¿Cómo funciona Lighting Network (1)?

Fuente: ByteDance CKB

Como red P2P construida sobre la cadena de bloques BTC, Lighting Network no solo puede resolver de manera efectiva el problema de BTC “lento y costoso”, sino que también tiene ventajas incomparables sobre otras soluciones en el campo de los pagos de encriptación, que es la base para que podamos hacer realidad la economía P2P y una parte importante del mundo Web5 que imaginamos.

En este artículo de hoy, continuaremos hablando sobre Lighting Network, explicando los principios de funcionamiento y tecnologías relacionadas de Lighting Network.

El fundamento de Lighting Network: canales de pago

El Lighting Network esencialmente es un sistema de canales de pago cuidadosamente diseñado. Tomemos como ejemplo la transacción entre Alice y Bob, cuando utilizan el Lighting Network para el Asentamiento, pasarán por las siguientes tres etapas clave: apertura del canal, realización de la transacción, cierre del canal.

1. Abrir canal: construir un puente de confianza

La apertura de un canal implica la creación de una Monedero multifirma controlada conjuntamente por ambas partes participantes y la inyección de fondos en ese Monedero. El monto total de fondos recibidos por este Monedero representa el saldo del canal.

Supongamos que Alice y Bob tienen cada uno 100,000 Satoshi BTC. Primero, necesitan depositar sus respectivos 100,000 Satoshi en una Billetera DIRECCIÓN multifirma controlada por ambos, como garantía para establecer el canal. Esta transacción se conoce como “Funding Transaction (transacción de depósito)” o “Anchor Transaction (transacción de anclaje)” y debe ser transmitida a la red y registrada en el Bloquear de BTC para indicar la apertura oficial del canal. En este ejemplo, el canal de pago que conecta a Alice y Bob es una billetera multifirma 2-de-2 común con un saldo de 200,000 Satoshi (para simplificar, no consideraremos las tarifas de gas requeridas al abrir el canal).

2. Comenzar a operar: el arte de las transacciones fuera de la cadena

Una vez que se abre el canal, todas las transacciones posteriores entre las partes involucradas se realizarán fuera de la cadena de bloques de Bit, lo que permite un asentamiento eficiente fuera de la cadena. Supongamos que Alice y Bob han realizado las siguientes 3 transacciones:

1. Alice le envía 10,000 Satoshi a Bob, en este momento Alice tiene 90,000 Satoshi, y Bob tiene 110,000 Satoshi.
2. Alice sigue transfiriendo 2 万 Satoshi a Bob, en este momento Alice tiene 7 万 Satoshi y Bob tiene 13 万 Satoshi.
3. Bob le transfirió 10,000 Satoshi a Alice, en ese momento Alice tiene 80,000 Satoshi y Bob tiene 120,000 Satoshi.

En el ejemplo anterior, podemos ver que no importa cuántas veces Alice y Bob transfieran entre ellos, el saldo del canal entre ellos siempre permanece invariable, siempre es 200,000 satoshis.

Cada vez que Alice y Bob realizan una transacción, ambas partes deben actualizar su saldo en el canal y intercambiar ‘Transacciones de Compromiso’ firmadas. Estas transacciones son válidas por sí mismas y pueden enviarse a la red BTC en cualquier momento, pero generalmente las partes las guardan sin transmitirlas a menos que quieran cerrar el canal. De esta manera, el estado de saldo de Alice y Bob dentro del canal puede cambiar decenas o incluso cientos de veces por segundo, y la velocidad de actualización solo está limitada por la velocidad a la que ambas partes crean, firman y envían las transacciones de compromiso entre sí.

3. Cierre del canal: Momento de Asentamiento Final

El cierre del canal puede realizarse de dos formas: la primera es cerrar de común acuerdo, enviando una transacción de liquidación (Settlement Transaction) a la red Bitcoin; la segunda es cerrar unilateralmente, enviando la última transacción de compromiso (Commitment Transaction) a la red Bitcoin. El diseño de esta última opción es para evitar que una de las partes quede desconectada, lo que resultaría en el bloqueo continuo del saldo de la otra parte en el canal.

En el ejemplo de Alice y Bob, deciden cerrar el canal después de realizar 3 transacciones. Después de cerrarlo, Alice recupera 80,000 Satoshi, y Bob recupera 120,000 Satoshi (una vez más, para simplificar, no consideramos la Tarifa de gas generada al cerrar el canal).

Seguridad de los canales de pago bidireccionales: de LN-Penalty a eltoo y luego a Daric

Como se mencionó anteriormente, el cierre del canal puede ser acordado por ambas partes o decidido unilateralmente. Entonces, ¿cómo se evita el fraude en un canal de pago bidireccional? Por ejemplo, en el ejemplo anterior, ¿cómo se evita que Bob cierre el canal con la segunda transacción de compromiso en lugar de la tercera? Si se utiliza la segunda transacción de compromiso para cerrar el canal, Bob puede negar el pago de 10,000 satoshis que le hizo a Alice, lo cual parece muy tentador.

** BTCLighting Network introduce el mecanismo LN-Penalty para evitar que una parte cierre el canal enviando un on-chain en un estado obsoleto pero favorable. **LN-Penalty utiliza técnicas sofisticadas como el “trading de compromiso asimétrico” y la “revocación de Llave secreta” para garantizar que si Bob intenta cerrar el canal utilizando una transacción de compromiso obsoleta, Alice tendrá derecho a la cantidad total de fondos en el canal – 200.000 satoshis – . Este mecanismo de castigo disuade eficazmente el posible fraude.

Sin embargo, LN-Penalty también tiene algunas deficiencias, además de su propia complejidad, también conlleva una carga de almacenamiento: los usuarios deben guardar la información cada vez que se actualiza el estado del canal en el pasado, y algunas situaciones raras pueden llevar a sancionar involuntariamente a usuarios honestos.

Para superar estos inconvenientes, la comunidad BTC propuso en 2018 una solución llamada “eltoo” para eliminar el riesgo de carga de almacenamiento y sanciones accidentales. En este plan, los usuarios solo necesitan almacenar la transacción de compromiso más reciente y su transacción de asentamiento. Sin embargo, el plan eltoo aún no está disponible, ya que su implementación requiere un soft fork de BTC para introducir un nuevo tipo de hash de firma —— SIGHASH_ANYPREVOUT.

El Fiber Network de Lighting Network, lanzado por Nervos CKB, ha optado por el plan Daric propuesto en 2022. Daric, basado en el eltoo, resuelve de manera efectiva los problemas de costos y seguridad del Torre de Vigilancia (Watchtower). El Torre de Vigilancia es un Nodo de Lighting Network que se ejecuta en una máquina y red independientes, monitorea los canales de pago y ayuda a las partes afectadas a ejecutar transacciones de slashing cuando detecta comportamientos maliciosos, protegiendo así los fondos de los usuarios. Los operadores de Nodo suelen ejecutar sus propias torres de vigilancia para proteger sus propios Nodos.

Conclusión

La red Lighting, como solución de escalado de BTC, se centra en un sistema de canales de pago ingeniosamente diseñado. A través de las fases de apertura del canal, transacciones fuera de la cadena y cierre del canal, la red Lighting ha aumentado significativamente la velocidad de las transacciones y ha reducido los costos.

Para garantizar la seguridad del canal de pago bidireccional, Lighting Network utiliza el mecanismo LN-Penalty. La comunidad de BTC también ha propuesto mecanismos de seguridad más óptimos como eltoo, Daric, etc., para prevenir eficazmente posibles comportamientos fraudulentos.

Estas innovaciones han llevado a Lighting Network a proporcionar un aumento significativo en el rendimiento de la red BTC al tiempo que garantiza la seguridad, allanando el camino para pagos rápidos y de bajo costo.