Lightning Network: основные понятия и принцип работы

Что такое Lightning Network?

Lightning Network - это решение, разработанное для устранения проблем, связанных с низкой скоростью транзакций и высокой стоимостью блокчейн Биткойна. Она служит вторым уровнем для Биткойна, позволяя проводить транзакции вне цепочки с помощью каналов микроплатежей. Эта инновационная технология позволяет пользователям осуществлять и получать платежи напрямую друг с другом, минуя традиционных посредников, таких как банки. Каковы преимущества Lightning Network?

Lightning Network работает по принципу создания платежных каналов между участниками. Эти каналы позволяют проводить множество транзакций, не обращаясь к основной сети Биткойна за подтверждением каждой операции. Вместо этого участники могут переводить средства между собой внутри канала, что обеспечивает быстроту и эффективность транзакций. После закрытия канала окончательное состояние транзакций записывается в блокчейн биткойна для проверки.

Одной из основных целей создания Lightning Network является повышение масштабируемости Биткойна. По мере увеличения количества ежедневных транзакций возникла необходимость оперативного и экономически эффективного подтверждения транзакций. Lightning Network решает эту проблему, позволяя проводить большое количество транзакций вне цепочки, снижая перегрузку основной сети и повышая скорость транзакций.

Важную роль в Lightning Network играют смарт-контракты и мультиподписи, обеспечивающие правильную маршрутизацию средств к адресатам. Эти функции обеспечивают дополнительный уровень безопасности и надежности оффчейн транзакций, проводимых в сети.

Как обеспечивается конфиденциальность Lightning Network?

Хотя Lightning Network обеспечивает определенный уровень конфиденциальности, важно отметить, что по своей сути она не предназначена для обеспечения полной анонимности транзакций. Тем не менее, в сети применяются определенные технологии, которые помогают достигнуть большей приватности при осуществлении транзакций:

• Оффчейн транзакции: транзакции в сети Lightning Network происходят вне цепи, то есть они не записываются непосредственно в основной блокчейн. Это дает определенные преимущества в плане конфиденциальности, поскольку не все транзакции видны широкой публике. Однако открытие и закрытие каналов Lightning, а также балансы каналов все же видны на блокчейне.

• Onion Routing: для повышения уровня конфиденциальности в сети Lightning Network используется технология “луковой маршрутизации”, созданная по мотивам сети Tor. Когда платеж проходит через несколько узлов, каждый узел знает только предыдущий и следующий узел в маршруте, что не позволяет отдельным узлам получить полную информацию о транзакции.

• Конфиденциальность на уровне канала: транзакции в Lightning Network происходят в платежных каналах, созданных между участниками. Детали транзакций внутри канала не подлежат публичному оглашению. Однако участники, вовлеченные в канал, будут иметь доступ к информации о платежах, совершенных в рамках этого канала.

Стоит отметить, что для сети Lightning Network активно разрабатываются дополнительные методы, направленные на повышение уровня конфиденциальности. Такие проекты, как Eltoo, направлены на улучшение свойств конфиденциальности каналов Lightning Network за счет более эффективного и приватного обновления.

Несмотря на эти усилия, важно помнить, что достижение полной конфиденциальности в любой финансовой системе является сложной задачей. Для повышения уровня конфиденциальности и безопасности пользователям Lightning Network следует рассмотреть возможность использования дополнительных мер защиты, таких как VPN от is*hosting. Таким образом вы сможете получить выделенный IP-адрес и сохранять максимальную анонимность и конфиденциальность в сети.

Основные понятия Lightning Network

Платежные каналы

Платежные каналы являются важнейшим компонентом Lightning Network. Они позволяют пользователям проводить неограниченное количество транзакций друг с другом, без необходимости подтверждения блоков в блокчейне. Такой подход значительно повышает скорость, эффективность и рентабельность транзакций в сети Биткойн, особенно в части микротранзакций.

Платежный канал представляет собой кошелек с мультиподписью 2-из-2х (2-of-2 MultiSig wallet), т.е., использование средств возможно только после того, как каждая из сторон согласится с транзакцией. До момента закрытия кошелька, количество транзакций для каждого пользователя не ограничено, при этом отсутствует необходимость информировать о транзакциях блокчейн Биткойна.

Для создания платежного канала два пользователя вносят определенную сумму на Биткойн на кошелек с несколькими подписями в сети Lightning Network. В результате такого пополнения создается канал или прямое соединение между двумя сторонами, которое может быть использовано для проведения множества транзакций. Начальное состояние канала, включая выделенные средства, записывается в блокчейн биткойна.

После закрытия канала окончательное состояние смарт-контракта транслируется в сеть Биткойн, и соответствующие суммы Биткойна переводятся на кошельки пользователей. Благодаря тому, что большая часть транзакций проходит вне цепи, а на блокчейн выводится только чистый результат, сеть Lightning Network обеспечивает быстрые и безопасные транзакции без необходимости подтверждения отдельных блоков.

Multi-hop платежи

Одним из ключевых преимуществ Lightning Network является поддержка так называемых multi-hop платежей. Эта функция позволяет пользователям осуществлять платежи в пользу других лиц по ряду взаимосвязанных каналов с участием промежуточных пользователей сети. Другими словами, если пользователь A хочет отправить Биткойн пользователю В, но у них нет прямого платежного канала, он может направить платеж через пользователя Б, у которого открыты каналы как с пользователем A, так и с пользователем В. Такое взаимодействие повышает гибкость и масштабируемость Lightning Network, поскольку расширяет зону действия сети и снижает необходимость в прямых каналах между каждым пользователем.

Контракты с хеш-таймером (Hashed Timelock Contract, или HTLC)

HTLC являются центральным элементом любой транзакции в Lightning Network и обеспечивают безопасность multi-hop платежей. HTLC - это вывод неподтвержденной транзакции на отдельный адрес "смарт-контракта", обладающий следующими свойствами:

• cмарт-контракт может быть потрачен путем раскрытия секретного кода вместе с действительной подписью получателя;
• смарт-контракт может быть погашен через определенное время при наличии действительной подписи отправителя;
• смарт-контракт может быть немедленно погашен человеком, предъявившим ключ отзыва.

В идеале эту транзакцию никогда не нужно фиксировать в блокчейне. Вместо этого, когда секретный код (прообраз) раскрывается получателем, балансы канала могут быть обновлены, создавая новую коммит-транзакцию (commitment transaction) и аннулируя предыдущую.

HTLC обеспечивают безопасность и надежность транзакций, осуществляемым по различным платежным каналам. Они гарантируют, что платежи будут либо полностью проведены, либо полностью отменены, и никто не сможет забрать средства из платежа по пути следования.

Для обеспечения безопасности платежей все стороны, участвующие в маршруте платежа, используют один и тот же секретный код для создания своих HTLC. Этот секретный код преобразуется в уникальное хэш-значение.

Все стороны заинтересованы в том, чтобы срок действия HTLC истекал в определенном порядке, позволяющем беспрепятственно погашать их. Это означает, что если HTLC погашается конечным получателем платежа, то секретный код раскрывается именно в этой транзакции.

Маршрутизация и топология сети

Узел Lightning - это программное обеспечение, которое соединяется и взаимодействует с основной сетью блокчейна, а также внутри самой сети Lightning Network. Под основной сетью блокчейн здесь понимается любая блокчейн-сеть, на которой применяется LN, например Bitcoin и Litecoin.

Узлы в Lightning Network отличаются от узлов в сети Биткойн главным образом тем, как они проверяют транзакции. Узлы сети Биткойн должны проверять каждую транзакцию в блокчейне, в то время как узлы Lightning проверяют только ту транзакцию, которая взаимодействует непосредственно с ними.

Узел Lightning является шлюзом в сеть Lightning Network. Чтобы изучить технологию LN и воспользоваться всеми ее преимуществами, необходимо иметь хотя бы один работающий узел. Благодаря децентрализации любой человек может управлять узлом, независимо от того, какую сеть он использует.

Каждый канал в сети имеет общую пропускную способность, которая определяется количеством Биткойнов, выделенных при его создании. Эта емкость может находиться в распоряжении одной из сторон канала, что влияет на его способность осуществлять платежи. Общая емкость канала представляет собой сумму локальной емкости каждого канала-аналога или суммарной локальной и удаленной емкости собственного канала.

В силу динамической природы сети, маршрут, успешно работающий для одного платежа, может не работать для следующего, поскольку балансы смещаются, а каналы открываются или закрываются. Поэтому путь, который проходит единица Биткойн в сети, может оказаться непредсказуемым. Однако существуют различные программные средства, позволяющие получить представление о размещении и движении капитала в узле.

Грамотная работа узла маршрутизации не требует узкоспециализированных навыков программирования, глубокого понимания криптографии или сложных финансовых рынков. Тем не менее, оно требует внимательного управления.

Создание кошелька Lightning и осуществление транзакций

Кошелек Lightning, также известный как кошелек Lightning Network, - это тип цифрового кошелька, специально разработанный для участия в сети Lightning Network. Кошелек Lightning позволяет пользователям получать и отправлять Биткойны через сеть Lightning Network, что обеспечивает более быстрые и дешевые транзакции по сравнению с традиционными ончейн транзакциями. Это достигается за счет создания платежных каналов между участниками, по которым транзакции могут проводиться вне цепи, что снижает нагрузку на блокчейн Биткойна.

Виды Lightning-кошельков

• Кастодиальные кошельки

Кастодиальные кошельки Lightning управляются третьими сторонами, такими как криптовалютные биржи. Примерами кастодиальных кошельков являются Strike (компания Zap), Wallet of Satoshi, BlueWallet (режим кастодиального управления) и Breez Wallet. Эти кошельки отличаются удобством, однако пользователи должны быть полностью уверены в том, что третьи стороны, управляющие кошельком, обеспечивают полную безопасность транзакций.

• Некастодиальные кошельки

Некастодиальные кошельки Lightning, также известные как самостоятельные кошельки, предоставляют пользователям полный контроль над своими средствами и закрытыми ключами. В качестве примера можно привести такие кошельки, как Zap Wallet, Eclair Wallet, Phoenix Wallet, Zeus Wallet и RTL (Ride The Lightning). Этим кошелькам отдают предпочтение те, кто ставит во главу угла безопасность и контроль, позволяя самостоятельно управлять каналами Lightning.

• Мобильные кошельки

Мобильные кошельки Lightning предназначены для смартфонов и планшетов. Примерами мобильных кошельков являются BlueWallet (в некастодиальном режиме), Breez Wallet, Wallet of Satoshi, Eclair Wallet и Zeus Wallet. Мобильные кошельки часто имеют интуитивно понятный интерфейс и возможность сканирования QR-кодов для удобной инициации платежей.

• Десктопные кошельки

Десктопные Lightning-кошельки представляют собой программные приложения, устанавливаемые на персональные компьютеры или ноутбуки и обладающие широкими возможностями и расширенной функциональностью. Примерами десктопных кошельков являются Zap Wallet, Eclair Wallet, ThunderHub, Joule (расширение для браузера) и Electrum (с поддержкой Lightning Network). Эти кошельки предпочитают пользователи, которым требуются широкие возможности контроля и управления.

• Веб-кошельки

Веб-кошельки Lightning работают через веб-браузеры, предоставляя пользователям доступ к своим средствам с любого устройства, подключенного к Интернету. Примерами веб-кошельков являются Wallet of Satoshi, Tippin.me, Lightning Peach, Breez Wallet (веб-версия) и Lightning Labs's Lightning Web Wallet.

• Аппаратные кошельки

Аппаратные кошельки - это физические устройства, специально разработанные для защиты закрытых ключей и облегчения проведения криптовалютных транзакций. Некоторые аппаратные кошельки предлагают интеграцию с сетью Lightning Network, обеспечивая автономное управление и безопасное подписание транзакций. Примерами аппаратных кошельков с поддержкой Lightning являются Trezor, Ledger и Coldcard.

Открытие платежного канала и проведение транзакций

После создания и пополнения вашего кошелька Lightning, вы можете осуществлять транзакции в Lightning Network. Любая транзакция начинается с открытия платежного канала. Чтобы открыть платежный канал, две стороны должны договориться о параметрах канала. Участник, который хочет финансировать канал, создает транзакцию финансирования, но не передает ее в сеть. Он также создает коммит-транзакцию, которая позволяет ему забрать свои средства из канала. После этого финансирующая сторона просит вторую сторону также подписать коммит-транзакцию.

После того как коммит-транзакция подписана второй стороной, можно транслировать транзакцию финансирования и пополнять платежный канал. Однако расходовать средства первый участник может только с согласия второго участника. Если второй участник не реагирует на запросы, первый участник может транслировать коммит-транзакцию, чтобы в одностороннем порядке закрыть канал и вернуть свои средства.

При открытом платежном канале обе стороны могут обновлять свои балансы внутри канала без участия блокчейна. Они могут переводить средства туда и обратно, создавая и обмениваясь новыми коммит-транзакциями, которые отражают обновленные балансы. Эти обновления известны только обеим сторонам и не требуют ончейн транзакций, что позволяет проводить быстрые транзакции с низкой комиссией. При каждом платеже обе стороны аннулируют предыдущую коммит-транзакцию друг друга, гарантируя, что только самая последняя транзакция может быть использована для восстановления баланса в случае одностороннего закрытия канала.

Что касается закрытия канала, то здесь возможны два метода: совместное и одностороннее закрытие.

При совместном закрытии стороны договариваются об окончательном балансе канала и условиях закрытия. Они создают и подписывают новую транзакцию, которая возвращает средства из канала обратно на их кошельки. После подтверждения этой транзакции на блокчейне они могут использовать средства в других местах или открывать новые каналы.

Если одна из сторон не реагирует на запросы или не сотрудничает, может произойти одностороннее закрытие, также известное как принудительное закрытие. Инициирующая сторона может опубликовать в блокчейне последнюю коммит-транзакцию, которая отправляет ее собственные средства на арбитражный контракт. Средства другой стороны немедленно возвращаются на ее кошелек. Это позволяет неинициирующей стороне оспорить принудительное закрытие.

В случае если одна из сторон попытается "схитрить", опубликовав более старую коммит-транзакцию, вторая сторона сможет использовать ранее обменянный ключ отзыва для возврата средств злоумышленника. Это служит стимулом для обеих сторон оставаться честными и обеспечивает безопасность сети.

В целом, платежные каналы позволяют сторонам проводить частые, быстрые и недорогие транзакции вне цепочки, пользуясь при этом безопасностью блокчейна Биткойна.

Управление узлами Lightning Network

Запуск узла Lightning является неотъемлемым элементом участия в Lightning Network. Узлы Lightning обеспечивают быстрые и недорогие транзакции за счет создания платежных каналов и маршрутизации платежей между узлами.

Настройка узла Lightning

Для начала вам потребуется виртуальный частный сервер (VPS) или выделенный сервер для размещения узла Lightning. Выберите надежного хостинг-провайдера и установите необходимое программное обеспечение, например LND (Lightning Network Daemon) или c-lightning. Следуйте инструкциям по установке, которые предоставляет выбранная вами реализация Lightning Network.

Управление каналами и балансировка

После запуска узла можно приступать к созданию платежных каналов с другими узлами Lightning Network. Каналы позволяют пользователям осуществлять прямые транзакции друг с другом вне цепочки, снижая комиссионные сборы и увеличивая скорость транзакций. Эффективное управление каналами имеет решающее значение для оптимизации работы узла. При управлении каналами необходимо учитывать следующие аспекты:

• Открывайте платежные каналы с узлами, которые имеют хорошие связи, высокую ликвидность и низкие комиссии. Это улучшит связность узла и повысит его маршрутизирующие возможности.
• Установите соответствующую пропускную способность канала, чтобы уравновесить ликвидность вашего узла. Избегайте открытия каналов с избыточной или недостаточной пропускной способностью, так как это может повлиять на эффективность маршрутизации.
• Регулярно контролируйте баланс каналов. Несбалансированность каналов может ограничить возможности узла по эффективной маршрутизации платежей.
• Закрывайте неэффективные или неиспользуемые каналы для высвобождения капитала и повышения эффективности маршрутизации.

Комиссия за маршрутизацию и доходность узла

Как оператор узла Lightning, вы можете получать доход, взимая комиссию за маршрутизацию платежей через ваш узел. Для достижения баланса между конкурентоспособностью и рентабельностью необходимо установить правильную политику взимания комиссии. При этом следует учитывать следующие факторы:

• Определите структуру комиссии, исходя из размера и стоимости платежа, а также рыночных условий. Вы можете взимать фиксированную плату или процент от суммы платежа.
• Следите за ставками комиссий других узлов, чтобы убедиться в конкурентоспособности ваших комиссий. Взимание слишком высокой комиссии может оттолкнуть пользователей от проведения платежей через ваш узел.
• Поддерживайте достаточный уровень ликвидности в своих каналах для облегчения маршрутизации. Узлы с хорошими связями и высокой ликвидностью с большей вероятностью получат запросы на маршрутизацию, что увеличит ваши доходы.

Безопасность узла Lightning

При управлении узлом Lightning Network особое внимание следует уделить вопросам безопасности. Это поможет защитить ваши средства, а также обеспечит общую безопасность в сети Lightning.

• Регулярно обновляйте программное обеспечение узла Lightning. Следите за новыми релизами и следуйте официальной документации по используемому программному обеспечению.

• Используйте для узла безопасную операционную систему, например, защищенный дистрибутив Linux, и постоянно обновляйте ее. Отключите ненужные службы и регулярно проверяйте их на наличие уязвимостей. Как выбрать дистрибутив Linux?
• Для хранения закрытых ключей узла Lightning рекомендуется использовать аппаратный кошелек, например Trezor или Ledger. Это обеспечивает дополнительный уровень безопасности, поскольку ключи хранятся в автономном режиме и защищены от потенциальных вредоносных программ и попыток взлома.
• Настройте firewall для ограничения входящих и исходящих сетевых подключений к узлу Lightning. Допускайте только необходимые порты и IP-адреса для связи с узлом. Для обеспечения дополнительной безопасности используйте виртуальную частную сеть (VPN). В чем преимущества выделенного IP для VPN?
• При открытии каналов убедитесь, что вы подключаетесь только к хорошо зарекомендовавшим себя, надежным и заслуживающим доверия аналогам. Избегайте подключения к узлам с низкой репутацией или неизвестным операторам.
• Используйте функцию “сторожевых башен” (Watchtowers). Сторожевые башни - это сторонние сервисы, позволяющие отслеживать каналы на предмет возможных нарушений или попыток мошенничества.