Was ist das Lightning-Netzwerk und wie kann es die Bitcoin-Skalierung unterstützen?

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Stellen Sie sich vor, jeder Computer müsste jede E-Mail speichern, um eine zu erhalten. So funktionieren Blockchains. Mit Lightning Network können Computer Blockchain-Transaktionen durchführen und nur die Daten speichern, die ihnen wichtig sind – ihr eigenes Geld.

Lightning Network ist ein Protokoll zum Skalieren und Beschleunigen von Blockchains. Es wurde entwickelt, um einige der technischen Einschränkungen der Bitcoin-Blockchain zu lösen, kann jedoch über jede Blockchain implementiert werden.

Die Skalierbarkeit war der erste Hauptmotivator für Lightning, da die verteilte Natur von Bitcoin die Transaktionsrate des Netzwerks stark einschränkt. Während Visa Zehntausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, ist das Bitcoin-Netzwerk auf weniger als 10 pro Sekunde beschränkt. Ein weiterer Motivator für die Entwicklung von Lightning ist, dass die "Blockbestätigungszeit" der Bitcoin-Blockchain ungefähr 10 Minuten beträgt. Das bedeutet, dass die Bestätigung einer Bitcoin-Transaktion 10 Minuten dauert. Darüber hinaus können die Transaktionsgebühren in der Bitcoin-Blockchain zwischen 5 und 10 Cent pro Transaktion liegen, was Mikrozahlungen unmöglich macht. Im Gegensatz dazu kann Lightning Network nahezu sofortige Transaktionen mit einer Rate von Tausenden bis Millionen pro Sekunde mit Gebühren von einem Bruchteil eines Cent (oder sogar kostenlos) ermöglichen.

Lightning Network basiert auf einer Technologie namens Zahlungskanäle. Ein Zwei-Parteien-Zahlungskanal wird erstellt, wenn beide Parteien eine 2-aus-2-Transaktion mit mehreren Signaturen in der Blockchain erstellen, wobei mindestens eine Partei Geld für den 2-aus-2-Ledger-Eintrag bereitstellt. Jede Person hat einen privaten Schlüssel, und Transaktionsausgaben aus dem Hauptbucheintrag können jetzt nur getätigt werden, wenn beide Schlüssel signiert sind. Diese anfängliche Transaktion zum Öffnen eines Kanals dauert 10 Minuten (oder was auch immer die normale Blockierungszeit ist), aber danach können die Teilnehmer sofort mit den im Kanal zugewiesenen Mitteln miteinander handeln. Diese sofortigen Transaktionen werden durchgeführt, indem signierte Transaktionen hin und her geleitet werden, wobei die Ausgaben aus dem 2-aus-2-Ledger-Eintrag stammen.

Jede Transaktion wäre gültig, wenn sie an das Netzwerk gesendet und von den Minern des Netzwerks in die Blockchain aufgenommen würde. In einem Zahlungskanal werden diese signierten Transaktionen jedoch erst gesendet, wenn die Teilnehmer möchten, dass der Kanal nicht mehr funktioniert. Signierte, aber nicht ausgestrahlte Transaktionen werden über direkte Peer-to-Peer-Kommunikation ausgetauscht und von den Teilnehmern wie einlösbare Quittungen aufbewahrt.

Um Lightning zu verwenden, erstellen zwei Teilnehmer, Alice und Bob, eine erste Transaktion in der Blockchain für 20 US-Dollar, wobei jede Partei 10 US-Dollar des Werts hat.

Diese anfängliche Zuordnung kann dann aktualisiert werden, so dass Alice dann 5 USD des Gesamtwerts von 20 USD und Bob 15 USD usw. hat. Wenn die Teilnehmer die Transaktionen miteinander abgeschlossen haben, wird die zuletzt ausgetauschte Transaktionssignatur an das Netzwerk gesendet, wodurch die Bewegung der Gelder im Kanal abgeschlossen wird – einige an eine Partei und (falls vorhanden) einige zurück an die andere.

Lightning nutzt die Technologie hinter den Zahlungskanälen und erstellt mithilfe von „intelligenten Verträgen“ ein Netzwerk dieser Kanäle, um sicherzustellen, dass das Netzwerk ohne Kontrahentenrisiko dezentral funktionieren kann. Als Beispiel kann Alice einen Kanal mit Bob eröffnen, der wiederum einen Kanal mit Carol hat, der einen mit Dave geöffnet hat. Wenn Alice mit Dave Geschäfte abwickeln möchte, kann sie Geld über Bob und Carol senden, und Dave wird es letztendlich erhalten. Aufgrund von Mehrfachsignaturen und intelligenten Verträgen, die mit dem Design von Lightning verbunden sind, muss Alice Bob und Carol nicht als Vermittler vertrauen. Das Protokoll verwendet Kryptografie, um sicherzustellen, dass die Gelder entweder über Bob und Carol zu Dave gelangen oder nicht automatisch an Alice zurückerstattet.

Bob und Carol fungieren als „Knoten“ im Netzwerk. Knoten im Lightning-Netzwerk sind in gewisser Weise analog zu Bergleuten im Bitcoin-Netzwerk. Sie fungieren als Server, die die Transaktionen im Netzwerk dezentral verarbeiten. Wie Bergleute haben sie keine Kontrolle über die Mittel, die sie bewegen. Bob kann Alice 'Geld nicht stehlen, da er die eingehende Zahlung des Absenders nur erhält, wenn er die ausgehende Zahlung bereits an den Empfänger gesendet hat. Der Erhalt einer Zahlung hängt daher davon ab, dass Sie sie bereits weitergeleitet haben. Blitzzahlungen sind von der Offenlegung eines kryptografischen Geheimnisses abhängig, und die Kenntnis dieses Geheimnisses ermöglicht die Einlösung von früheren Knoten (wenn Dave von Carol einlöst, kann Carol jetzt von Bob einlösen).

Was passiert jedoch, wenn Bob offline geht? Bleiben die Gelder für immer in einem 2-aus-2-Zahlungskanal? Um mit unzuverlässigen Knoten umzugehen, verfügt Lightning über integrierte intelligente Vertragsmechanismen, mit denen Benutzer ihre Kanäle einseitig schließen können. Es wird ein "Hash-Timelock-Vertrag" verwendet, um sicherzustellen, dass Alice ihr Geld immer zurückbekommt, wenn Bob verschwindet. In diesem Vertrag ist ein Zeitwert festgelegt, normalerweise in Stunden oder Tagen, damit Alice auch dann zurückgezahlt werden kann, wenn Bobs Server ausgefallen ist.

Was passiert in ähnlicher Weise, wenn Alice Geld von ihrer Adresse mit mehreren Signaturen an Dave im Lightning-Netzwerk sendet, dann aber versucht, einen Fehler zu machen? Sie konnte dies tun, indem sie eine ältere Transaktion an die Blockchain sendete und dabei versuchte, den Kanal in dem Zustand zu schließen, in dem er sich befand, bevor sie eine Transaktion an Dave schickte. Während die Lightning-Software diese alten Transaktionszustände löscht, könnte Alice die Software geändert haben, um sie zu speichern. Wenn Alice versucht zu behaupten, dass sie noch ihr altes Guthaben hat, überwacht Daves Software (oder andere bestimmte Server) die Blockchain auf eine solche Transaktion und wenn sie Alices gesendete Transaktion abfängt, verliert sie als Strafe ihr gesamtes Geld an Dave. Infolgedessen besteht für jeden ein Anreiz, einen alten, ungültigen Zustand zu senden.

Was ist, wenn Alice und Bob beide online sind und bereit sind, ihren Kanal zu schließen? Wenn beide Parteien gemeinsam einen Zahlungskanal schließen, kann das Guthaben innerhalb von 10 Minuten in der Blockchain gelöscht werden. Dies ist die Zeit, die eine Bitcoin-Transaktion benötigt, um zu bestätigen. Alice und Bob haben in der Zwischenzeit möglicherweise Tausende Male Transaktionen im Lightning Network durchgeführt.

Lightning Network verlässt sich für seine Sicherheit letztendlich auf die zugrunde liegende Blockchain, sei es Bitcoin oder auf andere Weise. Im Fall von Bitcoin wird der zugrunde liegende Proof-of-Work-Algorithmus verwendet, der das gesamte Netzwerk sichert, um es ebenfalls zu sichern. Die Blockchain ist der ultimative Schiedsrichter oder praktisch ein automatisierter Richter. Mit Lightning wissen Sie immer, wie der Richter entscheidet, da dies in die Transaktionen vorab geschrieben ist, die zum Erstellen der Zahlungskanäle verwendet werden, aus denen das Lightning-Netzwerk besteht. Dies ist ein Richter, der nicht beschwichtigt oder bestochen werden kann. Tatsächlich ermöglicht Lightning einen "lokalen Konsens" -Zustand, der letztendlich durch den "globalen Konsens" (die Blockchain) erzwungen wird. Dieser lokale Konsensstaat hat kein dem traditionellen Modell ähnliches Depotvertrauen, da jeder Teilnehmer einseitig seine Gelder ohne die Zusammenarbeit anderer Teilnehmer schließen und zurückzahlen kann. Letztendlich verwendet Lightning die zugrunde liegende Blockchain als Mittel zur Stapelabwicklung von Transaktionen, die außerhalb der Kette ohne Vertrauen der Gegenpartei stattgefunden haben.

Lightning Network kann mit der Bitcoin-Blockchain oder anderen Blockchains arbeiten oder es kann verwendet werden, um verschiedene Assets mithilfe von "kettenübergreifenden Atom-Swaps" sofort zwischen Blockchains zu übertragen. Die Konsensregeln für jede Blockchain können unterschiedlich sein und ermöglichen ein sicheres Überqueren von Anlageklassen ohne Depot-Clearingstellen.

Mit Lightning können kleine Transaktionen oder Zahlungen über das Netzwerk fließen, ähnlich wie Pakete über das Internet fließen. Es hat das Potenzial, neue Anwendungsfälle zu erstellen, die zuvor nicht möglich waren, wie z. B. Zahlungen von Maschine zu Maschine, Mikrozahlungen für Inhalte und sofortige Asset-Swaps.

Dies ist eine grundlegende Einführung in die Lighning Network-Technologie. Über Zahlungskanäle und kostengünstige Mikrotransaktionen hinaus geht es um viel mehr.

In meinem nächsten Beitrag werde ich weiterführende Themen behandeln wie:

  • Kanalbalance
  • Gateway-Routing-Knoten
  • Beworbene und nicht beworbene Kanäle
  • Pufferkapital
  • Quell-Routing
  • Zwiebel-Routing
  • Brückenkanäle
  • Atomare Mehrwegzahlungen

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