Lightning Network: O que é e pode resolver o problema de escala do Bitcoin?

Satashi Nakamoto enviou uma proposta de "um novo sistema de caixa eletrônico totalmente ponto a ponto, sem terceiros confiáveis" para uma lista de emails de criptografia na sexta-feira, 31 de outubro de 2008. A primeira resposta - a primeira vez que alguém publicamente comentou sobre o bitcoin - chegou no domingo seguinte: "Precisamos muito desse sistema", escreveu James A. Donald, "mas da maneira como entendo sua proposta, ela não parece ter o tamanho necessário".

Continuando 10 anos depois, essa crítica ainda parece verdadeira. Até os evangelistas mais ardentes do bitcoin admitem que é inútil fazer pequenas compras diárias. Mas a Lightning Network, um dos projetos de escalonamento de bitcoin mais promissores atualmente em andamento, pode mudar isso.

A Rede Lightning

Falando na Blockstack Summit em julho de 2017, a CEO da Lightning Labs, Elizabeth Stark, citou a primeira crítica ao dinheiro eletrônico de Nakamoto, mas expressou confiança de que o bitcoin pode de fato escalar. "Estamos basicamente em 1995 novamente, quando se trata de blockchains e tecnologias descentralizadas", disse ela, referindo-se ao tempo anterior à aquisição da HTTP pela Internet e às outras camadas de transporte e aplicação do TCP / IP.

Entre os aplicativos de "camada 2" mais comentados para o blockchain do bitcoin está a rede de raios. Proposto pela primeira vez por Joseph Poon e Tadge, também conhecido como Thaddeus Dryja em 2015 (a versão mais recente de seu white paper está disponível aqui), o lightning foi transformado em uma especificação funcional chamada lightning-rfc ou "BOLTS" por três empresas, cada uma das quais possui sua própria implementação: o Lightning Labs possui, o Blockstream possui c-lightning e o ACINQ possui um eclair. Também há implementações não BOTLS em desenvolvimento, como trovões.

A rede de raios já está em funcionamento, mas está em sua extrema infância. Bitcoin real foi enviado e quase sempre recebido usando as implementações do Lightning Labs, Blockstream e ACINQ, e todos os três são interoperáveis. O vídeo abaixo mostra um engenheiro da ACINQ enviando 0, 000001 bitcoin (cerca de US $ 0, 01) quase instantaneamente de um nó eclair para um nó lnd através de um nó c-lightning:

Para ver o quanto isso representa uma melhoria, tentamos uma transação semelhante no blockchain do bitcoin usando o GreenAddress, um aplicativo de carteira móvel. O aplicativo sugeriu pagar aos mineiros 0, 00001907 BTC (US $ 0, 19): uma taxa de 1, 907%. Embora não esteja claro quantos blocos essa taxa deveria confirmar (contatamos o GreenAddress para descobrir), a resposta provavelmente é de seis blocos, ou cerca de uma hora.

Porém, nunca descobriremos quanto tempo essa transação em particular levaria: uma mensagem de erro nos informou que "saídas abaixo de 546 satoshis [US $ 0, 05] são consideradas poeira não econômica pelo Bitcoin. Aumente o valor".

O Lightning Labs também testou swaps atômicos de cadeia cruzada usando a rede; são transferências de valor entre diferentes blockchains, neste caso bitcoin e litecoin, que potencialmente marcam um primeiro passo para a construção de trocas descentralizadas.

O Lightning permite micropagamentos que o bitcoin não pode por si só, mas as implementações existentes ainda estão com erros. Stark está pedindo aos usuários que aprendam sobre o raio usando o "testnet" do bitcoin (ou seja, usar dinheiro falso), em vez do "mainnet" de transmissão ao vivo. No entanto, cerca de US $ 50.000 em transações foram realizadas na rede principal no momento em que este artigo foi escrito, e algumas pessoas perderam dinheiro com um bug c-lightning. (Christian Decker, engenheiro de tecnologia da Blockstream, me disse por e-mail que os fundos foram recuperados na maioria dos casos.)

Então, como funciona o raio?

Como o Lightning funciona

A solução do Lightning é baseada em canais de pagamento bidirecionais e fora da cadeia. Diga que Alice e Bob fazem transações frequentes entre si em pequenas quantidades. Os pagamentos on-chain não são práticos neste caso, devido às taxas e aos longos tempos de confirmação envolvidos, então eles decidem abrir um canal que lhes permite enviar bitcoin para frente e para trás, instantaneamente e sem taxas.

Abrindo um canal

Para abrir um canal, Alice, Bob ou ambos contribuem com uma certa quantia de bitcoin para um endereço especial através do que é chamado de transação de financiamento (a caixa verde no diagrama abaixo). Digamos que Alice contribua com 1 BTC. Ela envia os fundos para o que é chamado de endereço multisig 2-de-2, o que exige que Alice e Bob "assinem" criptograficamente qualquer transação de envio com suas chaves privadas. Uma transação normal requer apenas a assinatura da chave privada (única) correspondente à chave pública do endereço de envio.

É importante ressaltar que a transação de financiamento ainda não foi assinada ou transmitida para a rede.

Todas as imagens são de Poon e Dryja.

Em seguida, Alice e Bob criam uma "transação de consolidação" usando a transação de financiamento como "pai": eles usam sua saída não confirmada de 1 BTC como entrada para uma transação "filha" que envia 0, 5 BTC para Alice (saída 0) e 0, 5 BTC para Bob (saída 1). Se você está protestando que o protocolo do bitcoin não permite que os usuários assinem um gasto sem conhecer as assinaturas da entrada, essa capacidade foi concedida através de um soft fork.

Alice então assina a saída enviando 0, 5 BTC para Bob; Bob assina a saída enviando 0, 5 BTC para Alice. Ambos assinam e transmitem a transação de financiamento, que é comprometida com a blockchain do bitcoin (e sujeita a taxas de rede e tempos de espera).

Agora eles têm um canal de pagamento aberto, através do qual podem transferir bitcoin instantaneamente e sem taxas. Alice ou Bob podem fechá-lo a qualquer momento e reivindicar seus 0, 5 BTC cada, ou qualquer que seja o saldo atualizado.

Abrindo um canal… em inglês

A menos que você já saiba um pouco sobre as entranhas da rede de raios, provavelmente é difícil digerir o "sinal aqui, inicial aqui, gaste isso, transmita isso - não, não" .

Aqui está uma descrição mais conceitual. A transação de financiamento é o que parece: fornece os fundos para o canal. Ele também atua como um limite para o canal: nenhuma das partes pode terminar com mais do que o valor inicial do financiamento, e os saldos de ambas as partes devem somar esse valor. A razão pela qual a transação de financiamento é criada primeiro, mas transmitida por último, é que, se fosse simplesmente lançada na blockchain em uma única etapa, nada teria sido realizado além de uma única transação simples. O raio não torna aqueles mais rápidos ou mais baratos.

Ao deixar a transação de financiamento aberta, inserindo uma transação de compromisso - que, como descrito abaixo, funciona como uma espécie de contrato inteligente - e fechando a transação de financiamento, os relâmpagos abrem uma espécie de buraco de minhoca na rede. Ele permite que você mova o bitcoin para frente e para trás ao longo de um único caminho definido. Você está usando o protocolo bitcoin, mas ignorando os atrasos e as despesas impostas pelos mineradores.

Mantendo o Lightning Confiável

Digamos que Bob agora queira pagar Alice 0, 1 BTC usando seu canal aberto. As duas partes simplesmente atualizam a transação de compromisso - não há necessidade de apelar para as mineradoras. O saldo, anteriormente de 0, 5 BTC cada, agora é de 0, 6 BTC para Alice, 0, 4 BTC para Bob.

O único problema é como fazer isso com segurança ">

Encontrar uma solução criptográfica para esse dilema se resume a um objetivo: tornar impossível assinar uma transação antiga e fechar o canal de maneira a refletir um estado anterior. Enquanto isso for uma opção, o raio tem um problema de gasto duplo.

Lembre-se de que Bob assina metade da transação de compromisso (Compromisso Tx 1a abaixo), que somente Alice pode transmitir porque a assinatura dela está ausente. Alice assina o outro (Compromisso Tx 1b), que somente Bob pode transmitir. Qualquer um pode fazê-lo e fechar o canal, mas usando os recursos de escrita inteligente de contratos do bitcoin (limitados), as saídas das duas metades da transação de compromisso podem estar sujeitas a diferentes restrições. Especificamente, uma saída pode permitir que o destinatário gaste os fundos imediatamente, enquanto a outra pode ser cancelada por qualquer das partes - por meio de um RSMC (Revocable Sequence Maturity Contract) - por um período definido, como 1000 blocos ou aproximadamente uma semana.

Eis por que isso é útil. Se Bob se mostra desonesto e sem princípios, ele pode assinar e transmitir o Compromisso Tx 1b (acima), que paga Alice imediatamente (Entrega 1b) e mantém seus fundos em limbo revogável por uma semana (Entrega revogável 1b). Alice, vendo que Bob tentou enganá-la, pode desencadear a revogação e reivindicar não apenas os 0, 1 BTC que Bob tentou roubar, mas os 0, 4 BTC aos quais ele teria direito.

Em outras palavras, todo o canal vai para Alice se ela pegar Bob traindo. Isso é possível porque, quando as partes criam uma nova transação de compromisso (C2a e C2b abaixo), prometendo não transmitir uma transação de compromisso antiga (C1a ou C1b), colocam seu dinheiro onde estão. Juntamente com a nova transação de consolidação, eles criam uma transação de reparação de violação com duas saídas (BR1a e BR1b) aplicáveis ​​ao compromisso anterior. Alice dá a Bob sua chave privada para a metade da transação do remédio por violação e vice-versa. Agora, se qualquer um tentar transmitir a transação antiga, a contraparte poderá tirar proveito do período de espera de 1000 blocos e avançar à frente dessa transação, assumindo todo o saldo da parte infratora.

O problema é que Alice deve prestar atenção semi-constante a seus canais, para que Bob não a pegue de surpresa por mil blocos. Poon e Dryja sugerem a designação de terceiros cujo trabalho é desencadear transações de reparação de violação - aquelas que recompensam todos os fundos do canal à parte prejudicada - quando uma contraparte tenta trapacear. Estes poderiam ser pagos uma taxa fora da penalidade.

Olaoluwa Osuntokun, co-fundador e CTO do Lightning Labs, está desenvolvendo "torres de vigia" para servir como esses executores de terceiros. Embora tenham surgido preocupações de que esses nós possam atuar como partes confiáveis ​​e introduzir insegurança na rede, Osuntokun diz ao CoinDesk que apenas uma torre de vigia honesta seria necessária para um determinado canal.

Além disso, como Christian Decker, engenheiro de tecnologia da Blockstream, aponta em um email, a fraude é arriscada. É uma aposta significativa supor que a parte que você está tentando roubar não faça check-in pelo menos uma vez por semana, e o risco de perder todo o dinheiro em seu canal pode ser suficiente para impedir.

Conectando os canais

No mundo real, Alice não quer negociar exclusivamente com Bob, nem Bob exclusivamente com Alice. Ambos têm qualquer número de contrapartes pelas quais precisam pagar e são pagos. Abrir canais com todas essas partes seria impraticável. Mesmo se a interface do usuário fosse simplificada com perfeição, poucos usuários teriam a liquidez necessária para amarrar o bitcoin em uma dúzia ou mais de canais abertos.

Felizmente eles não precisam. Como o vídeo acima mostra, os usuários podem rotear pagamentos por meio de canais de usuários intermediários, de modo que pagar a alguém com um ou dois canais abertos seja possível através do princípio dos seis graus de separação. Diferentemente das transações em um único canal, essas transações multicanais provavelmente envolverão pequenas taxas para incentivar nós a financiar canais e mantê-los abertos. O roteamento de cebola, a técnica usada para disfarçar os usuários do navegador TOR, impede que os nós intermediários vejam o caminho completo seguido por uma transação, atenuando as preocupações com a privacidade.

Ainda não se sabe o quanto essa rede de canais funciona na prática, e é possível que, se os pagamentos tiverem que percorrer uma rota muito complicada - com muitos "saltos" por meio de canais intermediários - as taxas cobradas por esses usuários possam aumentar.

O raio pode permanecer descentralizado ">

Essas preocupações estão relacionadas a uma que, para os críticos, representa uma falha intransponível na rede de raios. Nas implementações de hoje, um canal vem com um limite: a quantidade de bitcoin na transação de financiamento inicial limita a quantidade total de dinheiro no canal.

Essa situação impõe uma compensação aos usuários com recursos razoavelmente limitados. Eles podem financiar canais com grandes quantidades de bitcoin para garantir que eles tenham os fundos para fazer qualquer pagamento que precisem, ou podem financiar canais menores e ter bitcoin disponível para outros usos. (Como os pagamentos podem ser roteados por canais vinculados, um determinado usuário provavelmente não precisa abrir mais do que um punhado de canais, e talvez apenas alguns).

A escolha se resume a ter liquidez dentro dos canais de raios ou liquidez fora deles, na cadeia. Optar por financiar canais de pagamento líquidos pode ser arriscado se as torres de vigia ou alguma outra solução não impedirem a perda de fundos por falta de atenção. Por outro lado, se os canais de pagamento forem protegidos e o raio se tornar o principal método para o uso diário do bitcoin, haveria pouco problema em deixar fundos nos canais. Serviriam como "um cartão de débito recarregável ou dinheiro", como Decker coloca, enquanto a cadeia principal atua como uma conta poupança.

Stark faz um argumento semelhante: financiar um canal de raios impede que você use esse bitcoin para qualquer outra coisa, exceto "uma rede de potencialmente muitos nós que na multihop aceitarão bitcoin instantaneamente", escreveu ela por e-mail. "prevemos que os fundos dos canais Lightning sejam mais úteis do que o bitcoin on-chain para transações por causa da velocidade instantânea e baixas taxas", acrescentou.

Hubs?

Mas com quem você configuraria esses canais? Escolher o Bob para sua Alice é uma decisão econômica, não criptográfica, e para os críticos da rede de raios, a resposta óbvia seria uma espécie de "hub", um nó com muito capital, dando a capacidade de manter canais abertos bem financiados com várias partes ao mesmo tempo.

A idéia de que o que equivale a um setor bancário de bitcoin fora da cadeia possa se desenvolver perturba os entusiastas do bitcoin, que o veem como centralizador da rede.

Stark contesta esta linha de argumento. "Milhares de usuários executam nós completos para bitcoin", escreve ela, "e acreditamos que esses e outros também executam nós no Lightning (é mais fácil porque você não precisa de um nó completo de bitcoin junto com ele, e diferente dos nós completos de bitcoin que você pode fazer pequenas taxas de roteamento). " Ela também ressalta que sua equipe está trabalhando na "emenda", o que permitiria que os canais fossem complementados usando bitcoin da cadeia principal. Essa capacidade pode aliviar a troca entre colocar bitcoin em um canal ou deixá-lo na cadeia principal, o que por sua vez pode reduzir a tendência de formação de hubs.

Decker vê como provável que "uma rede de duas camadas se forme, com um grande número de nós que são confiáveis ​​e agem como a espinha dorsal da rede". Ele espera que estes sejam comerciantes, no entanto, em vez de hubs que existem apenas para fornecer canais líquidos. Fornecer esses canais para vários usuários, ele argumenta, seria caro, exigindo que os hubs cobrassem taxas altas e os tornassem pouco competitivos em comparação com outros nós.

O CEO da ACINQ, Pierre-Marie Padiou, não professa saber como a rede de raios pode se desenvolver. "É muito difícil prever qual será o equilíbrio entre centralização e descentralização", escreveu ele por email. "É claro que haverá nós maiores e menores, mas até que ponto é difícil dizer com antecedência".

O caminho certo para escalar?

Poon e Dryja afirmam que "usando uma rede desses canais de micropagamento, o Bitcoin pode ser escalado para bilhões de transações por dia com o poder computacional disponível em um computador desktop moderno hoje". Talvez, mas esse certamente não é o caso hoje. Menos de 1.000 nós de raios da rede principal estão abertos no momento da gravação.

O raio também não é a única proposta de dimensionamento existente. Um dos principais concorrentes é o bitcoin cash, um fork difícil de bitcoin que permite blocos maiores. O debate entre apoiadores de dinheiro do bitcoin, defensores de raios e defensores de várias terceiras maneiras - até mesmo o anti-scaler ocasional - é animado, embora acrimonioso. Pode ser que um ou outro apareça no topo, que continuem a coexistir ou que tudo falhe.

De qualquer forma, a rede de raios é uma tentativa promissora de superar o dilema de escalabilidade que assombra o bitcoin desde o primeiro fim de semana do bitcoin em 2008.