Guide complet du réseau Lightning de Bitcoin

As criptomoedas ont des propriétés uniques. Ils ne peuvent pas être facilement piratés ou fermés, et n’importe qui peut les utiliser pour transmettre de la valeur dans le monde entier sans intervention d’un tiers.

Cependant, pour conserver ces caractéristiques, il est nécessaire de procéder à quelques compensations. Étant donné que de nombreux nœuds sont chargés de gérer un réseau de crypto-monnaie, la capacité de traitement est limitée. De ce fait, le nombre de transactions par seconde (TPS) qu’un réseau blockchain peut traiter est relativement faible pour une technologie visant une adoption massive.

Pour surmonter les limites inhérentes à technologie blockchain, plusieurs solutions d'évolutivité ont été proposées pour augmenter le nombre de transactions qu'un réseau peut gérer. Dans cet article, nous ferons une analyse détaillée du Lightning Network, une extension du protocole Bitcoin.

Qu'est-ce que Lightning Network ?

Le Lightning Network est un réseau qui fonctionne sur une blockchain pour faciliter transactions rapides entre pairs. Ce n’est pas exclusif à Bitcoin – d’autres cryptomonnaies, comme le Litecoin, l’ont également intégré.

Vous vous demandez peut-être ce que nous entendons par « fonctionne au-dessus d’une blockchain ». Le Lightning Network est ce que nous appelons une solution hors chaîne ou une solution de couche deux. Elle permet aux particuliers d’effectuer des transactions sans que chacune d’elles soit enregistrée sur la blockchain.

Le réseau Lightning est distinct du réseau Bitcoin : il possède ses propres nœuds et logiciels, mais communique toujours avec la chaîne principale. Pour rejoindre ou quitter le Lightning Network, vous devez créer des transactions spéciales sur la blockchain.

En effet, ce que vous faites avec la première transaction, c'est créer une sorte de contrat intelligent avec un autre utilisateur. Nous entrerons dans les détails sous peu – pour l’instant, pensez simplement au contrat intelligent qui conserve un enregistrement privé avec l’autre utilisateur. Vous pouvez écrire plusieurs transactions dans ce registre. Ils ne sont visibles que par vous et votre homologue, mais aucun de vous ne peut tricher en raison de certaines caractéristiques particulières du système.

Ce mini-registre s'appelle canal . Disons qu'Alice et Bob mettent chacun 5 BTC dans le contrat intelligent. Dans ce canal, les deux auraient un solde de 5 BTC. Alors Alice pourrait écrire dans le dossier " payer 1 BTC à Bob « . Désormais, Bob aurait 6 BTC de son côté et Alice aurait 4 BTC. Ensuite, Bob pourrait renvoyer 2 BTC à Alice à une date ultérieure, mettant à jour les soldes à 6 BTC du côté d'Alice et 4 BTC du côté de Bob. Ils peuvent continuer à faire ça pendant un moment.

À tout moment, n’importe lequel d’entre eux peut publier l’état actuel du canal sur la blockchain. À ce stade, les soldes de chaque côté du canal sont alloués à leurs parties respectives dans la chaîne.

Comme son nom l’indique, les transactions Lightning Network sont extrêmement rapides. Il n'y a pas de confirmation de blocage à attendre – les paiements peuvent être effectués aussi rapidement que votre connexion au Internet permettre.

Pourquoi le réseau Lightning est-il nécessaire ?

Jusqu’à présent, le Lightning Network semble être l’approche la plus judicieuse pour faire évoluer la blockchain Bitcoin. La coordination des changements dans un écosystème aussi vaste est compliquée – il existe un risque de fourches et de bugs potentiellement catastrophiques. Avec autant de valeur en jeu, l’expérimentation est extrêmement dangereuse.

Lorsque vous déplacez cette expérimentation hors de la blockchain, vous disposez de beaucoup plus de flexibilité. Si quelque chose ne va pas, cela n’aura aucun impact sur le véritable réseau Bitcoin. Les solutions de couche deux ne compromettent aucune des hypothèses de sécurité qui ont permis au protocole de fonctionner pendant plus de 10 ans.

Il n’y a pas non plus d’obligation d’abandonner l’ancienne façon de faire. Les transactions en chaîne continuent de fonctionner normalement pour l'utilisateur final, mais ils ont désormais également la possibilité d'effectuer des transactions hors chaîne.

L’utilisation du Lightning Network présente plusieurs avantages. Analysons ci-dessous quelques-uns des principaux.

Évolutivité

Les blocs Bitcoin sont créés toutes les dix minutes environ et ne peuvent contenir qu’un nombre limité de transactions. L'espace de blocage est une ressource rare, vous devez donc rivaliser avec d'autres utilisateurs pour que votre transaction soit incluse en temps opportun. Les mineurs se soucient avant tout d’être payés, ils incluront donc en premier les transactions comportant les frais les plus élevés.

Lorsque peu d’utilisateurs tentent d’envoyer des fonds en même temps, ce n’est pas vraiment un problème. Vous pouvez fixer des frais peu élevés et la transaction sera probablement incluse dans le bloc suivant. Mais lorsque tout le monde transmet des transactions en même temps, le taux moyen peut augmenter considérablement. À quelques reprises, il a dépassé les 5 dollars. Au plus fort du marché haussier de 2017, il a dépassé les 50 dollars.

Frais de transaction Bitcoin moyens (en USD)

Cela peut sembler insignifiant pour des transactions valant des milliers de dollars en Bitcoin, mais pour des paiements plus petits, cela n’est pas viable. Qui veut payer un café à 3 $ avec des frais de 5 $ ?

Avec Lightning Network, vous payez toujours deux frais : un pour ouvrir le canal et un autre pour le fermer. Mais vous et votre partenaire pouvez effectuer des milliers de transactions gratuitement une fois le canal ouvert. Lorsque vous avez terminé, il vous suffit de publier l'état final sur blockchain.

Dans l’ensemble, si davantage d’utilisateurs s’appuient sur des solutions hors chaîne comme Lightning Network, l’espace de bloc sera utilisé plus efficacement. Des transferts de faible valeur et à haute fréquence peuvent être effectués via les canaux de paiement, tandis que l'espace de bloc est utilisé pour des transactions plus importantes et des canaux d'ouverture/fermeture. Cela rendrait le système accessible à une base d’utilisateurs beaucoup plus large, lui permettant ainsi de se développer à long terme.

Micropaiements

Il existe un montant minimum de Bitcoin que vous pouvez envoyer en une seule transaction – environ 0,00000546 BTC. Au moment de la rédaction de cet article, cela équivaut à environ quatre cents par dollar. C'est un petit montant, mais le Lightning Network vous permet d'aller au-delà des limites et d'effectuer des transactions avec la plus petite unité actuellement disponible – 0,00000001 BTC, ou un satoshi.

Lightning est bien mieux adapté aux micropaiements. Les frais sur les transactions régulières rendent difficile l’envoi de petits montants sur la chaîne principale. Au sein du canal, cependant, vous êtes libre d’envoyer gratuitement une fraction de Bitcoin.

Les micropaiements conviennent à de nombreux cas d’utilisation. Certains pensent qu’ils pourraient constituer un remplacement viable des modèles basés sur un abonnement, dans lesquels les utilisateurs paient de petites sommes à chaque fois qu’ils utilisent un service.

Intimité

Un avantage secondaire du Lightning Network est qu’il peut offrir aux utilisateurs un haut degré de confidentialité. Les partis n’ont pas besoin de faire connaître leurs chaînes au réseau plus large. S’il est possible de regarder la blockchain et de dire « cette transaction a ouvert un canal », vous ne pourrez pas savoir ce qui s’y passe. Si les participants choisissent de rendre leur chaîne privée, eux seuls sauront quelles transactions ont lieu.

Si Alice a un canal avec Bob et que Bob a un canal avec Carol, Alice et Carol peuvent s'envoyer des paiements via Bob. Si Dan est connecté à Carol, Alice peut lui envoyer des paiements. Vous pouvez imaginer que cela se transforme en un réseau complexe de canaux de paiement interconnectés. Dans cette configuration, vous ne pouvez pas être sûr à qui Alice a envoyé des fonds lorsque le canal est fermé.

Comment fonctionne le réseau Lightning ?

Nous avons déjà expliqué comment le réseau Lightning s'appuie sur les canaux inter-nœuds à un niveau élevé. Voyons maintenant les détails.

Adresses multisig

Une adresse multisig (ou multisignature) est une adresse que plusieurs clés privées peuvent utiliser. Lorsque vous en créez une, vous spécifiez combien de clés privées peuvent dépenser des fonds et combien de ces clés sont nécessaires pour signer une transaction. Par exemple, un schéma 1 sur 5 signifie que cinq clés peuvent produire une signature valide et qu’une seule est nécessaire. Un schéma 2 sur 3 indiquerait que, sur les trois clés possibles, deux sont nécessaires pour dépenser les fonds.

Pour initialiser un canal sur le Lightning Network, les participants bloquent les fonds selon un schéma 2 sur 2. Il n’existe que deux clés privées capables de signer et les deux sont nécessaires pour déplacer des pièces. Ramenons cette fois nos amis Alice et Bob. Ils se feront beaucoup de paiements au cours des prochains mois, ils décident donc d'ouvrir une chaîne sur le Lightning Network.

Cela commence par le dépôt tous les deux, disons, de 3 BTC chacun dans l'adresse multisig détenue conjointement. Il convient de noter que Bob ne peut pas déplacer les fonds hors de l'adresse sans le consentement d'Alice, et vice versa.

Désormais, ils pourraient simplement conserver une feuille de papier qui ajuste les balances de chaque côté. Les deux ont un solde de départ de 3 BTC. Si Alice souhaite effectuer un paiement de 1 BTC à Bob, pourquoi ne pas simplement noter qu'Alice a désormais 2 BTC et Bob 4 BTC ? Les soldes pouvaient être suivis de cette façon jusqu'à ce qu'ils décident de déplacer des fonds.

C'est possible, mais où est le plaisir là-dedans ? Plus important encore, cela ne rend-il pas extrêmement facile pour quelqu'un de ne pas coopérer ? Si Alice se retrouve avec 6 BTC et Bob aucun, Bob ne perd rien en refusant de débloquer les fonds (sauf peut-être son amitié avec Alice).

Contrats de bloc de temps de hachage (HTLC)

Le système ci-dessus est fastidieux et n'offre pas beaucoup d'avantages par rapport aux systèmes de confiance actuels. Cela devient beaucoup plus intéressant lorsque nous introduisons un mécanisme qui fait respecter le « contrat » entre Alice et Bob. Si une partie décide de ne pas suivre les règles, l’autre a toujours un recours pour obtenir ses fonds auprès du canal.

Ce mécanisme est appelé Hash Block Time Contract (ou HTLC). Le terme peut paraître effrayant, mais le concept est assez simple à comprendre. Il combine deux autres technologies (hashlocks et timelocks) pour remédier à tout comportement non coopératif dans les canaux de paiement.

Un hashlock est une condition imposée à une transaction qui stipule que vous ne pouvez dépenser les fonds qu'en prouvant que vous connaissez un secret. L'expéditeur « hache » une donnée et inclut le hachage dans la transaction pour le destinataire. La seule façon pour le destinataire de dépenser les fonds est de fournir les données originales (le secret) qui correspondent au hachage. Et la seule façon de fournir ces données est si l’expéditeur les fournit.

Un timelock est une condition qui vous empêche de dépenser des fonds avant une certaine heure. Il est spécifié en temps réel ou en hauteur de bloc spécifique.

Les HTLC sont créés en combinant des hashlocks et des timelocks. En pratique, ils peuvent être utilisés pour créer des paiements conditionnels : le destinataire doit fournir un secret avant un certain délai, ou l'expéditeur peut récupérer les fonds. Cette partie suivante est probablement mieux expliquée avec un exemple, revenons donc à Alice et Bob.

Ouverture et fermeture des canaux

Nous avons donné l'exemple d'Alice et Bob qui viennent de créer des transactions qui financent l'adresse multisig qu'ils partageront. Mais ces transactions n’ont pas encore été publiées sur la blockchain ! Nous devons d’abord faire encore une chose.

Trois pièces de Bob et trois pièces d'Alice.

N'oubliez pas que la seule façon pour ces pièces de quitter le multisig est si Alice et Bob signent conjointement une transaction. Si Alice voulait envoyer les six pièces à une adresse externe, elle aurait besoin de l'approbation de Bob. Elle établirait d'abord une transaction ( six bitcoins à cette adresse ) et ajoutez votre propre signature.

Elle pourrait tenter de transmettre la transaction immédiatement, mais celle-ci serait invalide car Bob n'a pas encore apposé sa signature. Alice doit d'abord lui remettre la transaction incomplète. Une fois qu'il a ajouté sa signature, celle-ci devient valide.

Nous n'avons toujours pas mis en place un mécanisme permettant à tout le monde de jouer honnêtement. Comme nous l’avons déjà dit, si la contrepartie refuse de coopérer, vos fonds sont effectivement bloqués. Passons au mécanisme qui empêche cela. Il y a quelques pièces mobiles différentes, alors soyez indulgents avec nous.

Chaque groupe doit créer un secret – appelons-les A et B. Ce seraient de terribles secrets si Alice et Bob les révélaient, ils les garderont donc cachés pour le moment. La paire générera les hachages respectifs des secrets – h(As) et h(Bs). Ainsi, au lieu de partager leurs secrets, ils partagent ces hachages entre eux.

Alice et Bob partagent les hachages de leurs secrets.

Alice et Bob doivent également créer un ensemble de transactions d'engagement avant de publier leurs premières transactions à l'adresse multisig. Cela leur donnera un recours si l'autre décide de garder les fonds en otage.

Si vous pensez à un canal comme le mini grand livre que nous avons mentionné précédemment, les transactions d'engagement sont les mises à jour que vous apportez au grand livre. Chaque fois que vous créez une nouvelle paire de transactions d'engagement, vous équilibrez les fonds entre les deux participants.

La transaction d'Alice aura deux sorties : une qui paie à une adresse qu'elle possède et une autre qui sera verrouillée sur une nouvelle adresse multisig. Elle le signe et le donne à Bob.

Transaction Alice avec deux sorties – une vers sa propre adresse et une vers un nouveau multisig. Il faut encore la signature de Bob pour le rendre valide.

Bob fait de même : une sortie payée à lui-même, une payée à une autre adresse multisig. Il le signe et le donne à Alice.

Nous avons deux transactions incomplètes qui sont très similaires.

Normalement, Alice pourrait ajouter une signature à la transaction de Bob pour la rendre valide. Mais vous remarquerez que ces fonds sont dépensés à partir du multisig 2 sur 2 qui Nous n'avons pas encore financé . C'est un peu comme essayer de dépenser un chèque sur un compte qui n'a pas encore de solde. Par conséquent, ces transactions partiellement signées ne seront utilisables que lorsque le multisig fonctionnera.

Les nouvelles adresses multisig (où sont destinées les 3 sorties BTC) ont des propriétés particulières. Jetons un coup d'œil à la transaction incomplète qu'Alice a signée et remise à Bob. La sortie Multisig peut être dépensée dans les conditions suivantes :

1. Les deux parties peuvent le signer en coopération.
2. Bob peut le dépenser seul après une certaine période de temps (en raison de notre timelock).
3. Alice peut le dépenser si elle connaît le secret de Bob Bs.

Pour la transaction que Bob a donnée à Alice :

1. Les deux parties peuvent le signer en coopération.
2. Alice peut le dépenser sozinha après un certain temps.
3. Bob peut le dépenser s'il connaît le secret d'Alice As .

N'oubliez pas qu'aucune des parties ne connaît le secret de l'autre, donc 3) n'est pas encore une possibilité. Une autre chose à noter est que si vous signez une transaction, votre contrepartie peut dépenser immédiatement car il n'y a pas de conditions particulières à votre sortie. Vous pouvez attendre l'expiration du délai pour dépenser les fonds vous-même, ou vous pouvez coopérer avec l'autre partie pour les dépenser immédiatement.

D'ACCORD! Vous pouvez désormais publier des transactions à l'adresse multisig d'origine 2 sur 2. Enfin, vous pouvez le faire en toute sécurité car vous pouvez récupérer vos fonds si la contrepartie abandonne le canal.

Une fois les transactions confirmées, le canal fonctionnera. Cette première paire de transactions montre l'état actuel du mini-registre. Actuellement, il paiera 3 BTC à Bob et 3 BTC à Alice.

Lorsqu'Alice souhaite effectuer un nouveau paiement à Bob, le couple créera deux nouvelles transactions pour remplacer la première série. La procédure est la même : ils ne sont signés qu’à moitié. Cependant, Alice et Bob abandonnent d'abord leurs anciens secrets et échangent de nouveaux hachages pour la prochaine série de transactions.

Si Alice voulait payer 1 BTC à Bob, par exemple, les deux nouvelles transactions créditeraient 2 BTC à Alice et 4 BTC à Bob. De cette façon, le solde est mis à jour.

Chacune des parties peut à tout moment signer et transmettre l’une des transactions les plus récentes pour « régler » sur la blockchain. Mais celui qui fera cela devra attendre l’expiration du délai, tandis que l’autre pourra dépenser immédiatement. N'oubliez pas que si Bob signe et transmet la transaction d'Alice, elle bénéficiera désormais d'une sortie inconditionnelle.

Les deux parties peuvent convenir de fermer la chaîne ensemble (fermeture coopérative). C’est probablement le moyen le plus simple et le plus rapide de remettre vos fonds en chaîne. Cependant, même si une partie devient inactive ou refuse de coopérer, l’autre peut toujours récupérer ses fonds en attendant la fin du délai.

Comment le réseau Lightning prévient-il la fraude ?

Le Lightning Network est une solution conçue pour répondre à l'évolutivité de Bitcoin et permettre des transactions plus rapides et plus efficaces. Cependant, quel que soit le système financier, des inquiétudes subsistent quant à d’éventuelles tricheries ou attaques. Explorons comment le Lightning Network empêche la triche et maintient l'intégrité des transactions.

Prévention des attaques du réseau Lightning :

Anciennes attaques de transactions :

L'une des attaques possibles pouvant survenir est lorsqu'un participant tente de transmettre une transaction précédente avec un solde plus important. Supposons que Bob ait actuellement un solde de 1 BTC et qu'il essaie de transmettre une transaction précédente dans laquelle il disposait de plus de fonds. Bien qu'il ait la moitié de la transaction pour Alice, il lui suffit d'ajouter sa signature et de la transmettre, n'est-ce pas ?

Rien ne l’empêche de le faire, si ce n’est le fait qu’il pourrait perdre tout son équilibre. Supposons qu'il continue et transmette une ancienne transaction qui rapporte à Alice une pièce et cinq à une adresse multisig mentionnée précédemment.

Alice reçoit immédiatement sa pièce. Cependant, Bob doit attendre l'expiration de la période de verrouillage pour dépenser les fonds de l'adresse multisig. Vous vous souvenez de l'autre condition que nous avons mentionnée et qui permettrait à Alice de dépenser ces mêmes fonds immédiatement ? Elle a besoin d'un secret qu'elle n'avait pas auparavant. Elle l’a maintenant : dès que la deuxième série de transactions a été créée, Bob a dévoilé ce secret.

Pendant que Bob attend, incapable de faire quoi que ce soit en attendant l'expiration de la période de verrouillage, Alice peut déplacer ces fonds. Ce mécanisme basé sur la punition signifie qu'il est peu probable que les participants tentent de tricher, car l'autre participant aura accès à leurs pièces.

Transfert de paiements :

Le Lightning Network repose sur l’idée que les canaux peuvent être connectés, permettant ainsi des transactions plus complexes et plus larges. Sans cette capacité de routage, l’utilité du Lightning Network serait limitée. Après tout, investiriez-vous une somme considérable dans une chaîne avec un café juste pour acheter votre café quotidien pour les prochains mois ?

Vous n'avez pas besoin de faire ça. Si Alice ouvre un canal avec Bob et que Bob en a déjà un avec Carol, Bob peut acheminer les paiements entre les deux canaux. Cela peut fonctionner via plusieurs « sauts », ce qui signifie qu'Alice peut effectivement payer toute personne pour laquelle il existe un chemin.

Limites du réseau Lightning :

Cependant, le Lightning Network a ses propres limites qui peuvent affecter son efficacité.

Convivialité :

Bien que le Lightning Network soit une solution prometteuse, sa convivialité reste un défi. La configuration de clients et l’ouverture de canaux peuvent être un processus long et complexe pour les nouveaux utilisateurs. De plus, la nécessité de comprendre des termes tels que « capacité d’entrée/sortie » peut être intimidante pour les débutants.

Liquidité:

Une critique importante du Lightning Network est sa restriction sur liquidité. Vous ne pouvez pas dépenser plus que ce que vous avez bloqué sur une chaîne. Si vous dépensez tous vos fonds de telle sorte que le solde distant contient tous les fonds de la chaîne, vous devrez fermer la chaîne. Alternativement, vous pouvez attendre que quelqu’un vous paie, mais ce n’est pas idéal.

Vos options de routage peuvent également être limitées par la capacité totale du canal. Cela peut considérablement limiter le montant des fonds pouvant être transmis via les canaux Lightning Network, affectant ainsi sa convivialité.

Conclusion:

Bien que le Lightning Network offre des solutions innovantes aux défis d'évolutivité du Bitcoin, il est également confronté à des limites et à des problèmes d'utilisabilité. Si ces limitations sont résolues avec succès, le Lightning Network pourrait devenir un élément crucial de l’écosystème Bitcoin, améliorant considérablement l’évolutivité et la vitesse des transactions. À mesure qu’il continue d’évoluer, le Lightning Network promet d’améliorer encore l’efficacité des transactions dans le monde des crypto-monnaies.