Introducción
Las criptomonedas tienen algunas propiedades bastante únicas. Estos no se pueden piratear ni cerrar fácilmente, y cualquiera puede usarlos para transmitir valor en todo el mundo sin la intervención de terceros.
Para garantizar que estas características se mantengan, se deben hacer concesiones importantes. Debido a que muchos nodos son responsables de ejecutar una red de criptomonedas, el rendimiento es limitado. Por lo tanto, la cantidad de transacciones por segundo (TPS) que una red blockchain puede procesar es relativamente baja para una tecnología destinada a la adopción generalizada.
Para superar las limitaciones inherentes de blockchain, se han propuesto varias soluciones de escalabilidad para aumentar la cantidad de transacciones que la red puede procesar. En este artículo, analizaremos una de las extensiones del protocolo Bitcoin, Lightning Network.
¿Qué es la Red Lightning?
Lightning Network es una red ubicada en la parte superior de una cadena de bloques que permite transacciones rápidas entre pares. Esto no es exclusivo del Bitcoin: otras criptomonedas como Litecoin también lo han integrado.
Quizás se pregunte qué queremos decir con "sentarse encima de una cadena de bloques". Lightning Network es lo que llamamos una solución fuera de cadena o de capa 2. Permite a los usuarios realizar transacciones sin tener que registrar cada transacción en la cadena de bloques.
Lightning Network está separada de la red Bitcoin y tiene sus propios nodos y software, pero aún se comunica con la cadena principal. Para ingresar o salir de Lightning Network, debe crear transacciones especiales en la cadena de bloques.
Lo que realmente estás haciendo con tu primera transacción es crear una especie de contrato inteligente con otro usuario. Antes de entrar en detalles, imagine que el contrato inteligente posee el libro de contabilidad privado del otro usuario. Puede ingresar muchas transacciones en este registro. Estos sólo son visibles para usted y su contraparte, pero ninguno de ustedes puede hacer trampa debido a características específicas.
Este minirregistro es un canal. Digamos que Alice y Bob ponen cada uno 5 BTC en el contrato inteligente. En su canal ahora tienen un saldo de 5 BTC cada uno. Alice ahora puede escribir en el libro mayor que le paga 1 BTC a Bob. Bob ahora tiene 6 BTC y Alice tiene 4. Bob puede entonces decidir enviar 2 BTC de regreso a Alice, actualizando los saldos a 6 BTC del lado de Alice y 4 BTC del lado de Bob. Es posible que continúen haciendo esto por un tiempo.
En cualquier momento, uno de ellos puede publicar el estado actual del canal en la blockchain. En este punto, los saldos de cada lado del canal se asignan a sus respectivas partes de la cadena.
Fieles a su nombre, las transacciones Lightning son rápidas. No hay confirmación de bloqueo para esperar a que los pagos se realicen tan rápido como lo permita su conexión a Internet.
¿Por qué es necesaria Lightning Network?
Hasta ahora, Lightning Network (o LN) parece ser el enfoque más realista para mejorar la escalabilidad de la cadena de bloques de Bitcoin. Coordinar cambios en un ecosistema tan grande es muy complicado debido a los riesgos de bifurcaciones duras y errores potencialmente catastróficos. Con tanto valor en juego, la experimentación es increíblemente peligrosa.
Cuando esta experimentación se lleva a cabo fuera de la cadena de bloques, la flexibilidad aumenta. Si algo sale mal, no tendrá ningún impacto en la red Bitcoin. Las soluciones de Capa 2 no cuestionan los supuestos de seguridad que han permitido que el protocolo funcione durante más de 10 años.
Tampoco existe la obligación de cambiar la antigua forma de hacer las cosas. Las transacciones dentro de la cadena continúan funcionando para el usuario final, pero el usuario final ahora tiene la opción de realizar transacciones fuera de la cadena.
Existen varios beneficios al utilizar Lightning Network. Aquí hay algunos.
Escalabilidad
Los bloques de Bitcoin normalmente se crean cada diez minutos y no pueden almacenar muchas transacciones. El espacio en bloques es un recurso escaso que se subasta. De hecho, estás compitiendo contra otros usuarios para que se incluyan tus transacciones. Dado que a los mineros les preocupa principalmente recibir pagos, darán prioridad a las transacciones con las tarifas más altas.
Cuando pocos usuarios intentan enviar fondos al mismo tiempo, esto no es realmente un problema. Puede establecer una tarifa baja y tiene todas las posibilidades de ver la transacción incluida en el siguiente bloque. Pero cuando todos transmiten operaciones al mismo tiempo, las tarifas promedio pueden aumentar significativamente. En algunas ocasiones estos han superado los $5. En el pico del mercado de compradores de 2017, incluso superaron los 50 dólares.
Tarifa promedio de transacción de Bitcoin (en USD)
Esto puede parecer insignificante para transacciones de varios miles de dólares en Bitcoin, pero no es viable para pagos pequeños. ¿Quién quiere pagar tarifas de $5 por un café de $3?
Con Lightning Network tendrás que pagar dos tarifas: una para abrir el canal y otra para cerrarlo. Pero usted y su contraparte pueden realizar miles de operaciones de forma gratuita una vez que el canal esté abierto. Una vez que haya terminado, simplemente publique el estado final en la cadena de bloques.
En general, si más usuarios utilizan soluciones fuera de la cadena como Lightning Network, el espacio en bloque se utilizará de manera más eficiente. Las transferencias de bajo valor y alta frecuencia podrían realizarse en canales de pago, mientras que el espacio de bloque se utiliza para transacciones más grandes y canales de apertura/cierre. Esto haría que el sistema fuera accesible para una base de usuarios mucho más amplia, lo que le permitiría escalar a largo plazo.
Micropagos
La cantidad mínima de Bitcoin que puedes enviar en una transacción es de aproximadamente 0,00000546 BTC. En el momento de escribir este artículo, eso equivale a unos cuatro centavos. Es una cantidad pequeña, pero Lightning Network te permite reducir los límites a la unidad más pequeña posible (0,00000001 BTC: el satoshi).
La red Lightning es mucho más interesante para los micropagos. Las tarifas de las transacciones normales hacen que no sea práctico enviar pequeñas cantidades a la cadena principal. Sin embargo, en un canal, puedes enviar una fracción de Bitcoin de forma gratuita.
Los micropagos son adecuados para muchos casos de uso. Algunos consideran que podrían ser un sustituto del modelo de suscripción, en el que los usuarios pagan cantidades muy, muy pequeñas cada vez que utilizan un servicio en lugar de una suscripción mensual.
Confidencialidad
Otra ventaja de Lightning Network es que puede ofrecer a sus usuarios un alto grado de privacidad. Las partes no necesitan publicitar sus canales en una red más amplia. Si puedes mirar la cadena de bloques y decir que esta transacción abrió un canal, no necesariamente podrás saber qué está sucediendo en el canal. Si los participantes deciden hacer que su canal sea privado, de hecho serán los únicos en conocer las transacciones que se han realizado.
Si Alice tiene un canal con Bob y Bob tiene un canal con Carol, Alice y Carol pueden enviarse pagos entre sí a través de Bob. Si Dan está conectado con Carol, Alice puede enviarle pagos. Lightning Network puede verse como una red en expansión de canales de pago interconectados. En tal configuración, no podrías estar seguro de a quién le envió fondos Alice una vez que se cierra el canal.
¿Cómo funciona Lightning Network?
Hemos explicado cómo Lightning Network depende de canales entre nodos de alto nivel. Ahora echemos un vistazo debajo del capó.
Direcciones multifirma
Una dirección multifirma (o multifirma) es una dirección desde la que se pueden gastar varias claves privadas. Al crear una firma múltiple, debe indicar cuántas claves privadas pueden gastar los fondos y cuántas se requieren para firmar una transacción. Por ejemplo, un esquema del 1 al 5 significa que cinco claves pueden producir una firma válida y solo se necesita una. Un diagrama 2-3 indica que de las tres claves, se necesitan dos para gastar los fondos.
Para inicializar un canal Lightning, los participantes bloquean fondos en un patrón 2-2. Solo hay dos claves capaces de firmar y son necesarias para mover sus fondos. Traigamos de vuelta a nuestros amigos Alice y Bob. Como tendrán que realizar numerosos pagos en los próximos meses, deciden abrir un canal Lightning Network.
Para empezar, cada uno deposita 3 BTC en la dirección multifirma de propiedad conjunta. Es importante reiterar que Bob no puede retirar fondos de la dirección sin la aprobación de Alice y viceversa.
Ahora podrían quedarse con un trozo de papel que ajustaría los saldos de todos. Su respectivo saldo inicial es de 3 BTC. Si Alice quiere hacer un pago de 1 BTC a Bob, ¿por qué no escribir una nota que indique que Alice ahora tiene 2 BTC y Bob 4? Los saldos se pueden rastrear así hasta que decidan retirar los fondos.
Es posible, pero ¿dónde está la diversión? Más importante aún, ¿no facilita esto que una de las partes rechace la cooperación? Si Alice termina con 6 BTC y Bob 0, nada impide que Bob se niegue a liberar los fondos (excepto quizás su amistad con Alice).
Contras Hash Timelock (HTLC)
El sistema anterior es aburrido y no ofrece mucho más que las configuraciones confiables actuales. La situación se vuelve mucho más interesante cuando introducimos un mecanismo que hace cumplir el "contrato" entre Alice y Bob. Si una de las partes decide no seguir las reglas, la otra aún tiene el recurso de retirar sus fondos del canal.
Este mecanismo es el Contrato Hash Timelock (o HTLC). Si bien el término puede dar miedo, es un concepto relativamente sencillo de entender. Esto utiliza dos tecnologías (hashlock y timelock) para remediar cualquier comportamiento no cooperativo en el canal.
Un hashlock es una condición impuesta a una transacción en la que solo puedes gastar fondos demostrando que conoces un secreto. El remitente tiene un conjunto de datos e incluye el hash en la transacción del destinatario. El receptor sólo puede gastarlo si proporciona los datos originales (el secreto) que coinciden con el hash. Y la única forma en que pueden proporcionar esos datos es si el remitente se los proporciona.
Una condición de bloqueo de tiempo impide que los fondos se gasten antes de una fecha determinada. Esto se define como tiempo real o como altura de bloque.
Los HTLC representan la combinación de hashlocks y timelocks. En la práctica, los HTLC se pueden utilizar para crear pagos condicionales: el destinatario debe proporcionar un secreto antes de una fecha determinada; de lo contrario, el remitente podrá recuperar los fondos. Probablemente podamos explicar mejor la siguiente sección con un ejemplo, así que volvamos a Alice y Bob.
Abrir y cerrar canales
Dimos el ejemplo de Alice y Bob que acaban de crear transacciones que financian la dirección multifirma que van a compartir. ¡Pero estas transacciones aún no se publican en blockchain! De hecho, primero queda una cosa por hacer.
Tres córners de Bob y 3 córners de Alice.
Recuerde que la única forma de que estas monedas salgan del multisig es que Alice y Bob firmen conjuntamente una transacción. Si Alice quiere enviar las seis monedas a una dirección externa, necesitará el acuerdo de Bob. Primero completó una transacción (seis bitcoins en esta dirección) y añadió su propia firma.
Podría intentar transmitir la transacción inmediatamente, pero no será válida porque Bob no la firmó. Alice primero debe darle la transacción incompleta. Una vez que Bob agrega su firma, la transacción se vuelve válida.
Todavía no contamos con un mecanismo que permita a todos colaborar honestamente. Como se dijo anteriormente, si su contraparte se niega a cooperar, sus fondos quedarán efectivamente atrapados. Veamos juntos el mecanismo que lo impide. Hay varias partes para estudiar, así que sígalas.
Cada parte debe presentar un secreto; llamémoslos simplemente A y B. Serían secretos pésimos si Alice y Bob los revelaran, razón por la cual los mantienen ocultos por ahora. El par generará el hash de los respectivos secretos: h(As) y h(Bs). En lugar de compartir su secreto, comparten su hash.
Alice y Bob comparten el hash de su secreto.
Alice y Bob también deben crear un conjunto de transacciones de compromiso antes de publicar su primera transacción en la dirección de firma múltiple. Esto les permitirá recurrir en caso de que el otro decida mantener los fondos como rehenes.
Si piensa en un canal como el mini libro mayor del que hablamos anteriormente, las transacciones de compromiso son las actualizaciones que realiza en el libro mayor. Cada vez que crea un nuevo par de transacciones de compromiso, reequilibra los fondos entre los dos participantes.
Alice tendrá dos salidas: una que paga por una dirección de su propiedad y otra que está bloqueada en una nueva dirección multifirma. Ella firma y se lo da a Bob.
Transacción de Alice con dos salidas: una a su propia dirección y otra a una nueva multifirma. Alice todavía necesita la firma de Bob para que sea válida.
Bob hace lo mismo: una salida se paga sola, la otra paga por otra dirección multifirma. Lo firma y se lo da a Alice.
Tenemos dos transacciones incompletas, pero similares.
Normalmente, Alice podría agregar una firma a la transacción de Bob para que sea válida. Sin embargo, observará que estos fondos se gastan desde 2 de 2 multifirma, que aún no hemos financiado. Es un poco como intentar gastar un cheque de una cuenta que no tiene el saldo necesario. Por lo tanto, estas transacciones parcialmente firmadas solo se pueden utilizar una vez que multifirma esté operativa.
Las nuevas direcciones multifirma (donde están destinados los 3 BTC) tienen ciertas propiedades específicas. Echemos un vistazo a la transacción incompleta que Alice firmó y entregó a Bob. La salida multifirma se puede gastar en las siguientes condiciones:
Ambas partes pueden firmarlo cooperativamente.
Luego, Bob puede gastarlos él mismo después de un cierto período (debido al bloqueo de tiempo).
Alice puede gastarlos si conoce el secreto de Bob Bs.
Para la transacción donde Bob le dio a Alice:
Ambas partes pueden firmarlo cooperativamente.
Alice puede gastarlos sola después de un cierto período de tiempo.
Bob puede gastarlos si conoce el secreto de Alice Ace.
Tenga en cuenta que ninguna de las partes conoce el secreto de la otra, por lo que 3) aún no es posible. Otra cosa a tener en cuenta es que, si firma una transacción, su contraparte puede gastar los fondos inmediatamente, ya que no existen condiciones especiales para su liberación. Puede esperar a que expire el tiempo de bloqueo para gastar los fondos usted mismo o cooperar con la otra parte para poder gastarlos directamente.
Bien ! Ahora puede publicar transacciones en la dirección de firma múltiple 2-2. Por fin es posible hacer esto de forma segura, porque puedes recuperar tus fondos si tu contraparte abandona el canal.
Una vez confirmadas las transacciones, el canal está operativo. Este primer par de transacciones nos muestra el estado actual del minirregistro. Actualmente, le pagará 3 BTC a Bob y 3 BTC a Alice.
Cuando Alice quiere hacerle un nuevo pago a Bob, la pareja crea dos nuevas transacciones para reemplazar el primer conjunto. El principio es el mismo: sólo están medio firmados. Sin embargo, Alice y Bob primero deben revelar su antiguo secreto e intercambiar nuevos hashes para la siguiente ronda de transacciones.
Si Alice quiere pagarle 1 BTC a Bob, las dos nuevas transacciones acreditarán 2 BTC a Alice y 4 BTC a Bob. Por tanto, el saldo está actualizado.
Cada parte puede firmar y transmitir incluso una de las transacciones recientes para "liquidarla" en la cadena de bloques. Sin embargo, la parte que haga esto tendrá que esperar a que expire el tiempo de bloqueo, mientras que la otra parte podrá gastar los fondos inmediatamente. Recuerde que si Bob firma y transmite la transacción de Alice, ella ahora tiene una salida incondicional.
Ambas partes pueden decidir cerrar el canal juntas (un cierre cooperativo). Esta es probablemente la forma más fácil y rápida de recuperar fondos en la cadena. Si una de las partes no responde o se niega a cooperar, la otra aún puede recuperar sus fondos mientras espera el plazo.
¿Quieres empezar con las criptomonedas? ¡Compre Bitcoin en Binance!
¿Cómo previene Lightning Network las trampas?
Es posible que ya hayas identificado un vector de ataque aquí. Si Bob tiene un saldo de 1 BTC, ¿qué le impide transmitir una transacción anterior que muestre que posee más de 1 BTC? Ya recibió la transacción semifirmada de Alice, ¿no es suficiente que agregue su firma antes de transmitir la transacción?
Nada le impide hacerlo, excepto quizás el hecho de que podría perder todo el equilibrio. Digamos que llega hasta el final y transmite una transacción antigua en la que paga un BTC a Alice y cinco a la dirección multifirma que mencionamos anteriormente.
Alice recibe su BTC inmediatamente. Bob, por otro lado, debe esperar a que expire el bloqueo de tiempo para gastar desde la dirección multifirma. ¿Recuerda la otra condición que mencionamos que le permite a Alice gastar estos fondos de inmediato? Necesita un secreto que aún no tiene. Lo hace ahora: tan pronto como se creó el segundo conjunto de transacciones, Bob le dio este secreto.
Mientras Bob espera, sin poder hacer nada mientras espera que expire el bloqueo de tiempo, Alice puede mover estos fondos. Este mecanismo basado en castigos evita que los participantes hagan trampa o corran el riesgo de perder el acceso a sus monedas.
Ruta de pago
Indicamos anteriormente que los canales se pueden conectar. Si esto fuera imposible, Lightning Network no serviría para pagos. ¿Realmente vas a asegurar $500 en un canal con una cafetería, sólo para obtener tu dosis diaria durante los próximos meses?
Nadie hace eso. Si Alice abre un canal con Bob y Bob tiene un canal con Carol, Bob puede enrutar pagos entre los dos. Esto puede funcionar en múltiples "saltos", por lo que Alice puede pagarle a cualquiera en esa ruta.
En este escenario, Alice puede tomar varias conexiones para llegar a la casa de Frank. En la práctica, siempre elegirá la más fácil.
Por su papel en la entrega, los intermediarios pueden cobrar una pequeña tarifa (pero esto no es obligatorio). Como Lightning Network es relativamente nueva, el mercado de tarifas aún no se ha materializado. Lo que muchos esperan es una comisión basada en la liquidez proporcionada.
En la cadena base, sus tarifas se basan únicamente en el espacio que ocupa su transacción en un bloque (el valor transmitido no importa), los pagos de $1 o incluso $10,000,000 cuestan lo mismo. Por el contrario, no hay espacio de bloque en Lightning Network.
En cambio, existe un concepto de equilibrio local y distante. El equilibrio local es la cantidad que puedes "empujar" hacia el final del canal. El saldo distante es el saldo que su contraparte puede enviarle.
Veamos otro ejemplo. Echemos un vistazo más de cerca a la ruta anterior: Alice <> Carol <> Frank.
Saldo del usuario antes y después de una transferencia de 0,3 BTC de Alice a Frank.
Las transacciones Alice<>Carol y Carol<>Frank tienen cada una una capacidad total de 1 BTC. El saldo local de Alice es 0,7 BTC. Si las transacciones se liquidaran ahora en la cadena de bloques, Alice tendría 0,7 BTC y Carol recibiría el saldo remoto (0,3 BTC).
Si Alice quiere enviar 0,3 BTC a Frank, solo necesita transmitir 0,3 BTC a Carol a través del canal. Luego, Carol transmite 0,3 BTC de su saldo local a Frank a través del canal. Por lo tanto, el saldo de Carol sigue siendo el mismo: los +0,3 BTC de Alice y los -0,3 BTC de Frank se cancelan.
Carol no pierde valor al actuar como conexión entre Frank y Alice, pero sí pierde flexibilidad. Verás, ahora puede gastar 0,6 BTC en su canal con Alice, pero sólo 0,1 BTC en el canal con Frank.
También podemos imaginar una situación en la que Alice sólo está conectada a Carol, mientras que Frank está conectado a una red mucho más grande. Carol, que anteriormente podía enviar un total de 0,4 BTC a otras personas a través de Frank, ahora solo puede enviar 0,1 BTC porque eso es todo lo que tiene en su extremo del canal.
En este escenario, Alice está drenando efectivamente el flujo de efectivo de Carol. Sin ninguna recompensa, es posible que Carol no quiera debilitar su propia posición. Entonces, en lugar de eso, podría simplemente decir: Enrutaré cada 0,01 BTC a una tasa de diez satoshis. De esta manera, cuanto más sacrifica Carol su saldo local en rutas "más fuertes", se beneficia.
Como se dijo antes, no existe ninguna obligación de facto de cobrar tarifas. Es posible que a algunos no les preocupe la reducción de la liquidez. Otros pueden simplemente abrir canales directamente al receptor.
Límites de Lightning Network
Sería simplemente fantástico si Lightning Network resultara ser la solución a todos los problemas de escalabilidad de Bitcoin. Desafortunadamente, también tiene sus propios defectos.
Usabilidad
Bitcoin no es el sistema más intuitivo para principiantes: las direcciones y las tarifas son conceptos difíciles de abordar. Pero las billeteras pueden superar los aspectos complicados para ofrecer a los usuarios algo que se parece vagamente a los sistemas de pago existentes. Pero puedes conseguir que alguien descargue una billetera para teléfono inteligente, envíe fondos y esté listo para lo que sigue.
Actualmente, esto es imposible para Lightning Network. Las opciones aún son muy limitadas cuando se trata de aplicaciones para teléfonos inteligentes: en general, los nodos Lightning requieren acceso a un nodo Bitcoin para poder ser utilizados.
Una vez que un cliente ha configurado, los usuarios deben comenzar a abrir canales antes de poder realizar pagos. Además de llevar mucho tiempo, rápidamente resulta abrumador para un principiante tener que comprender conceptos como capacidad de entrada/salida.
Dicho esto, constantemente se realizan mejoras para reducir las barreras de entrada y brindar a los usuarios una experiencia más sencilla.
Liquidez
Una de las principales críticas a Lightning Network es que su capacidad para realizar transacciones es limitada. No puedes gastar más de lo que has bloqueado en un canal. Si gasta todos sus fondos para que el saldo remoto tenga todos los fondos en el canal, deberá cerrarlo. También puedes esperar a que alguien te pague por hacerlo, pero eso no es lo ideal.
Tus conexiones también están limitadas por la capacidad total del canal. Volvamos a nuestro ejemplo de la conexión Alice <> Carol <> Frank. Si Alice y Carol tienen 5 BTC de capacidad en su canal, pero Carol y Frank solo tienen 1 BTC de capacidad, Alice nunca podrá enviar más de 1 BTC. Incluso entonces, todo el saldo tendría que estar del lado de Carol (en el canal Carol<>Frank) para que esto funcione. Esto puede limitar significativamente la cantidad de fondos que se pueden transmitir a través de los canales de LN y, por lo tanto, afecta su practicidad.
Centralización de hubs
Debido al problema mencionado en el apartado anterior, también se teme que la red facilite la creación de grandes “hubs”. Es decir, entidades grandes, muy conectadas y con mucha liquidez. Cualquier pago importante deberá realizarse a través de algunas de estas entidades.
Obviamente esto no es algo positivo. De hecho, esto debilitaría el sistema, porque simplemente desconectar estas entidades afectaría en gran medida todas las relaciones entre pares. El riesgo de censura también aumenta, ya que las transacciones sólo circulan a través de unas pocas entidades.
Estado actual de Lightning Network
Desde abril de 2020, Lightning Network parece estar funcionando bien. Cuenta con más de 12.000 nodos activos, más de 30.000 canales abiertos y más de 920 BTC de capacidad.
Distribución global de nodos de Lightning Network. Fuente: explorer.aquin.co
Hay varias implementaciones de nodos: c-lightning de Blockstream, Lightning Network Daemon de Lightning Labs y Eclair de ACINQ se encuentran entre las más populares. Muchas empresas ofrecen nodos listos para usar para usuarios menos experimentados. Lo único que debe hacer con estos dispositivos es encenderlos y estará listo para usar Lightning Network.
Para concluir
Desde el lanzamiento de su red principal en 2018, Lightning Network ha experimentado un crecimiento impresionante. Sin embargo, mucha gente considera que aún se encuentra en fase beta.
Todavía hay algunos obstáculos que superar en el frente de los servicios públicos, ya que el uso de un nodo Lightning actualmente requiere un cierto grado de habilidad técnica. Pero dada la escala del desarrollo en curso, es muy posible que veamos reducidas las barreras de entrada en los próximos años.
Si estos problemas se pueden resolver, Lightning Network podría convertirse en una parte integral del ecosistema Bitcoin y mejorar significativamente su escalabilidad y velocidad de transacciones.
