Úvod do technologie Lightning Networku

Bitcoin jako první a nejpopulárnější kryptoměna vůbec nabízí ve srovnání s alternativními blockchainy jednoznačně nejsilnější záruky bezpečnosti a decentralizace. Pokud však jde o téma jeho škálovatelnosti, nelze obejít maximální prostor pro bloky ani průměrný desetiminutový interval výroby bloků na základní vrstvě, který omezuje jeho propustnost na přibližně 7 transakcí za sekundu. To v mnoha uživatelích vyvolává obavy, zda s postupným celosvětovým přijímáním a růstem uživatelské základny může být Bitcoin dostatečně škálovatelný, aby uspokojil potřeby milionů uživatelů po celém světě.

Postupem času se s rozvojem Bitcoinového ekosystému začaly objevovat různé technologické inovace, které se zaměřovaly právě na řešení problému škálovatelnosti Bitcoinu. Jednou z nich je velmi populární Lightning Network, řešení pro škálování druhé vrstvy postavené nad sítí Bitcoin. Jak Lightning Network vznikla a jak funguje?

Vznik Lightning Networku

Koncept Lightning Network navrhli v roce 2015 Thaddeus Dryja a Joseph Poon, kteří publikovali společný whitepaper s názvem „The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments„. Dokument popisuje decentralizovaný protokol postavený nad Bitcoinem, který je postaven na principu platebních kanálů a dokáže zpracovat mimo řetězcové (off-chain) transakce mezi uživateli v síti.

V roce 2016 Dryja a Poon založili společnost Lightning Labs, která se zabývá vývojem sítě Lightning Network. Přestože se členové týmu postupem času střídali, vývojáři neustále pracovali na tom, aby byl protokol kompatibilní s blockchainem Bitcoinu. Největší průlom ve vývoji Lightning Network přišel s implementací SegWit v roce 2017, která zavedla zvýšení limitu velikosti bloku odstraněním podpisových údajů a zároveň odstranila dlouholetou chybu Bitcoinu známou jako poddajnost transakcí (transaction malleability).

Po aktivaci soft forku SegWit v létě 2017 se po dlouhém boji otevřely dveře pro Lightning Network v Bitcoinu. Je však třeba dodat, že Bitcoin nebyl první sítí, na které byla Lightning Network spuštěna. Již v květnu 2017 byla na blockchainu Litecoin provedena vůbec první transakce Lightning Network.

V lednu 2019 vznikla na sociální síti Twitter iniciativa, ve které neznámý uživatel s přezdívkou hodlonaut zahájil propagační test sítě Lightning tím, že poslal 10 000 satoshi (0,00010000 BTC) jinému příjemci, přičemž příjemce k transakci připojil dalších 10 000 satoshi (v té době zhruba 0,35 USD) a poslal je dalšímu důvěryhodnému příjemci. Postupem času se tato iniciativa, oficiálně pojmenovaná „Lightning Torch„, dostala k významným osobnostem, jako je zakladatel Twitteru Jack Dorsey, zakladatel Binance Changpeng Zhao a zakladatel Litecoinu Charlie Lee. Podle dostupných informací prošla pochodeň 292 uživateli ve více než 40 zemích světa, dokud nedosáhla pevně stanoveného limitu 4 390 000 satoshi (0,0439 BTC). Poslední platba v rámci výzvy šla jako dar neziskové organizaci Bitcoin Venezuela, která si klade za cíl popularizovat Bitcoin v zemi.

Co je to Lightning Network?

Lightning je řešení pro škálování druhé vrstvy, které je postaveno nad sítí Bitcoin, ale také nad jinými sítěmi, jako je Litecoin. Síť Lightning je fakticky oddělená od blockchainu, nad kterým je postavena – má vlastní uzly, vlastní software, ale stále komunikuje s hlavním blockchainem. 

Model Lightning je postaven na principu peer-to-peer platebních kanálů vytvořených mezi různými protistranami. Podstatou sítě Lightning je, že pouze otevření a uzavření kanálu vyžaduje on-chain transakci, zatímco v období mezi otevřením a uzavřením kanálu jsou všechny transakce prováděny off-chain, tj. mimo hlavní blockchain. Prostřednictvím platebních kanálů lze provádět neomezený počet transakcí, které jsou rychlé, levné a bezpečné.

Pro otevření platebního kanálu musí uživatel uzamknout určitý počet bitcoinů do protokolu. V praxi to znamená vytvoření jakési chytré smlouvy s jiným uživatelem, kterou si lze představit jako vzájemně sdílenou účetní knihu, do níž lze zapsat neomezený počet transakcí. Tyto transakce jsou viditelné pouze pro vás a vaši protistranu a žádná ze stran nemůže do této účetní knihy zapsat neautorizované transakce, a tudíž nemůže podvádět.

Zdroj: Bitpay

Obě strany mohou po otevření kanálu mezi sebou převádět finanční prostředky, aniž by se tyto transakce projevily v hlavním blockchainu. Vzhledem k tomu, že transakce v rámci sítě Lightning nemusí být schváleny všemi uzly v síti, zkracuje se díky použití Lightningu výrazně doba vyrovnání transakcí. Uzly v síti jsou navíc schopny předávat směrování (zprostředkovávat) transakce i mezi uživateli, kteří mezi sebou nemají otevřené kanály. Díky tomu je výsledkem Lightningu velmi kvalitní a rychlý platební systém.

V případě, že se protistrany rozhodnou, že spolu již nebudou obchodovat, mohou se rozhodnout uzavřít platební kanál. Všechny informace týkající se tohoto kanálu se pak sloučí do jediné transakce, která se odešle do hlavní sítě (např. Bitcoin), kde se následně uskuteční vyrovnání. Provádění transakcí přes Lightning mimo hlavní síť zajišťuje, že vyrovnání mezi protistranami je agregováno do jediné transakce a není třeba provádět desítky nebo stovky malých transakcí v hlavní síti, které by byly dražší, pomalejší a zabíraly by omezený prostor v blocích.

Příklad z praxe

Představme si, že Marek, programátor a začínající podnikatel z Bratislavy, který je velkým fanouškem nových technologií, chodí každý den na oběd do restaurace vedle své soukromé kanceláře, která přijímá platby Bitcoiny. Marek se s provozovateli restaurace dohodl na otevření platebního kanálu v rámci sítě Lightning, kde bude restauracím proplácet platby za obědy. Platební kanál je v tomto případě multi-signature adresa se schématem 2-2, což znamená, že pro podepsání transakce na této adrese existují dva soukromé klíče a k převodu prostředků jsou potřeba oba. Pro otevření kanálu a restaurace Marek pošle část svých bitcoinů na tuto adresu vysíláním transakce financování přímo v blockchainu Bitcoinu.

Po otevření platebního kanálu s restaurací může Marek denně platit za své obědy, přičemž platby probíhají prakticky okamžitě a za zlomek transakčních poplatků, které by zaplatil při tradiční platbě Bitcoinem. Otevřený platební kanál má svou vlastní jakousi „účetní knihu“, která zaznamenává všechny provedené transakce, které jsou mimo hlavní bitcoinový blockchain. Žádná z těchto transakcí nikdy nepřijde do styku s Bitcoinovým blockchainem, ale přesto těží z jeho zabezpečení.

V souvislosti s rozšířením Markova podniku a přijetím několika zaměstnanců se Marek musel po roce a půl přestěhovat do nových kanceláří, které jsou však od restaurace vzdáleny více než dva kilometry. Marek se tedy s restaurací dohodl na uzavření platebního kanálu. Když dojde k uzavření kanálu v síti Lightning Network, všechny transakce, které byly provedeny v síti Lightning Network, se sloučí do jedné transakce a odešlou se do hlavní sítě Bitcoin.

Pokud by Mark chtěl, mohl by si samozřejmě oběd koupit prostřednictvím běžných bitcoinových transakcí po celou otevírací dobu restaurace. Za každou z nich by však musel zaplatit síťové poplatky, které by v některých případech mohly dosahovat hodnot několika dolarů, což by nebylo vůbec efektivní. Mark je však chytrý obchodník a ví, že díky Lightningu ušetřil za rok a půl spoustu peněz na transakčních poplatcích. Místo toho platil poplatek pouze při otevření a uzavření platebního kanálu.

PŘIHLÁSIT SE DO PROFILU

Hlavní výhody Lightningu

Lightning je škálovatelný

Samotný Bitcoin je schopen zpracovat pouze přibližně 7 transakcí za sekundu. Cílem Lightning Network je toto omezení vyřešit tím, že bude poskytovat rychlé a levné transakce, přičemž propustnost sítě může dosáhnout až 1 000 000 transakcí za sekundu.

Lightning je levný

Poplatky za běžné transakce s bitcoiny mohou být opravdu drahé, zejména v období vysoké poptávky. Průměrný poplatek za transakci v bitcoinové síti se v současné době pohybuje kolem 1,5 dolaru, což může být v některých případech vyšší než hodnota zboží, za které platíte (například nákup kávy za bitcoiny). Lightning poskytuje ekonomický způsob provádění plateb libovolné velikosti. Průměrný poplatek za transakci v síti Lightning činí 1 satoshi, což je přibližně 0,00022 USD. To otevírá dveře pro provádění každodenních mikroplateb prostřednictvím bitcoinu, ať už za kávu, oběd nebo cokoli jiného.

Lightning je vzájemně propojený

Lightning Network umožňuje uživatelům komunikovat s uživateli, se kterými nemají otevřené platební kanály. Pokud má subjekt A otevřený kanál se subjektem B a subjekt B má otevřený kanál se subjektem C, pak může subjekt A provádět transakce se subjektem C, aniž by musel otevírat nový platební kanál.

Lightning je rychlý a soukromý

Zatímco u Bitcoinu přicházejí bloky transakcí přibližně jednou za deset minut a transakce je považována za platnou po 2-4 potvrzeních bloku (20-40 minut), transakce v síti Lightning Network jsou vypořádány okamžitě. Zároveň transakce prováděné v rámci Lightningu probíhají v tzv. kanálech namísto veřejného blockchainu Bitcoinu, které nejsou zcela transparentní. Lightning tak pomáhá zvyšovat soukromí transakcí.

Přesměrování transakcí – vzájemná propojitelnost

Podívejme se na modelovou situaci číslo dvě, ve které má Adam otevřený platební kanál s Beatou a Beata má otevřený kanál s Charliem.

Všechny tři výše uvedené subjekty se sešly v restauraci na společném firemním setkání. Adam však Charlieho téměř nezná, protože Charlie pracuje pro stejnou společnost, ale na večírek přišel jako zástupce pobočky z jiného města. Charlie se rozhodl zaplatit účet za celé setkání, a to prostřednictvím Bitcoinu.

Adam si však chce s Charliem vyřídit účty za večeři a pití. Jelikož Adam s Charliem téměř nepřichází do styku, nemá s ním otevřený platební kanál. Zároveň vzhledem k tomu, že nepředpokládají, že by spolu v budoucnu komunikovali, nemá pro ně vytvoření společného kanálu smysl.

Skutečnost, že Adam a Charlie nejsou propojeni, však nevylučuje možnost, že si pomocí Blesku vzájemně vyřídí účet za večeři. Vzhledem k tomu, že Adam má otevřený kanál s Beatou a Beata má zase otevřený kanál s Charliem, existuje mezi nimi možnost vzájemného vyrovnání.

Zdroj: ResearchGate

Beata souhlasí se zprostředkováním Adamovy platby 0,001 BTC Charliemu výměnou za malý poplatek za směrování ve výši 100 satoshi. Platba, která prochází přes zprostředkovatele, se v praxi označuje jako „hop“. V praxi může jedna platba projít maximálně 20 hopy, ale čím méně hopů, tím lépe – každý další hop je standardně spojen s dodatečnými náklady na přesměrování transakce.

Potenciální rizika

Likvidita

Jednou z nejčastěji kritizovaných skutečností u Lightningu jsou omezení při provádění větších transakcí. V praxi mohou uživatelé v rámci Lightningu utrácet pouze prostředky, které mají uzamčeny v platebním kanálu. Pokud například vložíte do kanálu 0,2 BTC a časem je utratíte, vaše protistrana bude mít všechny prostředky k dispozici a vám zůstane pouze možnost kanál uzavřít nebo počkat, až vám někdo zaplatí, což není ideální.

Jedním z problémů je omezená kapacita kanálů. Pokud si představíme, že Adam a Beata mají na svém kanálu kapacitu 5 BTC (Adam 3 BTC a Beata 2 BTC), ale Beata a Charlie mají kapacitu pouze 1 BTC ( Beata 0,5 BTC a Charlie 0,5 BTC), Adam nikdy nebude moci poslat Charliemu více než 0,5 BTC, a to z důvodu, že Beata je prostředníkem mezi Adamem a Charliem.

Centralizace uzlů

V komunitě panují obavy, že do Lightning Network časem vstoupí velcí hráči s velkým kapitálem a mohou se stát „centralizovanými zprostředkovateli“. Přes ně by musely být směřovány veškeré platby vyšších částek, protože mají dostatečnou kapacitu a likviditu k přesměrování transakcí.

Každému je asi jasné, že to není optimální scénář. Oslabil by systém jako celek, protože například vyřazení těchto uzlů z provozu by mohlo výrazně ztížit nebo znemožnit provádění plateb v rámci sítě LN.

Stav Lightning sítě

Podle webu bitcoinvisuals.com je v současné době v síti Lightning Network aktivních více než 16 000 uzlů. Celkem je k dispozici až 76 tisíc platebních kanálů s celkovou kapacitou 5390 BTC (120 milionů USD). Průměrná kapacita na jeden kanál je přibližně 6 713 000 satoshi (0,06713 BTC – zhruba 1 500 USD) a průměrná kapacita na jeden uzel je přibližně 60 940 000 satoshi (0,6094 BTC – zhruba 13 000 USD). Každý uzel má v průměru otevřeno 9 platebních kanálů.

INVESTOVAT S FUMBI