva dirigeras genom nÄgra av dessa enheter.
SjÀlvklart skulle detta inte vara en bra situation. Det skulle försvaga systemet, eftersom dessa enheter som gÄr offline i hög grad skulle störa relationerna mellan personerna. Det finns ocksÄ en ökad risk för censur, eftersom det bara finns nÄgra fÄ punkter genom vilka transaktionerna flyter.
Det aktuella tillstÄndet för Lightning-nÀtverket
I skrivande stund i april 2020 ser Lightning-nÀtverket friskt ut. Det har uppÄt 12 000 onlinenoder, drygt 30 000 aktiva kanaler och drygt 920 BTC i kapacitet.
Global distribution av Lightning-nÀtverksnoder. KÀlla: explorer.acinq.co
Sammanfattningsvis
Sedan huvudnÀt-lanseringen 2018 har Lightning-nÀtverket haft en imponerande tillvÀxt, trots att mÄnga anser att det fortfarande Àr i beta.
Det finns fortfarande nĂ„gra hinder att övervinna, eftersom det för nĂ€rvarande krĂ€ver en viss grad av teknisk kompetens för att driva en Lightning-nod. Men med den mĂ€ngd utveckling som Ă€ger rum kan vi mycket vĂ€l se hindren för intrĂ€de minska efter hand.Â
Om problemen kan lösas kan Lightning-nÀtverket bli en integrerad del av Bitcoins ekosystem, vilket kraftigt ökar skalbarheten och transaktionshastigheterna.