Comment fonctionne le Lightning Network (1) ?

Source: Bytecoin CKB

En tant que réseau P2P construit sur la chaîne de blocs BTC, le Lightning Network permet non seulement de résoudre efficacement le problème de la lenteur et du coût élevé du BTC, mais il présente également des avantages inégalés dans le domaine du chiffrement des paiements, constituant ainsi la base de notre économie P2P et un élément essentiel de notre vision du monde Web5.

Aujourd’hui, dans cet article, nous allons continuer à parler du Lightning Network, en expliquant les principes de fonctionnement et les technologies connexes.

Le fondement de Lightning Network : les canaux de paiement

Le réseau Lightning est essentiellement un système de canal de paiement soigneusement conçu. Prenez l’exemple d’une transaction entre Alice et Bob, lorsqu’ils utilisent le réseau Lightning pour le Règlement, ils passeront par les trois étapes clés suivantes : ouverture du canal, transaction, fermeture du canal.

1. Ouvrir le canal: construire un pont de confiance

Le soi-disant ouverture de canal est en fait la création d’un Portefeuille à signatures multiples contrôlé conjointement par les deux parties et l’injection de fonds dans ce Portefeuille. Le montant total des fonds reçus par ce Portefeuille constitue le solde de ce canal.

Supposons qu’Alice et Bob détiennent chacun 100 000 Satoshi BTC. Tout d’abord, ils doivent transférer leurs 100 000 Satoshi respectifs vers une adresse PortefeuilleAdresse à signatures multiples, contrôlée conjointement par les deux parties, en tant que dépôt pour établir le canal. Cette transaction, appelée « Transaction de financement » ou « Transaction ancre », doit être diffusée sur le réseau et enregistrée dans le bloc BTC, hors chaîne, pour signaler l’ouverture officielle du canal. Dans cet exemple, le canal de paiement reliant Alice et Bob est essentiellement un portefeuille à signatures multiples 2 sur 2 ordinaire, contenant un solde de 200 000 Satoshi (pour simplifier, nous ne tenons pas compte des frais de gas à payer lors de l’ouverture du canal).

2. Commencer à trader : l’art des transactions off-chain

Après l’ouverture du canal, toutes les transactions ultérieures entre les parties prenantes se dérouleront en dehors de la chaîne de blocs Bit, ce qui permettra de réaliser un règlement hors chaîneRèglement efficace. Supposons qu’Alice et Bob aient effectué les 3 transactions suivantes :

1. Alice transfère 10 000 Satoshi à Bob, Alice possède actuellement 90 000 Satoshi et Bob possède 110 000 Satoshi.
2. Alice continue à transférer 20 000 Satoshi à Bob. À ce stade, Alice possède 70 000 Satoshi et Bob possède 130 000 Satoshi.
3. Bob transfère 10 000 Satoshi à Alice. À ce moment-là, Alice possède 80 000 Satoshi et Bob possède 120 000 Satoshi.

Dans l’exemple ci-dessus, nous pouvons voir que quel que soit le nombre de transferts entre Alice et Bob, le solde du canal entre eux reste toujours le même, soit 200 000 satoshis.

Chaque fois que Alice et Bob effectuent une transaction, les deux parties doivent mettre à jour leur solde respectif dans le canal et échanger des « transactions d’engagement » signées. Ces transactions elles-mêmes sont valides et peuvent être envoyées à tout moment sur le réseau BTC, mais les deux parties ont généralement tendance à les conserver et ne pas les diffuser, sauf si elles ont l’intention de fermer le canal. Ainsi, l’état des soldes d’Alice et Bob dans le canal peut changer plusieurs fois par seconde, voire plusieurs centaines de fois, sans problème. La vitesse de mise à jour est seulement limitée par la vitesse à laquelle les deux parties créent, signent et envoient les transactions d’engagement à l’autre partie.

3, Fermeture du canal: le moment final de Règlement

La fermeture du canal peut être effectuée de deux manières : soit les deux parties conviennent de la fermeture et envoient une transaction de règlement (Settlement Transaction) au réseau Bitcoin (BTC) ; soit une seule partie décide de fermer et envoie la dernière transaction d’engagement (Commitment Transaction) au réseau Bitcoin (BTC). La conception de ce dernier vise à éviter qu’une partie se déconnecte, ce qui bloquerait en permanence le solde de l’autre partie dans le canal.

Dans l’exemple d’Alice et Bob, ils décident de fermer le canal après avoir effectué 3 transactions. Après la fermeture, Alice récupère 80 000 Satoshi et Bob récupère 120 000 Satoshi (encore une fois, pour simplifier, nous ne tenons pas compte des frais de gas générés lors de la fermeture du canal).

Sécurité des canaux de paiement bidirectionnels : de LN-Penalty à eltoo à Daric

Comme mentionné précédemment, la fermeture du canal peut être réalisée soit par accord mutuel, soit par décision unilatérale. Alors, comment empêcher la fraude d’une partie dans un canal de paiement bidirectionnel ? Par exemple, dans l’exemple ci-dessus, comment empêcher Bob de fermer le canal en utilisant la deuxième promesse de transaction plutôt que la troisième ? Si la deuxième promesse de transaction est utilisée pour fermer le canal, Bob peut nier le paiement de 10 000 satoshis qu’il a finalement versé à Alice, ce qui semble évidemment très tentant.

Le réseau LN-Penalty de BTCLightning Network a introduit un mécanisme pour empêcher une partie de fermer un canal off-chain avec un état obsolète mais favorable à elle-même. LN-Penalty utilise des techniques complexes telles que les « transactions de promesse asymétrique » et la « révocation de la clé secrète » pour garantir que si Bob tente de fermer le canal avec des transactions de promesse obsolètes, Alice aura le droit de récupérer tous les fonds du canal - 200 000 satoshis. Ce mécanisme de sanction permet de contenir efficacement les comportements frauduleux potentiels.

Cependant, LN-Penalty a également des inconvénients. En plus de sa propre complexité, il crée une charge de stockage - les utilisateurs doivent conserver les données à chaque mise à jour de l’état du canal dans le passé, et certaines situations rares peuvent entraîner une punition accidentelle des utilisateurs honnêtes.

Pour surmonter ces inconvénients, dès 2018, la communauté BTC a proposé une solution appelée “eltoo” pour éliminer le fardeau de stockage et le risque de sanctions inattendues. Dans ce scénario, les utilisateurs n’ont besoin de conserver que la transaction d’engagement la plus récente et sa transaction de Règlement. Cependant, le projet eltoo n’est pas encore disponible car sa mise en œuvre nécessite un soft fork de BTC, introduisant un nouveau type de hachage de signature —— SIGHASH_ANYPREVOUT.

Le réseau Lightning Network Fiber Network développé par Nervos CKB a choisi le schéma Daric proposé en 2022. Sur la base du modèle eltoo, Daric résout efficacement les problèmes de coût et de sécurité des Watchtowers. Les Watchtowers sont des nœuds Lightning Network qui fonctionnent sur des machines et des réseaux indépendants. Ils surveillent les canaux de paiement et aident les victimes à effectuer des transactions de slashing lorsqu’ils détectent des comportements malveillants pour protéger les fonds des utilisateurs. Les opérateurs de nœuds ont généralement leur propre Watchtower pour protéger leur nœud.

Conclusion

En tant que solution de mise à l’échelle de BTC, Lightning Network repose sur un système de canaux de paiement ingénieux. En ouvrant des canaux, en effectuant des transactions off-chain et en fermant des canaux, Lightning Network a considérablement amélioré la vitesse des transactions et réduit les coûts.

Pour garantir la sécurité des canaux de paiement bidirectionnels, le réseau Lightning utilise le mécanisme LN-Penalty, et la communauté BTC a proposé des mécanismes de sécurité plus avancés tels que eltoo, Daric pour prévenir efficacement les comportements frauduleux potentiels.

Ces innovations ont permis au Lightning Network de garantir la sécurité tout en apportant des améliorations significatives aux performances du réseau BTC, ouvrant la voie à des paiements rapides et à faible coût pour de petites transactions.