Дані свідчать про те, що Lightning Network подолала проблему масштабованості

Дані свідчать про те, що Lightning Network подолала проблему масштабованості

Дослідження на основі даних доводить, що Lightning масштабує платежі в біткоїнах за межи Visa, і що інновації другого рівня – це правильний шлях.

Багато біткоїнерів чули про «відсутність масштабованості» Біткоїна – це одне з найпоширеніших критичних зауважень, що висуваються проєкту як невтомними конкурентами криптовалюти, так і чинними представниками істеблішменту.

Деякі старожили, можливо, пам'ятають запеклі та повні суперечок війни за розмір блоку з 2015 по 2017 рік, які за сприяння інсайдерів галузі дуже поверхово були спрямовані на те, щоб змусити Біткоїн масштабуватися для більшої кількості транзакцій шляхом збільшення максимального розміру блоку – і цим майже створили прецедент і назавжди змінили майбутній курс Біткоїна.

У результаті виявиться, що такий підхід був не вірним. У цій статті ми розглянемо, як Lightning Network долає проблеми масштабованості Біткоїна і, безсумнівно, доводить, що рішення про малі блоки було правильним.

Обмеження та варіанти базового рівня

Перш ніж ми розберемося, що вирішує Lightning Network, ми повинні спочатку зрозуміти, у чому полягає внутрішня проблема. Простіше кажучи не можна масштабувати блокчейн для децентралізованої перевірки транзакцій усього світу.

Трикутник

Блокчейни страждають від властивих їм обмежень, які змушують шукати компроміс – одна якість їхньої системи має йти на користь двом іншим. Як показано вище, блокчейн може стабільно мати тільки дві з цих трьох якостей:

• Децентралізація: не контролюється якоюсь однією стороною або невеликою кількістю представників еліт.

• Масштабованість: масштабування до достатньої кількості транзакцій

• Безпека: нелегко атакувати та зламати його інваріанти

Всі ці параметри знаходяться в окремих складних діапазонах. Наприклад, «безпека» не настає вище певного порогу, все залежить від варіанта використання і безлічі різних характеристик.

Біткоїн повільний, бо на це є причини. Він явно зробив вибір на користь оптимізації розділів «безпека» та «децентралізація» трилеми, залишивши «масштабованість» (кількість транзакцій за секунду) осторонь.

Ключовим моментом є те, що, як і для інтернету та фінансової системи, більш оптимально включати всю систему з окремих шарів, де кожен шар оптимізується і використовується для різних цілей.

Біткоїн, базовий рівень, є глобально реплікованим публічним реєстром – кожна транзакція транслюється кожному учаснику мережі. Очевидно, що практично неможливо масштабувати такий реєстр, щоб пристосуватися до зростаючої швидкості транзакцій у всьому світі. Крім того, що він непрактичний і завдає шкоди конфіденційності, його недоліки значно переважають його незначні переваги.

Колись в онлайн-спільноті виник великий розбрат щодо того, як Біткоїну збільшити пропускну спроможність транзакцій. У цій історії є серйозні, обурливі протиріччя, і значною мірою це сформувало Біткоїн як він є сьогодні – масовим, висхідним рухом, де звичайні люди (плебеї) спільно диктують правила мережі.

Джерело: bitcoinerbooks.com
Джерело: bitcoinerbooks.com

«Війна за розмір блоку» Джонатана Біра ілюструє битву між прихильниками децентралізованої мережі, які бажають найкращого для довгострокової життєздатності мережі, і жадібністю та пропагандою великих гравців та корпорацій для подальшого отримання влади та прибутку.

Якщо коротко, Біткоїн відгалузився у невдалий форк під назвою Bitcoin Cash.

Ціна біткоїна (синя) в порівнянні з Bitcoin Cash (помаранчева). Джерело: tradeview.com.
Ціна біткоїна (синя) в порівнянні з Bitcoin Cash (помаранчева). Джерело: tradeview.com.

Біткоїн не поспішав із поганим вибором дизайну, який міг поставити під загрозу його децентралізацію, безпеку чи стійкість до цензури. Було фактично ухвалено рішення масштабувати Біткоїн за рівнями, вводячи другі рівні, які працюють окремо від Біткоїна і пересилають свій стан в основну, повільнішу, але безпечнішу мережу.

Своєю чергою, явно невдалий форк Bitcoin Cash пожертвував усіма надіями на децентралізацію, збільшивши розмір свого блоку до 32 мегабайт, що у 32 рази більше, ніж у Біткоїна, лише за 50 платежів за секунду в базовому ланцюжку.

Розмір блоку

Кожен Біткоїн-блок має обмеження за розміром, і це означає верхню межу того, скільки транзакцій може існувати всередині блоку. Якщо попит перевищує кількість транзакцій, які може мати блок, блок переповнюється, і транзакції залишаються непідтвердженими в мемпулі. Користувачі намагаються перевершити регульовану комісію за транзакцію, щоб їхня транзакція була включена майнерами, зацікавленими у виборі найбільш високооплачуваних транзакцій.

Наївним рішенням було б просто збільшити ліміт розміру блоку, тобто дозволити включати до блоку більше транзакцій. Негативні побічні ефекти цього настільки непомітні, що навіть такі інтелектуали, як Ілон Маск, роблять помилку, пропонуючи це.

Збільшення розміру блоку має ефекти другого порядку, що знижують децентралізацію мережі. У міру зростання розміру блоку вартість запуску вузла у мережі збільшується.

У Біткоїні кожен вузол повинен зберігати та перевіряти кожну транзакцію. Крім того, зазначена транзакція має бути поширена на однорангові вузли, що збільшує вимоги до пропускної здатності мережі для підтримки більшої кількості транзакцій. Чим більше транзакцій, тим більше зростають вимоги мережі до обробки (ЦП) і пам’яті (диск) для кожного вузла. Оскільки запуск вузла не приносить фінансових вигод, стимул запускати його непропорційно зменшується у міру того, чим дорожче це коштує.

Уявімо це в цифрах: якщо Біткоїн коли-небудь масштабується до передбачуваних пікових рівнів пропускної спроможності Visa (24 000 транзакцій за секунду), вузлу буде потрібно 48 мегабіт за секунду (Мбіт/с) лише для отримання транзакцій через мережу. Нижче представлена карта, яка показує середню швидкість інтернету у світі:

Джерело: visualcapitalist.com
Джерело: visualcapitalist.com

Як бачите, середня швидкість у світі унеможливлює запуск вузла в цих умовах. Зверніть увагу, що багато хто знаходиться навіть нижче зазначеного порога. Крім того, тут не враховується той факт, що користувач ще якось використовуватиме пропускну спроможність – лише дрібка самовідданих людей виділятиме 50% своєї пропускної спроможності в інтернеті для вузла Біткоїна.

Що ще важливіше, обсяг генерованих даних – 518 гігабайтів на день або 190 терабайтів на рік – унеможливить їхнє зберігання.

Крім того, для запуску нового вузла потрібно завантажити всі ці петабайти даних і перевірити кожен підпис – і те, й інше призведе до того, що запуск нового вузла займе багато часу (роки).

І що ще гірше, 24 000 транзакцій за секунду самі по собі не створюють справді унікальну глобальну платіжну мережу. Visa – не єдина платіжна мережа у світі, і з кожним днем світ стає все більш взаємопов'язаним.

Мережа Lightning 101

Мережа Lightning – це окрема мережа другого рівня, яка працює поверх основної мережі Біткоїна. Простіше кажучи, вона групує Біткоїн-транзакції.

Щоб отримати доступ до неї, вам потрібно запустити свій вузол або використовувати чужий. У мережі є дві концепції, які потрібно розуміти:

Вузол Lightning: окреме програмне забезпечення, яке взаємодіє один з одним та утворює нову однорангову мережу.

Канали: з'єднання, відкрите між двома вузлами Lightning, що дозволяє здійснювати платежі між ними.

Канал буквально є транзакцією базового рівня Біткоїна, що прив'язує канал до безпечного ланцюжка.

Як тільки два вузли відкривають канал між собою, між ними починається обмін платежами. Кожен наступний платіж змінює стан каналу, криптографічно скасовуючи старе і помічаючи нове у пам'яті та диску обох вузлів, але не в базовому ланцюжку.

Канали можуть і, на мій погляд, в ідеалі повинні залишатися відкритими протягом тривалого часу (наприклад, рік чи більше). Якщо вузли будь-коли вирішать закрити свій канал, їхній останній баланс після всіх офчейн-платежів буде відновлено у вихідних гаманцях. Це криптографічно захищено хешованими контрактами з тимчасовим блокуванням (HTLC) та цифровими підписами, що ми не будемо докладно розглядати в рамках цієї статті.

Це дозволяє об'єднувати мільярди платежів у дві ончейн-транзакції – одну для відкриття каналу та одну для його закриття. Після того, як платіж завершено, останній баланс між усіма сторонами стає безперечним (за умови, що вузли надлишково зберігають контрольні точки каналу).

Це критично важливо, що не потрібно підключатися безпосередньо до іншої сторони, щоб заплатити їй – канали можуть використовуватися іншими вузлами в мережі для підвищення їхньої доступності. Іншими словами, якщо Еліс підключена до Боба, а Боб підключений до Керолайн, Еліс та Керолайн можуть без перешкод платити один одному через Боба.

Масштабованість Lightning

Як ми зараз доведемо, мережа Lightning вже сьогодні масштабується для підтримки 16 264 транзакцій в секунду і, отже, долає проблему масштабованості, зберігаючи при цьому всі переваги, які може запропонувати Біткоїн – відсутність дозволу, дефіцит, суверенітет користувача, переносність, можливість перевірки, децентралізація та стійкість до цензури

Для того, щоб платіж пройшов через мережу, він має пройти через кілька платіжних каналів. Щоб відповісти скільки платежів мережа може зробити за секунду, нам потрібно зрозуміти, скільки в середньому підтримує канал.

Статистика показує, що середній платіж відбувається приблизно трьома каналами.

Контрольні цифри, які ми будемо використовувати для цього аналізу, стосуються пропускної здатності на вузол, а не на канал. Тому ми неточно вважатимемо, що кожен вузол має лише один канал. Відповідно до тесту, вузол LND за умовчанням може виконувати 33 платежі за секунду з хорошим устаткуванням (8 віртуальних ЦП, 32 ГБ пам'яті).

Маючи 16 266 вузлів у мережі (станом на листопад 2022 року) та припускаючи, що кожен платіж повинен проходити трьома каналами (чотири вузли), мережа повинна забезпечувати близько 134 194 платежів за секунду.

Тобто кожен платіж повинен пройти через групу з чотирьох вузлів, а таких унікальних груп у мережі 4066. Припускаючи, що кожен вузол може здійснювати 33 платежі за секунду, ми множимо 4066 на 33, щоб отримати 134 194.

Тепер, щоб бути реалістичними: не кожен вузол працює на устаткуванні, подібному до того, що вказано в тесті – багато хто просто працює на Raspberry Pi. На щастя, щоб перевершити наявні платіжні системи, багато не потрібно.

Lightning проти традиційних платежів

Знайти перевірені дані про пікову потужність традиційних платіжних систем складно, тому ми будемо покладатися на їхній середній показник протягом 2021 фінансового року. Ми порівняємо це з теоретичною потужністю Lightning, тому що отримання середнього показника платежів у Lightning неможливе через її приватність, а також не розкриває можливості, тому що попит на платежі Lightning все ще відносно низький. Це порівняння дасть нам уявлення про те, скільки платежів вузол Lighting повинен маршрутизувати, щоб перевершити традиційні фінанси.

Через Visa було здійснено 165 мільярдів платежів у 2021 році, PayPal – 19,3 мільярда платежів на всій платформі, а через FedWire – 204 мільйони. Відповідно, це становить 7372, 612 та 6,5 платежів за секунду в середньому на 2021 рік. Для порівняння, Біткоїн робив 2,44 платежів за секунду у 2021 році й масштабується до максимум семи за секунду.

Цифри багатонадійні – потрібно, щоб кожен вузол Lightning міг виконувати лише чотири платежі за секунду, щоб перевершити поточні платіжні мережі щонайменше вдвічі. За такої швидкості 4066 унікальних чотиривузлових груп можуть виконувати 16 264 платежі за секунду, що у 2,2 раза більше, ніж у найбільшого конкурента Visa.

Транзакції

Що ще гірше для традиційних платіжних мереж, середня комісія за транзакцію Lightning у 13 разів менша, ніж у Visa – 0,1% порівняно з 1,29%.

Варто пам'ятати, що можна продовжувати масштабувати Lightning Network, створюючи нові вузли. Оскільки вона є одноранговою, її масштабованість теоретично необмежена, поки вузли в мережі зростають.

Крім того, вищезазначені дані від Bottlepay доводять, що не існує реальних технічних блоків того, щоб вузли Lightning у результаті могли досягти 1000 платежів за секунду. При такому числі поточна пропускна здатність мережі була б ближчою до чотирьох мільйонів на секунду, не кажучи вже про те, якою вона була б при збільшенні кількості вузлів.

І, нарешті, варто пам'ятати, що Lightning Network все ще є дуже незрілим програмним забезпеченням, і в майбутньому потрібно буде виконати чимало оптимізацій як у протоколі, так і його реалізаціях. Ресурси з точки зору розробників є єдиним короткостроковим обмеженням для підвищення масштабованості, яка по праву поступається важливішим речам, таким як надійність.

Для кращого уявлення про прогрес у цій галузі, River Financial нещодавно повідомила, що її показник успішних платежів становить 98,7% при середньому розмірі 46 доларів, що ще краще, ніж перші загальнодоступні дані, які вона змогла знайти за 2018 рік, коли транзакції на 5 доларів зазнавали невдачі у 48% випадків.

Висновок

У цій статті ми виявили всі недоліки масштабування блокчейну Біткоїна шляхом збільшення розміру блоку базового рівня, що в першу чергу серйозно підірвало його децентралізацію і в результаті завадило досягненню мети величезної масштабованості, необхідної для поточних та майбутніх вимог глобальної платіжної мережі.

Ми показали, що Lightning Network як рішення другого рівня найбільше елегантно вирішує проблему масштабованості, зберігаючи всі переваги Біткоїна і водночас масштабуючи його набагато більше, ніж пропонують будь-які рішення базового рівня.

Це гостьовий пост Станіслава Козловського, інженера програмного забезпечення та дослідника макроекономіки. Висловлені погляди є його власними і не обов’язково збігаються з точкою зору BTC Inc. або Bitcoin Magazine.

Як правильно поводитися з токенами BRC-20 та Ordinals Як правильно поводитися з токенами BRC-20 та Ordinals Прагматичний погляд на проблему Ordinals і токенів у Біткоїні та на те, як розв'язати проблему їхнього використання блокового простору. Роббі Грінфілд 19 травня 2024
Чому Біткоїн – це вкрай потрібне «замороження» для ваших заощаджень Чому Біткоїн – це вкрай потрібне «замороження» для ваших заощаджень З розвитком технологічного прогресу вільний ринок невблаганно рухається до «розбавлення» коштів. Біткоїн – це глибоке «замороження», якого відчайдушно потребують ваші заощадження. Unchained Capital 12 травня 2024
Налаштування мультипідпису власноруч чи спільне зберігання з мультипідписом? Налаштування мультипідпису власноруч чи спільне зберігання з мультипідписом? Рішення перевести біткоїн на самостійне зберігання – це лише перший крок. Власники повинні також вирішити, як вони хочуть захистити свої заощадження: за допомогою єдиного підпису, самостійно створеного мультипідпису чи спільного зберігання. Unchained Capital 12 травня 2024