BTC “Lightning” – Was ist das eigentlich?

Eine Klartext-Erklärung des Lightning-Netzwerks, dem derzeit populärsten und vielversprechendsten Protokoll zum Skalieren und Beschleunigen von Blockchains. Es wurde zwar entwickelt, um einige der technischen Einschränkungen der Bitcoin-Blockchain zu beseitigen, kann jedoch auch über jede andere Blockchain implementiert werden.

Stellen Sie sich vor, jeder Computer müsste jede je gesendete E-Mail speichern, um eine zu erhalten.

So funktionieren Blockchains. Mit dem Lightning Network können Computer Blockchain-Transaktionen durchführen und nur die Daten speichern, die ihnen wichtig sind – nämlich ihr eigenes Geld betreffende Transaktionen.

Die Skalierbarkeit von Bitcoin war das erste Hauptmotiv für Lightning, da die Verteilung von Bitcoin die Transaktionsrate des Netzwerks stark einschränkt. Während Visa Zehntausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, ist das Bitcoin-Netzwerk auf weniger als 10 Transaktionen pro Sekunde beschränkt. Ein weiterer Grund für die Entwicklung von Lightning ist, dass die Blockbestätigungszeit der Bitcoin-Blockchain ungefähr 10 Minuten beträgt. Das heißt, es dauert mind. 10 Minuten, bis eine Bitcoin-Transaktion bestätigt ist. Außerdem können die Transaktionsgebühren für die Bitcoin-Blockchain zwischen 5 und 10 Cent pro Transaktion liegen, wodurch Mikrozahlungen quasi unmöglich bzw. viel zu teuer werden. Im Gegensatz dazu kann Lightning Network Fast-Instant-Transaktionen mit einer Rate von Tausenden bis Millionen pro Sekunde mit Gebühren von einem Bruchteil eines Cent (oder sogar vollkommen kostenlos) ermöglichen.

Das Lightning Network basiert auf einer Technologie, die als Zahlungskanäle (Payment-Channel) bezeichnet wird. Ein Zahlkanal für zwei Parteien wird erstellt, wenn beide Parteien eine 2-aus-2-Transaktion mit einer Multi-Signatur in der Blockchain erstellen, wobei mindestens eine Partei Geld-Mittel einzahlt/festlegt. Jede Person verfügt hierbei über einen privaten Schlüssel und Transaktionen, die aus dem Sachkontoeintrag ausgegeben werden, können ab jetzt nur ausgeführt werden, wenn beide Schlüssel signieren. Diese anfängliche Transaktion zum Öffnen eines Lighning-Kanals dauert ca. 10 Minuten (oder wie auch immer die normale aktuelle Blockzeit sein mag), aber danach können die Teilnehmer sofort mit den im Kanal zugewiesenen Geldern miteinander verhandeln. Diese sofortigen Transaktionen werden durchgeführt, indem signierte Transaktionen hin und her geleitet werden, wobei die Ausgaben aus dem 2-aus-2-Ledger-Eintrag stammen.

Jede Transaktion wird gültig, wenn sie an die Blockchain gesendet und von den Minern des Netzwerks in die Blockchain aufgenommen wird. In einem Zahlkanal werden diese signierten Transaktionen jedoch erst gesendet, wenn die Teilnehmer möchten, dass der Lighning-Kanal nicht mehr benötigt wird. Signierte, aber nicht aufgenommene Transaktionen werden über direkte Peer-to-Peer-Kommunikation ausgetauscht und von den Teilnehmern wie einlösbare Belege aufbewahrt.

Um Lightning zu verwenden, erstellen zwei Teilnehmer, Alice und Bob, eine erste Transaktion in der Blockchain für 20 USD, wobei jede Partei 10 USD des Werts hat.

Diese anfängliche Zuordnung kann dann aktualisiert werden, sodass Alice dann 5 USD des Gesamtwerts von 20 USD und Bob 15 USD usw. hat. Wenn die Teilnehmer mit den Transaktionen fertig sind, wird die zuletzt ausgetauschte Transaktionssignatur an das Netzwerk/die Blockchain gesendet, wodurch die Bewegung der Gelder im Lighning-Kanal abgeschlossen wird – einige an eine Partei und (falls noch vorhanden) einige zurück an die andere.

Lightning nutzt die Technologie hinter den Zahlungskanälen und erstellt mithilfe von „intelligenten Verträgen“ ein Netzwerk aus diesen Kanälen, um sicherzustellen, dass das Netzwerk in einer dezentralen Kapazität ohne Gegenparteirisiko funktioniert. Zum Beispiel kann Alice einen Kanal mit Bob eröffnen, der wiederum einen Kanal mit Carol hat, der einen mit Dave offen hat. Wenn Alice mit Dave Geschäfte abwickeln möchte, kann sie Geld über Bob und Carol senden, und Dave wird sie letztendlich erhalten. Aufgrund von Multi-Signatur- und Smart-Verträgen, die dem Design von Lightning innewohnen, muss Alice Bob und Carol nicht als Vermittler vertrauen – das Protokoll verwendet Kryptografie, um sicherzustellen, dass die Gelder Dave entweder über Bob und Carol erreichen oder automatisch an Alice zurückerstattet werden.

Bob und Carol fungieren als “Knoten” im Netzwerk. Die Knoten im Lightning-Netzwerk entsprechen in gewisser Weise den Minern im Bitcoin-Netzwerk. Sie fungieren als Server, die die Transaktionen im Netzwerk dezentral verarbeiten. Wie Miner haben sie keine Kontrolle über die Gelder, die sie quasi nur bei der Bewegung unterstützen. Bob kann Alices Bitcoin nicht stehlen, da er nur dann die eingehende Zahlung des Absenders erhält, wenn er die ausgehende Zahlung bereits an den Empfänger gesendet hat. Der Erhalt einer Zahlung hängt also davon ab, dass Sie diese bereits weitergeleitet haben. Blitzzahlungen sind von der Offenlegung eines kryptografischen Geheimnisses abhängig und die Kenntnis dieses Geheimnisses ermöglicht das Einlösen von früheren Knoten (wenn Dave von Carol einlöst, kann Carol jetzt von Bob einlösen).

Was passiert jedoch, wenn Bob offline geht? Bleiben die Gelder für immer in einem 2-aus-2-Zahlungskanal? Um mit unzuverlässigen Knoten umzugehen, verfügt Lightning über integrierte intelligente Vertragsmechanismen, sodass Benutzer ihre Kanäle einseitig schließen können. Lighning verwendet hierfür einen “Hash-Timelock-Vertrag“, um sicherzustellen, dass Alice ihr Geld immer zurückbekommt, wenn Bob verschwindet. Für diesen Vertrag ist ein Zeitwert festgelegt, in der Regel in Stunden oder Tagen, sodass Alice eine Rückzahlung erhalten kann, selbst wenn Bobs Server ausfällt.

Was passiert in ähnlicher Weise, wenn Alice Geld von ihrer Multi-Signatur-Adresse an Dave im Lightning-Netzwerk sendet, dann aber versucht, den Vorgang zu beenden? Sie könnte dies z. B. tun, indem sie eine ältere Transaktion an die Blockchain sendet und dabei versuchte, den Kanal in dem Zustand zu schließen, in dem er war, bevor sie eine Transaktion an Dave sendete. Während die Lightning-Software diese alten Transaktionszustände löscht, könnte Alice die Software geändert haben, um sie zu speichern. Wenn Alice versucht, zu behaupten, dass sie noch über ihr altes Guthaben verfügt, überwacht Daves Software (oder andere dafür vorgesehene Server) die Blockchain auf eine solche Transaktion. Wenn sie die gesendete Transaktion von Alice auffängt, verliert sie als Strafe ihr gesamtes Geld an Dave. Infolgedessen ist es nicht ratsam, zu versuchen, einen alten, ungültigen Zustand an die Blockchain zu senden.

Was ist, wenn Alice und Bob beide online sind und bereit sind, ihren Kanal zu schließen? Wenn beide Parteien gemeinsam einen Zahlungskanal schließen, kann das Guthaben in den 10 Minuten Blockzeit in die Blockchain überwiesen werden. Dies ist die Zeit, die eine Bitcoin-Transaktion benötigt, um bestätigt zu sein. Alice und Bob haben in dieser Zwischenzeit möglicherweise tausende Transaktionen via Lightning Network durchgeführt.

Lightning Network verlässt sich für seine Sicherheit letztendlich auf die zugrunde liegende Blockchain, sei es die von Bitcoin oder auch eine andere. Im Fall von Bitcoin wird der zugrunde liegende Proof-of-Work-Algorithmus verwendet, der das gesamte Netzwerk schützt, um es ebenfalls zu sichern. Die Blockchain ist der ultimative Schiedsrichter oder praktisch ein automatisierter Richter. Mit Lightning wissen Sie immer, wie der Richter entscheidet, da dies in die Transaktionen vordefiniert ist, die zum Erstellen der Zahlungskanäle verwendet werden, aus denen das Lightning-Netzwerk besteht. Dies ist ein Richter, der nicht beschworen oder bestochen werden kann. In der Tat ermöglicht Lightning einen “lokalen Konsens” -Staat, der letztendlich durch den “globalen Konsens” (die Blockchain) erzwungen wird. Dieser lokale Konsensstaat hat kein Depotvertrauen wie herkömmliche Modelle, da jeder Teilnehmer einseitig seine Gelder ohne die Kooperation anderer Teilnehmer glattstellen und einlösen kann. Letztendlich verwendet Lightning die zugrunde liegende Blockchain als Mittel zur Batch-Abwicklung von Transaktionen, die außerhalb der Kette ohne Gegenpartei-Vertrauen stattgefunden haben.

Das Lightning Network kann der Bitcoin-Blockchain oder anderen Blockchains dienlich sein und auch zum sofortigen Übertragen verschiedener Assets zwischen versch. Blockchains mithilfe von “Cross-Chain-Atomic-Swaps” verwendet werden. Die Konsensregeln für jede Blockchain können auch unterschiedlich sein und ermöglichen so ein sicheres Handeln von Assets ohne Depotbank.

Mit Lightning können kleine Transaktionen oder Zahlungen über das Netzwerk abgewickelt werden, ähnlich wie Pakete über das Internet übertragen werden. Es bietet das Potenzial, neue Anwendungsfälle zu erstellen, die zuvor nicht möglich waren, wie zum Beispiel Zahlungen von Maschine zu Maschine, Mikrozahlungen von Inhalten und sofortige Asset-Swaps.

Das englische Original von Elizabeth Stark findet ihr auf Jameson Lopps Webseite.