Lightning Network: как устроены блокчейн-решения второго уровня
16 декабря криптобиржа Kraken объявила, что запустит поддержку Lightning Network — протокола второго уровня для блокчейна Bitcoin. Ожидается, что клиенты биржи смогут вводить и выводить средства при помощи Lightning Network уже в первой половине 2021 года. На фоне этого мы сделали подробный обзор того, как устроена технология Lightning Network, какие преимущества она дает пользователям и какие подводные камни есть при ее использовании.
Что такое Lightning Network
Lightning Network (LN) — это решение второго уровня, которое работает поверх основного блокчейна криптовалюты. Благодаря этой технологии пользователи могут проводить моментальные транзакции между собой. При этом транзакции не записываются в блокчейне, а за их проведение взимаются низкие комиссии.
Lightning Network используется в разных блокчейнах, например, в Litecoin и Stellar. Но для криптосообщества наиболее важно применение этой технологии в блокчейне Bitcoin.
Сеть первой криптовалюты страдает от медленной скорости и высоких транзакционных издержек. Это препятствует ее использованию в повседневных и небольших платежах, например, биткоином неудобно оплачивать чашку кофе или покупки в магазине. Более того, при сильной загруженности сети стоимость комиссии может превышать сумму транзакции. Например, во время криптобума в декабре 2017 года средняя стоимость обработки одной транзакции составляла $37.
Чтобы решить проблему масштабирования Bitcoin, понадобился бы хардфорк — кардинальное обновление работы кода и алгоритма, в результате которого появилась бы фактически новая сеть. Но для главной криптовалюты это слишком рискованно. Поэтому решения второго уровня, и, прежде всего, Lightning Network, являются наиболее взвешенным подходом к масштабированию сети первой криптовалюты. Если что-то пойдет не так во втором слое, это не отразится на работе основной сети.
Задача Lightning Network — решить проблему плохой масштабируемости и низкой скорости транзакций в сети, что позволит проводить в ней моментальные микроплатежи с минимальными комиссиями. Также Lightning Network позволяет обменивать монеты разных блокчейнов без бирж и других посредников. Более того, благодаря луковой маршрутизации Lightning Network способствует большей анонимности пользователей.
Lighting Network — децентрализованный проект, код которого находится в открытом доступе. Его история началась в 2016 году, когда разработчики Джозеф Пун и Таддеус Дриджей опубликовали техническое описание этого решения. С тех пор проект находится в стадии постоянной доработки. Первая работающая версия появилась в марте 2018 года. Наиболее популярные имплементации решения предлагают компания Lightning Labs, Blockstream, ACINQ и Bitfury.
Как работает Lightning Network
Работа Lightning Network основана на нодах и платежных каналах.
Ноды поддерживают работу сети и направляют платежи, а подключить такую ноду может любой человек. Это обеспечивает децентрализацию сети Lightning Network. Пересылать монеты можно любому пользователю, подключенному к сети. Это позволяет существенно разгрузить основной блокчейн.
Платежные каналы — одноранговые соединения между двумя нодами сети, по которым проходят транзакции. В канале изначально блокируется определенная сумма, которая и будет расходоваться при проведении этих транзакций. Пользователи переводят не сами монеты, а «долговые расписки» — в основную сеть записывается только итоговый баланс после закрытия канала, а не транзакции внутри него. За открытие и закрытие канала надо заплатить незначительную комиссию, но все транзакции внутри канала бесплатны.
В канале может быть отправлено любое количество платежей, и он может быть открыт сколько угодно по времени. Чем больше нод и каналов, тем проще совершать крупные транзакции. Отправитель и получатель могут сделать свой канал приватным — тогда посторонние не получат доступа к истории транзакций.
Как развивается Lightning Network
Как мы писали выше, в марте 2018 года была представлена первая бета-версия клиента Lightning Network от Lightning Labs. В том же году были выпущены LN-кошельки Eclair, BLW, LND, Zap и Breez среди прочих, а также бета-версия Lightning Network от Blockstream.
Тогда же состоялся релиз Lightning-ноды от стартапа Casa — физического устройства, которое значительно упростило доступ к технологии для обычных пользователей. Благодаря этому появилась возможность расплатиться через Lightning Network за покупки и услуги.
Но действительно прорывным для технологии стал 2019 год. В частности, появились следующие решения и продукты:
- Новые инструменты, утилиты и UX-инновации (упрощение использования решения простыми пользователями);
- Сервисы, позволяющие конвертировать фиат сразу в криптовалюту в платежных каналах — например, Olympus;
- Thor Turbo — сервис от cтартапа Bitrefill для перевода средств в оффлайн-режиме;
- Submarine Swaps (подводные свопы) — технология, позволяющая переводить средства между платежным каналом и своим сетевым кошельком без необходимости закрывать и повторно открывать канал. Она была интегрирована непосредственно в несколько мобильных LN-клиентов. Это значительно упростило такие операции, как пополнение платежного канала для совершения покупок. Lightning Labs также выпустила Lightning Loop — сервис для выполнения таких подводных свопов;
- Lightning Torch — в январе 2019 года была запущена инициатива Twitter-сообщества по повышению осведомленности о технологии Lightning Network. Крипто-энтузиаст Hodlonaut объявил, что передаст 100 000 сатоши через Lightning Network любому пользователю, но тот должен передать монеты дальше другому желающему поучаствовать, добавив свои 10 000 сатоши. Всего в эксперименте приняли участие более 240 человек из 52 стран, в том числе глава Twitter Джек Дорси и гендиректор LinkedIn Рид Хоффман, после чего эстафета прервалась из-за пользователя, решившего оставить средства себе;
- Blockstream в декабре прошлого года объявил, что приблизился к решению проблемы отправки крупных платежей в Lightning Network, разбивая их на несколько частей и используя несколько каналов.
В 2020-м стремительное развитие Lightning Network продолжилось. В феврале глава Twitter и платежного сервиса Square Джек Дорси объявил, что приложение Square Cash когда-нибудь в будущем интегрирует возможности Lightning.
А в августе сеть была обновлена, чтобы включить поддержку функции Wumbo. Первоначально разработчики ограничили количество биткоинов, которое можно было хранить внутри платежного канала до 0.1677 BTC — это было нужно, чтобы ограничить возможные потери. Wumbo позволяет узлам обслуживать более крупные транзакции и более высокие объемы. Технологию поддержала биржа Bitfinex.
Lightning Network активно растет. Хотя из-за использования луковой маршрутизации невозможно подсчитать точное количество нод и заблокированных BTC в Lightning Network, по состоянию на 21 декабря сеть включает в себя:
- 15 195 общедоступных нод;
- 36 056 публичных каналов;
- Объем заблокированных ВТС — 1063.99 ($23.9 млн).
Ограничения и недостатки Lightning Network
Может показаться, что Lightning Network — решение всех проблем масштабируемости сети Bitcoin. Однако, к сожалению, у этой технологии немало недостатков и ограничений.
Сложность использования. Простому пользователю непросто разобраться с тем, как запустить полную ноду в сети Lightning Network. Да и использование кошельков с поддержкой Lightning Network не защищает от ошибок.
Риск потери средств. Переводя средства через Lightning Network, пользователь должен быть готов, что если что-то пойдет не так, монеты могут быть потеряны.
Один из основных факторов риска — необходимость быть постоянно онлайн и держать ноды подключенными друг к другу. Если получатель недоступен, монеты нельзя перевести и они вернутся отправителю.
Монеты нельзя хранить оффлайн. Просто перевести их на нужный адрес, чтобы получатель увидел их после входа в сеть — тоже нельзя. Если одна из нод отключится от сети, перевод зависнет или пропадет. Например, в октябре 2019 года пользователь Reddit под ником ZipoTm рассказал, как он потерял 4 биткоина в Lightning Network. Он принудительно закрыл канал, используя устаревшую резервную копию ноды (то есть его клиент не был синхронизирован с другими нодами). В результате протокол защиты счел, что допущена ошибка, и обновил историю операций — биткоины «сгорели». Схожий случай произошел и с другим пользователем в марте 2018 года.
Уязвимости протокола. В июне 2019-го в протоколе Lightning Network была обнаружена ошибка, допускающая траты несуществующих монет. Ее исправили до того, как уязвимостью смогли воспользоваться злоумышленники. В сентябре того же года израильские ученые выяснили, что с помощью простой DoS-атаки можно получить контроль над большей частью сети. Пока угроза осталась теоретической, а разработчики сделали сеть более надежной к подобным уязвимостям.
В августе 2020 года ученые-компьютерщики Йона Харрис и Авив Зоар разобрали возможность атаки, позволяющей перегрузить сеть Lightning Network и забрать себе средства участников канала, не позволив им вовремя вывести их. Около 95% из примерно 2000 существующих нод Lightning Network уязвимы для этой атаки. Исправить уязвимость можно лишь созданием третьего слоя блокчейна. Пока единственная защита от злоумышленников — это высокая стоимость и масштабность атаки, которая должна проходить на нескольких десятках нод одновременно. Сейчас Lightning Network не очень популярна. Но по мере роста ее использования она станет более привлекательной мишенью для злоумышленников.
Lightning Network не подходит для крупных переводов. Способность совершать транзакции в Lightning Network ограничена: вы не можете потратить больше, чем заблокировали в канале. Если вы потратите все заблокированные средства, канал придется закрыть. Поэтому пользователь должен учитывать емкости каналов и сети и подстраиваться под них.
Протокол не проверен массовым использованием. Пока нет достаточных гарантий того, что Lightning Network справится с массовым применением.
Еще одной существенной проблемой является необходимость увеличения платы за обслуживание сети, чтобы сделать ее экономически жизнеспособной. В ноябре 2019 года ученые из двух университетов Венгрии и Института компьютерных наук и управления опубликовали статью, в которой поставили под сомнение способность LN-операторов продолжать обрабатывать транзакции без резкого увеличения сборов. «Участие экономически нерационально для большинства крупных нод…. Плата за трафик или транзакцию должна увеличиться на порядки, чтобы сделать маршрутизацию платежей экономически жизнеспособной», — резюмировали авторы.
Риск централизации. Чтобы обойти ограничения по лимиту канала, приходится создавать крупные централизованные ноды, позволяющие проводить большие транзакции. Однако это может привести к излишней централизации. Так, в январе 2019-го один LN-проект контролировал свыше 64% емкости сети. Сбой в одной такой ноде может легко привести к сбою значительной части или даже всей сети.
Другие решения второго уровня
Lightning Network — не единственное решение второго уровня. Отметим еще два.
Liquid Network от компании Blockstream. Это централизованный сайдчейн (дополнительный блокчейн), позволяющий совершать почти мгновенные переводы, сохраняя конфиденциальность. Транзакции проходят с помощью Liquid Bitcoin (L-BTC) — токенов, привязанных к ВТС. Пользователь биткоина переводит средства на своп-кошелек, соединяющий Liquid Network и сеть Bitcoin. В нем биткоины переходят под контроль валидаторов, которые гарантируют, что количество монет в сайдчейне соответствует числу монет в кошельке. Затем средства переводятся в Liquid Network, а при переводе в сеть Bitcoin все происходит наоборот.
Проект Liquid Network был запущен в 2018 году и предназначен для улучшения передачи биткоина с биржи на биржу — крупные транзакции в этой сети стоят всего несколько центов, совершаются за несколько минут и не позволяют сторонним участникам узнать сумму перевода. Решение популярно среди бирж, брокеров и трейдеров и используется для расчетов и хранения средств вне торговых площадок.
Liquid Network идеальна для арбитражной торговли между биржами. Например, если цена биткоина на одной площадке выше, трейдеру выгодно перевести средства туда и продать свои активы там. Разница в цене может продержаться всего несколько минут — обычная биткоин-транзакция будет идти дольше.
Liquid Network по количеству заблокированных биткоинов (почти 2600 ВТС, или $60 млн) в 2.5 раза обогнала Lightning Network. Однако есть и критики проекта, которые обвиняют его в чрезмерной централизации и непрозрачности.
Wrapped BTC (WBTC) — токен формата ERC-20 в сети Ethereum, равный одному биткоину. BitGo, компания-эмитент, блокирует биткоины на своем холодном кошельке и создает WBTC на Ethereum, который представляет биткоины. Благодаря этому пользователи могут переводить биткоины со скоростью и масштабом Ethereum. Токен полностью централизован, ведь BitGo почти единолично несет ответственность за поддержку и обеспечение WBTC.
Проект также запустился в 2018 году. Его главная задача — привнести биткоин в мир смарт-контрактов. WBTC, как и любой другой токен на Ethereum, может взаимодействовать с различными смарт-контрактами. Его можно обменять на другие токены на децентрализованных биржах. Это дает возможность использовать биткоины в DeFi-секторе.
Перспективы Lightning Network
Lightning Network, конечно, гораздо лучше справляется с платежной функцией, чем основной блокчейн Bitcoin. Но в нынешнем виде технология явно не готова к массовому использованию и уж тем более к тому, чтобы заменить традиционные платежные системы.
Сейчас Lightning Network — нишевый продукт для крипто-энтузиастов. Да, ее использование быстро упрощается, но сеть остается слишком сложной для пользователя, далекого от технической стороны вопроса.
Однако если эти проблемы будут решены, Lightning Network может стать неотъемлемой частью экосистемы Bitcoin, значительно повысив масштабируемость и скорость транзакций. Для этого разработчики активно работают над созданием собственной инфраструктуры Lightning Network, экосистемы LN-приложений, облегчения пользовательского опыта и упрощения технологии для неподготовленного пользователя.
Благодаря этому появляется все больше возможностей для внедрения технологии в реальную экономику и вариантов ее использования, таких как мелкие транзакции, расчеты за покупки, чаевые, пожертвования, кэшбэк. Надеемся, у Lightning Network получится стать действительно востребованным и массовым продуктом.
