Данные показывают, что BitcoinLightning Network решила проблему масштабируемости

By Bitcoin Журнал - 1 год назад - Время чтения: 10 минуты
Чт, 24 нояб.2022 г., 3:30

Данные показывают, что BitcoinLightning Network решила проблему масштабируемости

A data-driven exploration proving that Lightning scales bitcoin payments beyond Visa and that second-layer innovation is the way.

Это редакционная статья Станислава Козловского, инженера-программиста и исследователя макроэкономики.

Много Bitcoiners have heard of Bitcoin’s “lack of scalability” — it is one of the most common critiques waged against the project by both gluttonous cryptocurrency competitors and incumbent establishment actors.

Some oldtimers may remember the heated, bathed-in-controversy Blocksize Wars of 2015 to 2017 which, aided by industry insiders, most shallowly aimed to make Bitcoin scale to more transactions by increasing the maximum block size and by doing so, almost set precedent and changed BitcoinАвтора будущий курс навсегда.

Both of these issues will ultimately prove to be left on the wrong side of history. In this piece, we are going to show how the Lightning Network addresses Bitcoin’s scalability problems and undoubtedly proves that the small-block decision was ultimately the right one.

Ограничения и варианты базового уровня

Прежде чем мы поймем, что решает Lightning Network, мы должны сначала понять, в чем заключается неотъемлемая проблема. Проще говоря: вы не можете масштабировать блокчейн для децентрализованной проверки транзакций всего мира.

Блокчейны страдают от присущих им ограничений, которые вынуждают их искать компромисс между тремя качествами — одно качество их системы должно идти на пользу двум другим. Как показано выше, блокчейн может надежно обладать только двумя из этих трех качеств:

Стоит отметить, что все эти характеристики находятся в отдельных сложных спектрах. Например, вы не становитесь «безопасным» выше определенного порога, это очень зависит от на вариант использования и множество различных характеристик.

Bitcoin is slow for a reason. It explicitly picked to optimize the “security” and “decentralization” sections of the trilemma, leaving “scalability” (transactions per second) on the sideline.

Ключевым моментом является то, что, как и в случае с сегодняшним Интернетом и финансовой системой, более оптимально включать всю систему из отдельных слоев, где каждый слой оптимизируется и используется для разных целей.

Bitcoin, the base layer, is a globally-replicated public ledger — every transaction is broadcast to every participant in the network. It is evident that one cannot practically scale such a ledger to accommodate the entire world’s growing transaction rate. Apart from being impractical and privacy damaging, its drawbacks vastly outweigh its insignificant benefits.

Back in the day, there was a major civil war between the online community in what Bitcoin should do to increase its transaction throughput capacity. There is главный, приводящий в бешенство спор в этой истории and is in large part what shaped Bitcoin to remain what it is today — a grassroots, bottom-up movement where средние люди (плебеи) в совокупности друг с другом диктуют правила сети.

Блочная война” Джонатана Бира иллюстрирует битву между сторонниками децентрализованной сети, желающими лучшего для долгосрочной жизнеспособности сети, и жадностью и пропагандой, поддерживаемой крупными игроками и корпорациями для продвижения своих собственных программ получения власти и прибыли.

Короче, Bitcoin was forked into a failed fork named “Bitcoin Наличные."

The little guy eventually won — Bitcoin did not rush any bad design choices that would come to compromise its decentralization, security or сопротивление цензуре. The decision was effectively made to scale Bitcoin through layers, introducing second layers that work separately from Bitcoin and checkpoint their state to the main, slower-but-more-secure network.

In stark contrast, the evidently-unsuccessful fork Bitcoin Cash sacrificed all hopes of decentralization by increasing its block size to 32 мегабайт, В 32 раза больше чем Bitcoin, всего за максимум 50 платежей в секунду на базовой цепи.

Размер блока

Каждый Bitcoin block has a cap on its size and this denotes the upper bound on how many transactions can exist inside of a block. If demand grows to outpace the amount of transactions a block can have, the block becomes full and transactions get left unconfirmed in the mempool. Пользователи начинают перебивать друг друга с помощью регулируемой комиссии за транзакцию, чтобы их транзакция была включена майнерами, которые заинтересованы в выборе наиболее высокооплачиваемых транзакций.

Наивным решением было бы просто увеличить лимит размера блока, то есть разрешить включать в блок больше транзакций. Негативные побочные эффекты этого настолько незаметны, что даже интеллектуалы как Илон Маск ошибся предложить это.

Увеличение размера блока имеет эффекты второго порядка, которые снижают децентрализацию сети. По мере роста размера блока стоимость запуска узла в сети увеличивается.

In Bitcoin, each node has to store and validate each transaction. Further, said transaction has to be propagated to the node’s peers, which multiplies the network’s bandwidth requirements for supporting more transactions. The more transactions, the more the network’s processing (CPU) and storage (disk) requirements grow for each node. Because running a node yields no financial benefits, the incentive to run one disproportionately decreases the more costly it is.

To put it into numbers, if Bitcoin is to ever scale to Visa’s purported peak capacity levels (24,000 транзакций в секунду) в node would need 48 megabits per second (Mbps) second только для получения транзакций по сети. Ниже представлена ​​карта, показывающая среднюю скорость интернета в мире:

As you can see, a massive part of the world’s average speed would exclude them from the ability to run a node under these conditions. Note that average speed implies that many are even lower than said threshold. Additionally, it doesn’t account for the fact that a user would have other uses for their bandwidth — few selfless people would dedicate 50% of their internet bandwidth for a Bitcoin узел.

Что еще более важно, объем данных, которые это будет генерировать, сделает практически невозможным их хранение кем-либо — это приведет к 518 гигабайтам данных в день или 190 терабайтам данных в год.

Кроме того, для запуска нового узла потребуется загрузить все эти петабайты данных и проверить каждую подпись — и то, и другое приведет к тому, что запуск нового узла займет много времени (годы).

И что еще хуже, 24,000 XNUMX транзакций в секунду сами по себе не создают действительно уникальную глобальную платежную сеть. Visa — не единственная платежная сеть в мире, и с каждым днем ​​мир становится все более взаимосвязанным.

Молниеносная сеть 101

Сеть Молния является отдельная сеть второго уровня that works on top of the main Bitcoin network. Simply said, it batches Bitcoin сделка.

Чтобы получить к нему доступ, вам нужно запустить свой собственный узел или использовать чужой. В сети есть две концепции, которые стоит понять для целей здесь:

A channel is literally a Bitcoin base layer transaction, anchoring the channel to the secure chain.

Как только два узла открывают канал между собой, платежи начинают течь между ними. Каждый последующий платеж изменяет состояние канала, криптографически отменяя старое и помечая новое в памяти и на диске обоих узлов, но не в базовой цепочке.

Каналы могут и, на мой взгляд, в идеале должны оставаться открытыми в течение длительного времени (например, год или более). Если узлы когда-либо решат закрыть свой канал, их последний баланс после всех платежей вне сети будет восстановлен в их исходных кошельках. Это криптографически защищено хэшированными контрактами с временной блокировкой (HTLC) и цифровыми подписями, которые мы не будем подробно рассматривать в рамках этой статьи.

Это позволяет объединять миллиарды платежей в две ончейн-транзакции — одну для открытия канала и одну для его закрытия. После того, как платеж завершен, бесспорно, каков последний баланс между всеми сторонами (при условии, что узлы избыточно хранят свои контрольные точки канала).

Критически важно, чтобы не нужно было напрямую подключаться к другой стороне, чтобы платить им — каналы могут использоваться другими узлами в сети для повышения их доступности. Другими словами, если Алиса подключена к Бобу, а Боб подключен к Кэролайн, Алиса и Кэролайн могут беспрепятственно платить друг другу через Боба.

Молниеносная масштабируемость

As we will now prove, the Lightning Network already scales to support 16,264 transactions a second today and therefore solves the scalability problem while preserving all the benefits Bitcoin has to offer — permissionlessness, scarcity, user sovereignty, portability, verifiability, decentralization and censorship resistance.

Чтобы платеж прошел через сеть, он обычно должен пройти через несколько платежных каналов. Чтобы ответить, сколько платежей сеть может сделать за секунду, нам нужно понять, сколько в среднем поддерживает канал.

Статистика показывает, что средний платеж проходит около три канала.

Ассоциация контрольные цифры мы будем использовать для этого анализа пропускную способность на узел, а не на канал. Поэтому мы будем неточно считать, что каждый узел имеет только один канал. Согласно тесту, узел LND по умолчанию может выполнять 33 платежа в секунду с приличной машиной (8 виртуальных ЦП, 32 ГБ памяти).

Доступно 16,266 XNUMX узлов в сети (по состоянию на ноябрь 2022 г.), если предположить, что каждый платеж должен проходить через три канала (четыре узла), сеть должна обеспечивать около 134,194 XNUMX платежей в секунду.

То есть каждый платеж должен пройти через группу из четырех узлов, а таких уникальных групп в сети 4,066. Предполагая, что каждый узел может совершать 33 платежа в секунду, мы умножаем 4,066 на 33, чтобы получить 134,194 XNUMX.

Теперь, чтобы быть реалистичным: не на каждом узле работает машина, подобная той, что указана в тесте — многие просто бег на малиновом пи. К счастью, для того, чтобы превзойти существующие платежные системы, не требуется многого.

Молния Против. Традиционные платежи

Найти достоверные данные о пиковой мощности традиционных платежных систем сложно, поэтому мы будем полагаться на их среднюю ставку платежей в течение 2021 финансового года. Мы сравним это с теоретической мощностью Lightning, потому что, наоборот, получение среднего уровня платежей в Lightning невозможно из-за его приватности, а также не раскрывает возможности, потому что спрос на платежи Lightning все еще относительно низок. Это сравнение даст нам представление о том, сколько платежей узел Lighting должен иметь возможность маршрутизировать, чтобы превзойти традиционные финансы.

Виза пила 165 миллиардов платежей в 2021 году, PayPal видел 19.3 млрд платежей на всей своей платформе, и FedWire увидел 204 млн. Respectively, these amount to 7,372, 612 and 6.5 payments per second on average for 2021. To put into perspective, Bitcoin сделал 2.44 платежей в секунду в 2021 году и увеличится до семи в секунду.

Цифры многообещающие — требуется, чтобы каждый узел Lightning был способен выполнять только четыре платежа в секунду для того, чтобы превзойти текущие платежные сети как минимум в два раза. При такой скорости 4,066 уникальных четырехузловых групп могут выполнять 16,264 2.2 платежей в секунду, что в XNUMX раза больше, чем у крупнейшего конкурента Visa.

Что еще хуже для традиционных платежных сетей, средняя комиссия за транзакцию Lightning составляет В 13 раз меньше что у визы - 0.1% в сравнении с 1.29%.

Стоит помнить, что всегда можно продолжать масштабировать Lightning Network, создавая новые узлы. Поскольку он является одноранговым, его масштабируемость теоретически неограничена, пока узлы в сети растут.

Кроме того, вышеупомянутый бенчмарк от Bottlepay доказывает, что не существует реальных технических блокировщиков для реализации узлов Lightning, чтобы в конечном итоге достичь 1,000 платежей в секунду. По такому номеру сеть текущий пропускная способность была бы ближе к четырем миллионам в секунду, не говоря уже о том, какой она была бы при увеличении количества узлов.

И, наконец, стоит помнить, что Lightning Network все еще является очень незрелым программным обеспечением, и в будущем предстоит выполнить немало оптимизаций как в протоколе, так и в его реализациях. Ресурсы с точки зрения разработчиков являются единственным краткосрочным ограничением для повышения масштабируемости, которое по праву уступает более важным вопросам, таким как надежность.

Чтобы дать ощущение прогресса там, River Financial недавно поделилась что его показатель успешных платежей составляет 98.7% при среднем размере 46 долларов, что удивительно лучше, чем самые ранние общедоступные данные, которые он смог найти за 2018 год., где 5-долларовые транзакции терпели неудачу в 48% случаев.

Заключение

In this piece, we exposed all of the negative drawbacks of scaling the Bitcoin blockchain through increasing the base layer’s block size, most notably severely compromising its decentralization and ultimately failing to achieve its aim of reaching the immense scalability needed for the demands a global payments network has and will continue to increasingly have in the future.

We showed that the Lightning Network, as a second-layer solution, most elegantly solves the scalability problem by both preserving all of Bitcoin’s benefits while at the same time scaling it way beyond what any base-layer solutions promise.

Это гостевой пост Станислава Козловского. Выраженные мнения являются полностью их собственными и не обязательно отражают мнение BTC Inc или Bitcoin Журнал.

Исходный источник: Bitcoin Журнал