Lightning Network - будущее Биткоина

Lightning Network — является платежным протоколом, оперирующим поверх блокчейнов, используя Биткоин. С его помощью осуществляется мгновенный обмен транзакциями между нодами участниками, а также предоставляется возможность решать проблему по масштабированию биткоина. Конструкцию сети Lightning Network составляют узлы и двунаправленные платежные каналы. Между двух узлов сети осуществляется установка платежного канала. Каждым из двух существующих узлов в платежном канале блокируется в блокчейне Биткоина определенная сумма денег для канала. Далее пропускной способностью канала будет являться сумма, состоящая из средств, которые заблокировали узлы.

Работа Lightning Network сопровождается такими понятиями:

1. Открыть канал — заблокировать в блокчейне средства, чтобы потом передать под управление нового созданного канала Lightning Network.

2. Закрыть канал — канал закрывается, а средства переводятся под осуществление контроля блокчейном.

3. Истощить канал — в результате обратимого процесса работа канала происходит в одну сторону. Если в канале перевод средств осуществлен от первого в пользу второго узла, то перевод средств в направлении от первого в сторону второго узла будет невозможным до того времени, пока от второго узла не поступит часть средств в сторону первого. В противном случае, для обеих узлов нужно будет осуществить открытие нового платежного канала.

Предыстория Lightning Network

Сеть Lightning является платежным протоколом «второго уровня», работающим поверх блокчейнов, а не в их рамках (чаще всего, имеется ввиду блокчейн биткоина или Litecoin, но в будущем список криптовалют, поддерживающих LN, будет неуклонно расти). Протокол позволяет совершать мгновенные транзакции между участвующими узлами, и был предложен в качестве решения проблемы масштабируемости биткоина. Он представляет из себя систему совершения микроплатежей в сети двусторонних платежных каналов без делегирования прав на владение средствами, а так же минимизируя необходимость в доверии к третьим лицам.

Порядок использования LN состоит в открытии платежного канала при помощи транзакции пополнения, отправляющей криптовалюту в платежный канал и отображающейся на соответствующем блокчейне. Затем, как правило, пользователи совершают неограниченное количество платежей друг другу, обновляющих распределение средств в канале без распространения информации о транзакциях в блокчейн. По желанию, канал можно закрыть при помощи второй он-чейн транзакции, в которой записывается только итоговый результат всех операций, проведенных в рамках канала.

Чтобы работать как положено, LN нуждается в исправлении транзакционной гибкости, таких как Segregated Witness, или SegWit.

История LN

Белую книгу Lightning написали Джозеф Пун и Тадеус Дрия. Спецификации были анонсированы сразу после белой книги, а разработка велась сразу несколькими компаниями, включая Elementsproject (c-lightning, зависит от Bitcoin Core/bitcoin-d), Lightning Labs (lnd, зависит от btcsuite/btcd или от Bitcoin Core/bitcoin-d) и ACINQ (eclair, зависит от Bitcoin Core/bitcoin-d).

Подробности доступны на портале Github, самый плодовитый программист в проекте — Расти Рассел из Blockstream.

Публичный альфа релиз протокола lnd прошел 10 января 2017 года. Кандидат на Релиз (RC1) протокола был выпущен 6 декабря 2017 года.

В декабре 2017, три разных организации, работающих над созданием рабочих приложений, ACINQ, Lightning Labs и Blockstream, провели серию межоперационных транзакций. Кроме этого, существует программа от MIT DCI, использующая другую спецификацию. Некоторые связанные с биткоином компании заявили, что это был первый в истории случай использования транзакций Lightning в сети биткоина.

В 2018 году, 4 января, TorGuard стала первой компанией VpN провайдером, которая начала прием платежей через основную сеть LN, при этом они взяли на себя любые расходы, связанные с отправкой платежей по сети.

В январе 2018 года для онлайн ритейлеров компанией Blockstream была запущена система проведения цифровых платежей под названием «Lightning Charge». Они заметили, что в сети 18 января 2018 содержалось 60 узлов, таким образом, ее нужно считать проходящей стадию «тестирования».

15 марта 2018 года, Элизабет Старк, гендиректор компании Lightning Labs, анонсировала релиз бета-версии протокола lnd 0.4, предназначенного для тестирования разработчиками на блокчейне биткоина. В релиз была сразу включена поддержка Лайткойна.

28 марта 2018 компания ACINQ выпустила ПК-версию протокола eclair для основной сети. Версия для Android была выпущена позднее: 4 апреля 2018.

В апреле 2018 года кошелек Eclair в течении нескольких дней был удален из Googleplay потому как разработчик приложения потерял приватный ключ подписи от него, что сделало невозможным проведение обновлений для исправления критических ошибок.

В том же месяце Btcduke.com становится первой в истории биржей по обмену биткоина на фиат, принимающей платежи в основной сети Lightning и позволяющей как зачислять средства, так и снимать их.

В мае 2018 Vaultoro.com становится первой в мире биржей по обмену биткоина на золото и обратно, принимающей платежи в сети LN и позволяющей вывод средств из нее.

Атаки DDOS в 2018 году

20 марта 2018 года узлы сети Lightning подверглись DDOS-атаке, в результате почти 200 узлов ушли в оффлайн (количество узлов снизилось с 1050 до 870). Эксплоит использовал максимально большое доступное количество соединений для блокировки любых новых соединений. Месяцем ранее, разработчик кода биткоина, Питер Тодд, отметил, что протокол LN доказал свою «уязвимость для DDOS-атак в текущей инкарнации». По словам криптографа, это ставит под угрозу как «p2p» так и «блокчейн» аспекты сети.

Структура

Платежные каналы сети Лайтнинг позволяют участникам не использовать оригинальный блокчейн биткоина для совершения транзакций. Вместо обычных транзакций на блокчейне, в сети LN создаются так называемые «платежные каналы». Они позволяют анонимизировать пользователей по отношению ко всему миру, проводить бесконечное количество бесплатных транзакций в рамках канала или цепочки каналов. Участники, которые пытаются подорвать работу сети, могут быть оштрафованы в рамках платежных каналов. Во время открытия канала, один из участников одновременно должен отправить средства в него, сделав это при помощи стандартной транзакции на блокчейне.

Скрипты, работающие с временными показателями, вроде CheckSequenceVerify и CheckLockTimeVerify, делают возможным устранение узлов-нарушителей.

«Если мы представим огромную сеть каналов на блокчейне биткоина, и все пользователи биткоина участвуют в ней посредством наличия открытым хотя-бы одного канала, становится возможным создать бесконечное количество транзакций внутри такой сети. Единственные транзакции, которые распространяются на блокчейне биткоина, это первая и последняя, которые сообщают блокчейну баланс на начало открытия канала и баланс на конец, т.е. после его закрытия. Транзакции, распространяющиеся в блокчейн биткоина до закрытия канала в основном происходят из-за нечестного поведения одного из участников».

CheckSequenceVerify (CSV) это предложение по улучшению биткоина, которое определяет в деталях, как именно должны работать hash Time-Locked контракты, которые используются в Lightning.

Транзакции участия

Если у Алисы и Боба имеется общий платежный канал, они оба обладают «самой последней» транзакцией участия. Транзакция участия разделяет средства согласно текущему расположению средств между Алисой и Бобом. Например, если Алиса должна Бобу 1.0 mBTC (100 000 сатоши), а он должен ей ту же сумму, то средства в канале распределяются соответствующим образом.

Транзакции участия позволяют нескольким людям участвовать в одной транзакции, таким образом поступая как единая организация, используя мульти-ключевую систему. Разрешение проблем с застоем транзакций ложится целиком на майнеров, так что сеть исходит из предположения, что честные майнеры не организуют атаку 51%.

Так как транзакции участия тратят средства всех участников канала, то они должны получить две или более подписей для того, чтобы быть отправленными в сеть.

Транзакции участия являются парой асимметричных транзакций. Транзакция участия Алисы содержит два выхода: один сразу платит Бобу, а другой, имеющий временной замок, подлежащий отмене выход, который платит обратно Алисе. Подлежащий отмене выход может быть отозван Бобом в случае, если ему стал известен ключ отзыва (revocation key). Транзкция участия Боба зеркально противоположна: она сразу платит Алисе, но выплачивает долю Боба в рамках транзакции с временным замком и соответственно – возможностью отмены. Если Алисе известен ключ отзыва от транзакции участия Боба, она может использовать его.

Таким образом, у Алисы имеется своя транзакция участия, а у Боба — своя. Изначально ключи отзыва от вторичных транзакций известны только их создателям.

К примеру, Алиса решает заплатить Бобу 0.25 mBTC (до транзакции, у каждого было по 1 mBTC):

1. Алиса создает новую транзакцию Боба, которая распределяет средства так , что у Алисы на счету становится 0.75 mBTC а у Боба 1.25 mBTC.

2. Алиса подписывает транзакцию Боба и отправляет ему.

3. Боб получает свою транзакцию, подписывает и сохраняет ее.

4. Боб создает новую транзакцию Алисы, которая распределяет средства аналогично пункту 1.

5. Боб подписывает транзакцию Алисы и отправляет ее.

6. Алиса получает транзакцию, подписывает ее и сохраняет.

7. Алиса предоставляет свой ключ отзыва, делая его недействительным, затем она может удалить его.

8. Боб предоставляет свой ключ отзыва, делая его недействительным, затем он может удалить его.

Ограничения

Сеть Lightning состоит из двусторонних платежных каналов, установленных между двумя узлами, которые вместе создают смарт-контракт. Если в конкретный момент времени одна из сторон уходит из канала то он закроется, а результат будет отправлен в блокчейн биткоина. Ввиду природы механизма диспутов LN, который требует от всех участников постоянно наблюдать за сетью, была представлена идея «Сторожевых башен», суть которой в делегировании функций надзора за вашими каналами третьей стороне, берущей за обнаружение мошеннических узлов небольшой процент от вашей спасенной суммы.

Прогресс Разработки

После нескольких лет концептуализации и разработки, первые рабочие версии Lightning находятся на beta стадии запуска. В результате, каждый день онлайн появляется больше узлов, растущее количество пользователей открывает друг с другом платёжные каналы, в то время как некоторые продавцы даже начали принимать платежи Lightning.

Однако, разумеется, это лишь ранние дни зарождения Lightning Network. В то время, как основные реализации вполне пригодны к использованию, а в наличии имеется несколько кошельков и приложений, внешний круг платежной сети Биткойна направлен на улучшение в течении нескольких следующих лет, в областях от сетевой архитектуры и до безопасности и удобности, и так далее.

В тексте ниже представляем несколько самых важных проектов Lightning, сейчас находящихся в разработке.

Двусторонние каналы

Однако, в текущей ранней стадии разработки, платежные каналы могут быть пополнены лишь одной из двух сторон. Сторона, которая пополняет платежный канал, должна инициировать платеж в сторону получателя; только тогда получатель сможет вернуть сумму обратно в рамках того же платежного канала.

Белая книга Lightning предлагала двусторонние каналы, относительно которых уже было сделано специальное предложение от ASINQ, разработчиков eclair (слово «эклер» по-французски означает «молния»). Как подсказывает название, двусторонние каналы позволят обоим пользователям частично финансировать платежный канал путем отправки небольших сумм в биткойнах. Это должно привнести больше гибкости в пользовательский опыт, так как после открытия канала пользователи смогут мгновенно отправлять и получать средства.

Подпольные обмены

Тем не менее, существуют решения, позволяющие сделать переключение между Lightning и он-чейн платежами еще более гладким.

Одним из таких решений являются Подпольные Обмены (Submarine Swaps). Разработанные Алексом Босвортом (Alex Bosworth) и концептуализированные еще до того Олаолувой Осунтокуном (Olaoluwa Osuntokun), техническим директором в Lightning Labs, Подпольные обмены позволяют пользователям отправлять Lightning платежи посредникам внутри сети LN; посредник отправит соответствующее количество биткойнов на обычный биткойн адрес, расположенный на блокчейне («он-чейн»). Также работает и другим образом: пользователи могут отправлять обычные он-чейн транзакции посредникам; посредники затем отправят соответствующее количество биткойнов получающему узлу Lightning сети.

Что важно, в Подпольных Обменах конверсия происходит «автоматически». Используя трюк, который уже включён в состав Ligntning Network, платеж в сети Lightning и платеж в сети Bitcoin могут быть обоюдно привязаны. Это делает невозможной кражу средств посредником при помощи не-отправки платежа (в рамках соглашения с пользователями, он имеет право взимать небольшие комиссии за свои услуги).

Сращивание

Идея проста. Любой канал Lightning начинается с открывающей транзакции, она подтверждает согласие двух пользователей на отправку средств в канал. Оставшаяся история канала состоит из серии последующих транзакций, которыми обмениваются между собой пользователи, и их не всегда рассылают в сеть Биткойна. Средства из открывающей транзакции недвижимы до тех пор, пока канал не будет закрыт.

Во время «входного сращивания», вместо того, чтобы отправлять средства в открывающую транзакцию-заменитель, пользователи прибегают к новой открывающей транзакции, содержащей дополнительные биткойны, от одного или всех пользователей. Как только эта новая открывающая транзакция подтвердится, двое пользователей смогут попросту обновить старый и новый канал одновременно, избегая вероятности «сбоя канала».

И наоборот, когда начинается «выходное сращивание», пользователи прибегают к открывающей транзакции для отправки средств на обычный (он-чейн) Биткойн адрес, и потенциально оставляют некоторую его часть в канале используя тот же трюк. Таким образом, пользователи могут совершать он-чейн транзакции прямо из платежного канала Lightning.

Eltoo

Проблема состоит в том, что рассылка старых балансов по сети не всегда является попыткой обмана. Есть ряд сценариев, согласно которым пользователь может случайно распространить более старый баланс; например, из-за ошибки в коде или неправильной процедуры сохранения резервной копии. В таких случаях, полная потеря средств в канале выглядит суровым наказанием.

Впервые опубликованный 30 апреля 2018 года, eltoo является новейшей идеей, представленной в этой статье. Разработанная c-lightning командой из Blockstream – доктором Кристианом Декером и Расти Расселом (Dr. Christian Decker and Rusty Russell) – а также вышеупомянутым Осунтокуном из Lightning Labs, eltoo обновляет канал путем построения цепи транзакций с временным замком, где каждая транзакция тратит средства из предыдущей для отображения актуального баланса.

Если один из пользователей займется рассылкой более старой транзакции (отображающей более старый баланс по данному каналу), другая сторона имеет некоторое время на распространение самой последней транзакции (которая отображает актуальный баланс по каналу).

Такое решение может работать сегодня, однако оно не практично в случае ошибки. Это бы потребовало, чтобы вся цепь транзакций распространялась и записывалась в блокчейне Биткойна, более или менее уничтожая предназначение LN. Так что, Декер предложил софт-форк изменение для протокола биткойна, представляющее некий тип иерархии для транзакций подобного уровня: любая более новая транзакция может перезаписать любую более старую транзакцию, без обязательного требования по распространению в сети всей цепочки транзакций.

В случае, если в сети Биткойна будет принят и активирован софт-форк, пользователи сети LN смогут создавать каналы как в текущем виде, так и при помощи eltoo, в зависимости от их предпочтения.

Компактное Фильтрование Блоков на Стороне Клиента

Решением этой проблемы является технология Упрощенной Проверки Платежа, или SPV. Она была описана еще в Белой книге Биткойна. Современные SPV кошельки используют трюк под названием «Bloom filters» (структура данных, позволяющая определить, является ли элемент частью последовательности — прим. Пер.) для того чтобы выяснить, проводились ли какие смежные транзакции.

К сожалению, эта технология не очень дружественна к пользователю, потому как кошельки таким образом раскрывают все свои адреса узлам в сети Биткойна. У них, помимо этого, наличествуют некоторые проблемы с масштабированием и удобностью, так как каждый отдельный SPV кошелёк расходует возможности как минимум одного узла в сети Биткойн.

Для решения этих проблем, Осунтокун из Lightning Labs совместно с Алексом Аксельродом (Alex Axelrod), а также разработчиком из Coinbase, Джимом Позеном (Jim Posen), спроектировали новое решение, названное «компактное фильтрование блоков на стороне клиента» (Compact Client Side Block Filtering), которое они внедряют в кошелек Neutrino.

Их решение позволяет опрокинуть с ног на голову трюк, используемый сейчас в SPV кошельках. Вместо кошельков, которые запрашивают свои транзакции путем создания и подписи запроса «bloom filter», который они затем отсылают полным узлам, полные узлы создают фильтры для всех кошельков Neutrino. Затем, Neutrino использует этот фильтр для определения, была ли транзакция проведена – а это на самом деле единственное, что необходимо знать пользователям для того, чтобы быть уверенными в отсутствии обмана. (В случае, если фильтр показывает совпадение, Neutrino проверяет релевантный блок и удостоверяется в наличии в нём настоящей транзакции, относящейся к совпадению, отсеивая ложные срабатывания).

Интересно то, что этот трюк был создан с учетом специфики Lightning, однако он также может использоваться для улучшения стандартных SPV «лёгких» кошельков.

Смотровые башни (Watchtowers)

Несмотря на то, что компактное фильтрование блоков на стороне клиента может упростить многие вещи, пользователям все же стоит «приглядывать» время от времени и удостоверяться, что их не обманули. Если они забудут о проверках, это создаст риск безопасности.

«Смотровые башни» являются потенциальным решением, которое можно отследить вплоть до Белой книги LN, с тех пор оно было улучшено со-автором Белой книги LN и разработчиком lit, Тэджем Дрия (Tadge Dryja), и другими. Как указано в имени, Смотровые башни могут позволить пользователям назначить третьих сторон для мониторинга блокчейна.

Код «Смотровых башен» еще не финализирован, тем не менее работать будет примерно так. Всякий раз, как пользователи обновляют канал, они отправляют маленький пакет данных в Смотровую башню. Первая часть данного пакета является «подсказкой» относительно направления поисков нужной транзакции, как будто бы все это является частью паззла. Эта подсказка сама по себе не раскрывает никакой информации касаемо содержания транзакции, которую Смотровая башня должна искать; приватность пользователей тут никак не затронута.

Так или иначе, если соответствующая транзакция видна в блокчейне Биткойна, Смотровая башня может использовать подсказку для ее распознавания. Затем, используя данные о транзакции на самом блокчейне, Смотровая башня может по необходимости использовать вторую часть полученного ей пакета для воссоздания... «штрафной» транзакции. Такая «штрафная» транзакция отправляет все средства в рамках платежного канала пользователю, которого пытаются обмануть (Или же, в случае использования протокола eltoo, она просто рассылает правильный баланс платежного канала). Штрафная транзакция может также быть использована Смотровой башней для получения небольшой части средств в качестве вознаграждения, стимула продолжать свою работу.

Пользователи могут делегировать наблюдение за каналами сразу нескольким Смотровым башням. Даже если одна выйдет из строя, другая будет в сети, уменьшая риски для пользователей LN до практически ничтожного уровня.

Атомные разветвленные платежи (Atomic multi-path payments)

Так или иначе, сейчас простой платеж должен направляться по единственному пути. Если один пользователь хочет заплатить 5 mBTC другому, он не только должен иметь такую сумму в одном канале, но и все посредники на пути также должны обладать 5 mBTC в канале, свободными для пересылки. Чем больше сумма транзакции, тем меньше вероятность проведения платежа.

Атомные Разветвленные Платежи (АРП) могут многое сделать для расширения этого ограничения. Впервые предложенная Осунтокуном и Коннером Фромкнехтом (Conner Fromknecht), идея проста: большие платежи могут быть «порезаны» на более мелкие кусочки, каждый из которых имеет свой собственный путь от плательщика к получателю, через разных посредников.

Трудность в реализации этого решения состоит в том, что платежи в LN могут терпеть неудачи; в данном случае, это означает наличие частично завершенных платежей. Частично завершенные платежи могут быть еще большей проблемой, чем полное их отсутствие: торговец не будет рад частичному платежу, а покупатель не обрадуется трате некоторой суммы денег впустую.

Решением этой проблемы служит использование АРП расширения к хэш контрактам с временным замком (hash time-locked contracts), которые уже используются в построении путей в LN и подразумевают передачу секретных данных по сети. Используя трюк, похожий на использованный в детерминистических кошельках (создающих множество Биткойн адресов из единственного сида), более мелкие кусочки от большого платежа могут быть получены лишь в том случае, если получены абсолютно все: если какая-то часть секретных данных не смогла пройти весь путь, весь платеж будет считаться неудачным.

Атомные платежи

Что интересно, эти сети не нуждаются в обязательном разделении в будущем.

Используя фундаментальную единицу строительства сети Lighning, называемую «атомные платежи» (впервые предложенную Тиером Ноланом и реализованную в сети LN Фромкнехтом из LL), платежные каналы могут быть связаны вместе между несколькими разными блокчейнами. Другими словами, пользователь может отправлять биткойн, и поскольку узел в сети желает провести операцию обмена, то получатель довольствуется начислением лайткойна (Litecoin).

Ясное дело, это также означает способность пользователей совершать транзакции в свою пользу: можно отправить биткойн, получить лайткойн. В результате, сеть Lightning может обзавестись собственной сетью криптовалютных обменников не нуждающихся в «доверии» пользователя.

Фабрики каналов

Все же, число транзакций, которые приходятся на один канал, может увеличиться в случае, если Биткойн и LN получат широкое распространение в будущем.

Предложение, названное «Фабрики каналов», и разработанное командой из ETH Zurich: Кристианом Декером (в том числе из Blockstream), Роджером Ваттенхофером и Конрадом Бурчертом, возможно, в значительной степени уменьшит среднее число он-чейн транзакций, необходимых на содержание одного платежного канала.

Отчасти основанные на предыдущем предложении для LN от Декера и Ваттенхофера от 2015 года, Фабрики каналов являются таким типом платежных каналов, который может существовать между несколькими пользователями одновременно. Тем временем, как и любой платежный канал, Фабрика каналов требует для своей работы всего две стандартные он-чейн транзакции. (Если подписи Шнорра будут реализованы в Биткойне, такие транзакции могут оказаться довольно компактными, даже при участии большого количества людей).

Фабрики каналов могут играть роль «дополнительных каналов», или «саб-каналов», для сети Lightning. Участники внутри такой Фабрики могут открывать и закрывать неограниченное количество каналов LN друг с другом, без необходимости в дополнительных он-чейн транзакциях. Делая так, они в теории могли бы со временем значительно снизить количество необходимых для работы LN он-чейн транзакций.

Комментарии

Посетитель

2 сентября 2018, 10:05

в первъх електроннй валут папост на пазаре в близким 25 лет мъй загубим другой вид валути

Andrey

25 июля 2018, 08:06

Пока существует интернет БТК будет жить... И пока спрос на него будет он так и будет скакать то вверх , то вниз