Lightning Network: сеть, которая делает биткоин быстрее молнии
В октябре 2008 года человек или группа лиц под псевдонимом Сатоши Накамото опубликовал white paper биткоина. Согласно документу, первая криптовалюта — это «электронные деньги» для взаиморасчетов без посредников.
С момента запуска сети биткоина прошло практически 14 лет — за это время криптовалютная отрасль превратилась в многомиллиардную индустрию, а на рынке появились тысячи токенов. Несмотря на разнообразие проектов, многие по-прежнему считают, что именно биткоин лучше всего подходит на роль глобальной интернет-нативной валюты.
Однако для этого необходимо решить проблему масштабируемости.
Существует несколько возможных решений. Это и софтфорки на уровне основного протокола (SegWit, Taproot), и L2-протоколы (сайдчейны, Lightning Network, Ark, RGB).
На текущий момент наибольшее распространение получила Lightning Network (LN), которую в последнее время активно интегрируют крупные провайдеры услуг вроде Kraken и OKX. О намерении добавить поддержку протокола также заявили в Coinbase и Binance.
Мы в Boosty Venture Studio уверены, что LN является наиболее эффективным решением для масштабирования биткоина и в перспективе может конкурировать с традиционными платежными сетями. В этом гайде мы подробно расскажем о том, что такое Lightning Network, как она работает и зачем ее использовать.
Что такое Lightning Network?
Lightning Network — это протокол второго уровня поверх биткоина. Представляет собой сеть платежных каналов для дешевых и мгновенных биткоин-платежей.
В 2016 году Джозеф Пун и Таддеус Драйя опубликовали white paper с описанием Lightning Network. Необходимость такого решения авторы объяснили малой пропускной способностью сети первой криптовалюты:
«Протокол биткоина может охватить глобальный объем транзакций во всех современных платежных системах […]. Однако сам по себе блокчейн как платежная платформа не способен удовлетворить потребности мирового рынка коммерции», — говорится в документе.
Пропускная способность биткоина ограничена — до 7 TPS, а время подтверждения составляет около 10 минут. В это же время такие сети как Visa способны обрабатывать тысячи транзакций в секунду. Lightning Network призвана снять ограничения с биткоина без ущерба для его безопасности.
Как работает Lightning Network?
Сеть Lightning Network состоит из множества двусторонних каналов, представляющих собой адреса с мультиподписью (по модели «два из двух»).
Чтобы открыть такой канал, пользователю необходимо установить и настроить специальное программное обеспечение, запустив свою ноду. Узлы в LN выполняют две основные функции: отслеживают состояние основного блокчейна и взаимодействуют с другими нодами сети для передачи сообщений.
При открытии канала стороны блокируют определенное количество активов в рамках транзакции финансирования (funding transaction). При этом средства могут внести как обе ноды, так и только одна из них. В рамках этой транзакции фиксируются балансы биткоинов, выведенные в LN.
Любой платеж в рамках канала изменяет доли владения активами. Каждый раз стороны подписывают транзакции в сети LN, отражающие новое состояние баланса. В рамках одного канала можно совершить неограниченное число биткоин-транзакций, но в основной блокчейн будут записаны только две, — открытие и закрытие канала. Именно так LN разгружает биткоин.
Пользователи Lightning Network могут осуществлять платежи напрямую (в рамках одного канала) и через интегрированный в протокол механизм роутинга. Последний позволяет проводить транзакции с участниками сети, с которыми образована лишь косвенная связь.
Механизм роутинга передает сообщения в виде Hashed Timelock Contract (HTLC). Эти смарт-контракты построены таким образом, что каждая нода в логистической цепочке видит только ту информацию, которая необходима ей для маршрутизации транзакции и получения вознаграждения.
Сообщения передаются от ноде к ноде, пока не достигнут конечного получателя. При этом сеть старается построить наиболее оптимальный маршрут — как с точки зрения скорости обработки операций, так и с точки зрения комиссионных издержек.
Состояние канала Lightning Network публикуется в основную сеть биткоина только в случае его закрытия. Существуют два основных сценария: кооперативный и принудительный.
- Кооперативное закрытие: реализуется в рамках одной транзакции — оба пользователя соглашаются закрыть канал и получают активы на принадлежащие им биткоин-адреса. Распределение происходит на основе последнего состояния баланса.
- Принудительное закрытие: пользователь передает в основную сеть последнее известное ему состояние канала, не связываясь с другим участником. Обычно такое происходит, когда одна из сторон недоступна.
После подтверждения закрытия баланс инициатора операции замораживается на определенное время. В это «окно» второй контрагент может вернуться в сеть и утвердить состояние канала, подписав транзакцию. Если этого не произойдет, активы инициатора станут доступными для расходования по истечению периода блокировки, который может достигать 2016 блоков.
Если операция инициатора оспаривается и вторая сторона имеет возможность опубликовать более свежее состояние канала, она подписывает «транзакцию справедливости» (justice transaction). В рамках последней пользователь может вернуть свои средства.
Чтобы не следить за состоянием канала постоянно, участники могут передать эту задачу полудоверенной третьей стороне — «сторожевой башне» (watchtower). Она исключает возможность двойного расходования, публикуя транзакции справедливости от имени пользователей.
Несмотря на присутствующий риск, недобросовестное поведение участников LN достаточно редкое явление, об этом свидетельствуют данные исследования компании Blockstream и группы европейских ученых. Имеющиеся механизмы защиты, в том числе сторожевые башни, предостерегают пользователей от злонамеренных действий.
«Как кооперативные, так и принудительные закрытия крайне распространены. Интересно, что штрафы наблюдаются исключительно редко. Это указывает на то, что [участники] ведут себя добросовестно», — говорится в работе.
Как стать участником Lightning Network?
Есть несколько способов присоединиться к Lightning Network. В зависимости от целей, которые преследует пользователь, он может выбрать наиболее подходящий для него вариант взаимодействия с протоколом.
Вопрос выбора особенно актуален для бизнеса, поскольку, если компания хочет начать принимать платежи через LN или интегрировать протокол в свое приложение, она должна обеспечить бесперебойную работу нод и каналов.
Запуск физической ноды
У физической ноды есть несколько преимуществ:
- отсутствие необходимости доверять третьей стороне — пользователь самостоятельно хранит свои активы, инициирует транзакции и имеет возможность просматривать актуальное состояние сети;
- возможность расширенной настройки ноды;
- возможность получать прибыль за роутинг транзакций.
Поскольку для осуществления и приема транзакций нода должна быть постоянно подключена к сети, настройка требует некоторых первоначальных вложений в комплектующие.
Если речь идет об использовании протокола в частных целях, в качестве «сервера» может выступить и ноутбук. Однако даже в таких случаях рекомендуется использовать одноплатные компьютеры вроде Raspberry Pi.
Существует несколько имплементаций протокола, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее популярными являются:
- Lightning Network Daemon (LND);
- Core Lightning (ранее c-lightning);
- Eclair;
- LDK.
После установки и настройки программного обеспечения требуется подключиться к сети, скачать актуальное состояние блокчейна и открыть первый канал.
Физическая нода обеспечивает максимальную гибкость и приватность, а также полный контроль над активами. Однако запуск и поддержка требуют определенных знаний и наличия подходящего «железа».
Поэтому стоит обратить внимание на облачные сервисы. Особенно при решении каких-либо бизнес-задач.
Запуск ноды в облаке
Самый простой вариант — воспользоваться услугами специализированных провайдеров вроде Voltage, который развертывает узлы на мощностях Google.
Voltage работает по модели Lightning-as-a-Service (LaaS) и ориентирован на корпоративных клиентов и разработчиков. Сервис позволяет запустить и настроить ноду буквально «в пару кликов».
Облачная нода обладает практически всеми преимуществами физического узла, в том числе она позволяет зарабатывать на роутинге. К тому же, несмотря на использование стороннего оборудования, провайдеры не получают доступ к закрытым ключам или другим приватным данным клиента.
Большинство сервисов также предоставляют интерфейс для управления каналами (свой или предоставленный третьей стороной) и SDK для интеграции LN в различные продукты.
Еще один очевидный плюс — отсутствие издержек, связанных с обслуживанием оборудования, и низкая вероятность отключения нод от сети. Основной минус — риски доступа третьей стороны к серверу с вашей нодой, поскольку даже без ключей ее можно просто выключить.
Кастодиальные решения
Если корпоративный пользователь не хочет запускать и поддерживать ноду самостоятельно, ему подойдут кастодиальные сервисы вроде Lightspark и Kaminari. Эти провайдеры предоставляют клиентам необходимую для взаимодействия с LN инфраструктуру как услугу.
Например, Kaminari позволяет мерчантам и другим заинтересованным сторонам интегрировать протокол в свои продукты, управлять транзакциями и контролировать баланс. За это платформа взимает определенную плату.
Как ясно из названия категории, такие поставщики услуг де-факто хранят средства пользователей, запертые в каналах Lightning Network. Однако взамен они устраняют целый ряд барьеров, связанных с использованием протокола, в том числе проблему ликвидности каналов, о которой речь пойдет ниже.
Кошельки и криптовалютные биржи
Некоторые централизованные платформы также позволяют клиентам совершать депозиты и выводить активы через Lightning Network. По данным Lightning Landscape, такую возможность предоставляют 53 биржи, в том числе Bitfinex, Kraken и Bitstamp. Binance уже запустила свою инфраструктуру, но пока что вводы/выводы недоступны. Также ожидается, что протокол поддержит и крупнейшая в США биржа Coinbase.
Еще один вариант взаимодействия с протоколом — кошельки с поддержкой LN. На рынке присутствует свыше 70 подобных приложений и все они делятся на два вида: кастодиальные и некастодиальные.
- Кастодиальные кошельки — централизованные сервисы, которые хранят средства пользователей и предоставляют им LN-каналы для оплаты.
Принцип их работы схож с тем, как функционируют LaaS-провайдеры: необходимо депонировать средства на специальный адрес и уже с него производить все манипуляции. К этой группе относятся приложения вроде Wallet of Satoshi, Blink и Alby.
- Некастодиальные кошельки — дают возможно развернуть «мобильную ноду» и полностью контролировать свои активы. Это, например, Breez Wallet и Phoenix.
Также существуют сервисы, предоставляющие интерфейс для взаимодействия со своими нодами. Они не позволяют работать с LN при отсутствии доступа к запущенному узлу. Пример — Zap Wallet.
Преимущества и недостатки Lightning Network
Преимущества протокола очевидны — пропускная способность до 1 млн TPS и мгновенные транзакции.
Решение также существенно снижает издержки пользователей (передача сообщений не требует оплаты комиссий в мейннете) и поддерживает микроплатежи, которые открывают совершенно новые бизнес-модели вроде Value4Value и zap в Nostr.
Поскольку стороннему наблюдателю виден только совокупный объем активов на балансе того или иного канала, протокол сохраняет приватность участников процесса.
Механизм роутинга также не раскрывает конфиденциальную информацию пользователей при передаче их сообщений.
Немаловажно, что сеть поддерживает смарт-контракты, поэтому разработчики могут создавать децентрализованные приложения. Данный факт значительно расширяет пул потенциальных вариантов применения технологии.
Согласно Lightning Landscape, существует свыше 1400 проектов, которые в той или иной мере полагаются на LN. При этом многие из них предлагают услуги, не ограничивающиеся проведением платежей между пользователями.
Например, протокол ликвидного стейкинга биткоина Stroom Network вскоре позволит депонировать BTC на специальный адрес и получить взамен обернутые токены lnBTC стандарта ERC-20.
«Оригинальные» активы Stroom размещает в каналах Lightning Network в качестве ликвидности для роутинга. Этот капитал генерирует комиссионный доход, а держатели lnBTC получают часть выручки.
При этом обернутые токены можно использовать в других децентрализованных приложениях. По сути, протокол выполняет ту же функцию, что и Lido в сети Ethereum.
Однако, несмотря на все плюсы, у Lightning Network есть и ряд недостатков и ограничений, которые стоит учитывать при взаимодействии с протоколом.
Участники сети так или иначе должны выбирать между некастодиальными и кастодиальными решениями. Первые позволяют контролировать собственные средства и более тонко настраивать систему, но требуют наличия технических знаний и способности обслуживать ноду.
Вторые — просты в использовании, решают целый ряд проблем, но сопряжены с определенными рисками. В частности, это необходимость доверять третьей стороне.
Ввиду особенностей работы LN пользовательские ноды должны быть постоянно подключены к сети, чтобы подтверждать и подписывать транзакции. В случае аппаратного сбоя или других технических проблем может произойти принудительное закрытие канала и блокировка или даже потеря средств.
Как следствие — операторы узлов вынуждены регулярно выполнять резервное копирование данных, чтобы иметь возможность восстановить актуальное состояние канала.
Еще один важный аспект — потенциальная централизация. По словам профессора Колумбийской бизнес-школы Омида Малекана (Omid Malekan), с ростом популярности Lightning Network может произойти концентрация каналов и капитала вокруг группы крупных поставщиков услуг (Lightning Service Providers, LSP).
«Плохо ли это? Не обязательно, поскольку LN защищает пользователей, и вы всегда можете перейти в основную сеть, чтобы вернуть свои BTC. Но это означает, что [протокол] не является панацей, какой ее представляют максималисты. Крупные узлы могут подвергнуть цензуре определенных пользователей или закрыться по решению правительства, что приведет к сбоям», — написал он.
В сообществе также высказывают опасения касательно роста стоимости развертывания LN-каналов на фоне высокой ончейн-активности.
О связанных с управлением ликвидностью каналов нюансах стоит рассказать отдельно, поскольку данный аспект является одним из основных барьеров для экосистемы Lightning Network.
Нехватка ликвидности
Если нода оперирует с большим числом односторонне направленных платежей, существует вероятность, что канал станет несбалансированным. То есть все активы будут сосредоточены на одной из его сторон.
Такая ситуация требует активных действий со стороны пользователя. Ребалансировку можно выполнить путем перемещения средств из одного канала в другой или через сервисы, поддерживающие атомарные свопы типа submarine swaps из основной сети (например, ThunderHub).
Если при открытии канала средства блокирует только одна нода, все активы находятся именно на ее стороне. Это значит, что второй участник может получать платежи, но не может их отправлять.
Следующие ограничение — ликвидность цепочки маршрутизации. Если пользователь хочет отправить транзакцию другому участнику сети, с которым у него установлены исключительно косвенные связи, ему необходимо, чтобы все ноды в логистической цепочке имели баланс, равный или превышающий сумму платежа.
Из вышеперечисленного следует, что ликвидность является одним из важнейших параметров системы LN, от которого во многом зависит массовое принятие технологии.
Этот тезис подтверждают и другие профессиональные участники рынка из числа поставщиков услуг вроде нового структурного подразделения Block — Cequals.
Сооснователь Breez Technology Рой Шейнфельд также назвал ликвидность «ограниченным ресурсом, который сдерживает рост [LSP]». При этом оптимизацию использования данного ресурса он считает одним из основных векторов развития экосистемы.
Текущая статистика сети
Рост популярности Lightning Network и динамику развития экосистемы протокола хорошо демонстрируют данные.
Емкость сети — совокупный объем активов, заблокированных в каналах LN, — за последние 12 месяцев увеличилась практически на 40%. К моменту подготовки материала показатель превысил 5460 BTC (~3933 BTC в июне 2022 года).
В течение рассматриваемого периода средняя емкость канала Lightning Network также выросла на 80% (0,018 BTC против 0,01 BTC в июне 2022 года), что указывает на приток активов в систему.
За то же время число нод почти не изменилось, а количество каналов даже снизилось на 13%. При этом средний размер взимаемой узлами комиссии за маршрутизацию — как базовой, так и пропорциональной — сократился, согласно Glassnode.
Приведенные данные свидетельствуют о развитии инфраструктуры Lightning Network и увеличении количества LSP. Важно также, что при растущей ликвидности снижается число «структурных элементов» системы (каналы и ноды) — это следствие более эффективного управления капиталом, заблокированным в сети.
Положение вещей дополнительно отражает усилия крупных централизованных платформ, которые интегрируют протокол в свои сервисы и приложения, вроде Binance и Bitfinex.
Заключение
Биткоину еще предстоит решить ряд проблем, препятствующих массовому принятию. И Lightning Network имеет все возможности стать одним из самых востребованных решений.
Уже сейчас сеть предлагает понятный и востребованный сценарий использования — расчеты между крупными кастодианами вроде бирж.
Разработчики постоянно находятся в поисках новых вариантов применения технологии. Lightning Network интегрируют в проекты сегмента GameFi и планируют использовать для обмена сообщениями между ИИ-агентами.
В 2022 году команда Lightning Labs представила протокол Taro (переименован в Taproot Assets), который позволяет выпускать активы поверх блокчейна биткоина и обмениваться ими в LN.
Его имплементация является предпосылкой для появления в блокчейне стейблкоинов. Стоит отметить, что дочернее подразделение эмитента Tether — Synonym — уже проводит тестовые транзакции с USDT.
Запуск стейблкоинов существенно повысит ценность протокола для рядовых пользователей и привлечет дополнительную ликвидность в его каналы. И, возможно, LN даже бросит вызов Tron.
