Pagamenti in Bitcoin: Cos’è la rete Lightning?

La Lightning Network e il suo utilizzo per pagare con Bitcoin sono spiegati in questa guida approfondita per principianti.

Punti di forza:

• Introdotta per la prima volta nel 2016, la Lightning Network è un protocollo di pagamento di livello 2 costruito sulla blockchain di Bitcoin. Consente di effettuare pagamenti quasi istantanei utilizzando la funzionalità smart contract nativa di Bitcoin.
• La Lightning Network è composta da più canali di pagamento bidirezionali che gestiscono le transazioni parallelamente alla blockchain principale.
• Mira a risolvere i problemi di scalabilità di Bitcoin, come i lunghi tempi di creazione dei blocchi, il throughput limitato e le elevate commissioni di transazione.

Acquistare caffè con i Bitcoin? Il problema della scalabilità di Bitcoin

Il libro bianco di Satoshi Nakamoto su Bitcoin, pubblicato nel 2008, prevedeva un “sistema di contanti elettronici peer-to-peer”, un sistema di pagamento digitale decentralizzato e privo di fiducia. Tuttavia, affinché il Bitcoin possa realizzare appieno questa visione, ci sono alcuni svantaggi e limiti che deve superare.

Immaginate qualcuno che cerca di comprare una tazza di caffè con Bitcoin durante l’ora di punta mentre è bloccato in una lunga coda. Questo esempio pratico crea immediatamente due problemi:

In primo luogo, possono essere necessari da 10 minuti a un’ora solo per l’acquisto e la conferma del pagamento (a seconda del numero di conferme richieste dalla caffetteria).

In secondo luogo, la commissione di transazione potrebbe essere vicina o addirittura superiore al costo del caffè stesso. Non c’è modo di garantire un’elaborazione rapida ed economica di transazioni come questa con il Bitcoin, e questo tipo di incertezza può renderlo un’opzione tutt’altro che attraente come metodo di pagamento.

I limiti del Bitcoin come sistema di pagamento includono:

Tempo di creazione dei blocchi relativamente lungo.

Per essere aggiunta a un blocco della blockchain, una transazione deve essere convalidata attraverso il processo di mining. La convalida dei minatori è fondamentale per la natura decentralizzata e sicura di Bitcoin, ma ciò significa anche che le transazioni non sono istantanee e richiedono un tempo considerevole per essere confermate. Infatti, un nuovo blocco viene estratto in circa 10 minuti (in media, al momento in cui scriviamo).

Capacità di produzione limitata.

Per fare un confronto, un grande colosso dei pagamenti come Visa può supportare circa 24,000 transazioni al secondo (tps) sulla sua rete, mentre la blockchain Bitcoin può gestire solo fino a 7 tps (al momento in cui scriviamo). Come rete di pagamento, il throughput di Bitcoin è troppo basso per gestire quantità così elevate di transazioni, il che può costituire un ostacolo significativo all’utilizzo diffuso.

Commissioni di transazione sproporzionatamente elevate per i piccoli pagamenti.

Le commissioni per le transazioni in Bitcoin hanno raggiunto un picco di oltre 60 dollari nell’aprile 2021. Anche se ad alcuni potrebbe non sembrare un importo significativo, se i commercianti decidono di accettare Bitcoin come pagamento, i costi delle transazioni dovranno essere significativamente più bassi per essere considerati sostenibili, soprattutto per i piccoli acquisti.

È per questo che è stata creata la rete Lightning: Permette a Bitcoin di funzionare più come un “contante digitale”, come era stato originariamente previsto. Consentendo alle transazioni – come i piccoli pagamenti per comprare una tazza di caffè – di bypassare la rete principale, la Lightning Network può elaborare transazioni quasi istantanee e ad alto volume nella sua rete su scala, sfruttando comunque la natura decentralizzata e sicura della rete Bitcoin.

Per saperne di più sul problema della scalabilità di Bitcoin e sullo stato della Lightning Network, leggete il rapporto approfondito e dettagliato di Crypto.com Research. rapporto .

Che cos’è la Bitcoin Lightning Network?

In poche parole, la rete Lightning è un Strato-2 di pagamento costruito sulla blockchain di Bitcoin che consente ai partecipanti di effettuare pagamenti quasi istantanei attraverso i canali di pagamento.

Lightning Network è stato progettato come soluzione di scalabilità per Bitcoin: nel tentativo di ridurre la congestione della rete Bitcoin, utilizza canali di pagamento per gestire i micropagamenti Bitcoin fuori dalla catena. Questi canali di pagamento sono quelli che compongono lo strato.

Un canale di pagamento è una rete off-chain che funziona parallelamente alla blockchain principale. L’idea è quella di stabilire un canale tra due parti che vogliono effettuare una transazione, dove la transazione effettuata in quel canale di pagamento bypassa sostanzialmente la blockchain principale. In questo modo è possibile condurre transazioni multiple senza avere il consenso e la conferma globali sulla rete principale (come la rete Bitcoin). Di conseguenza, le transazioni sono quasi istantanee e le commissioni sono estremamente basse.

Gli utenti di un canale di pagamento possono effettuare un numero qualsiasi di transazioni e questi canali possono operare per tutto il tempo necessario. Gli unici momenti in cui un canale di pagamento tocca la mainnet sono l’apertura e la chiusura. Quando un canale viene chiuso, l’ultimo “stato” dei partecipanti – una transazione fuori dalla catena che serve come “firma” da parte di entrambe le parti che concordano sulla correttezza delle informazioni nel canale – viene consolidato in una singola transazione, che viene poi trasmessa alla mainnet.

Per saperne di più su scalare le soluzioni blockchain .

Breve storia di Bitcoin e della rete Lightning

2016: Il concetto di Lightning Network è stato proposto per la prima volta da Joseph Poon e Thaddeus Dryja, che hanno fondato Lightning Labs per sviluppare la rete.

2017: Viene lanciato Segregated Witness(SegWit), un aggiornamento del protocollo per Bitcoin, considerato una pietra miliare fondamentale per abilitare completamente la Lightning Network come soluzione Layer-2. L’anno ha visto anche il primo pagamento Lightning su Litecoin, che dimostra il suo potenziale al di fuori della rete Bitcoin.

2018: Dopo aver attraversato una fase di beta testing, la Lightning Network è stata infine resa operativa sulla mainnet di Bitcoin.

Come funziona la rete Lightning?

La rete Lightning si basa su una rete di nodi per funzionare, e al momento in cui scriviamo ci sono circa 16.000 nodi Lightning attivi. La differenza principale di Lightning rispetto a Bitcoin è che non è richiesto il consenso globale, ma i nodi effettuano transazioni private. Per eseguire trasferimenti e pagamenti nella rete, i nodi Lightning utilizzano i canali.

Passo 1: apertura di un canale Lightning

Supponiamo che Alice voglia pagare Bob con Bitcoin. Per stabilire un canale di pagamento, Alice o Bob (o entrambi) devono depositare Bitcoin in un portafoglio a 2 firme su 2(multisig). Questo crea una “transazione di finanziamento” sulla catena che viene registrata sulla mainnet; i fondi sono bloccati in questo indirizzo multisig di proprietà comune. L’importo contribuito da entrambe le parti è indicato nel canale di apertura “stato”. Una volta confermata la transazione iniziale di apertura, possono effettuare immediatamente il trading.

Passo 2: transazione nel canale Lightning

Ora che il finanziamento è disponibile, Alice può inviare il pagamento a Bob. La rete Lightning utilizza canali di pagamento bidirezionali per facilitare i trasferimenti, il che significa che Bob può anche inviare fondi ad Alice nello stesso canale, se lo desidera.

Tutte le transazioni tra Alice e Bob sono eseguite da contratti intelligenti ed effettuate fuori dalla catena, con commissioni ridotte, a condizione che ciascuno firmi ogni transazione (altrimenti, la transazione potrebbe non andare a buon fine). È progettato in modo che ogni parte detenga una chiave privata e la ridistribuzione dei fondi nel canale può essere effettuata solo se entrambe le parti sono confermate. Per ogni transazione effettuata, il saldo del canale si aggiorna anche fuori dalla catena.

Utilizzando l’esempio precedente, sia Alice che Bob hanno depositato 1 Bitcoin ciascuno all’apertura del canale. Ci sono state tre transazioni avvenute fuori dalla catena: 1) Alice trasferisce 0,25 BTC a Bob, 2) Alice trasferisce altri 0,25 BTC a Bob, e 3) Bob invia 1 BTC ad Alice. Al momento della chiusura del canale, la transazione di chiusura tiene conto di queste transazioni precedenti e viene aggiornata con il saldo in sospeso di ciascuna parte: 1,5 BTC per Alice e 0,5 BTC per Bob.

Passo 3: Chiusura del canale Lightning

Come la transazione di finanziamento iniziale per aprire un canale, anche la chiusura di un canale Lightning è una transazione on-chain. Una parte può decidere di chiudere il canale, ma entrambe le parti devono essere d’accordo, dopodiché i fondi vengono rimandati ai rispettivi portafogli. Una volta che il canale è stato chiuso con successo, una singola transazione, che rappresenta il saldo tra le parti, viene trasmessa sulla catena.

Instradamento e transazioni multiparte

Il design multisig e smart contract di Lightning Network assicura che la rete funzioni in modo indipendente senza rischio di controparte, il che è utile per le transazioni tra più parti. Ad esempio, Alice può aprire un canale con Bob, che ha un canale con Carol, che ha anche un canale con Dave. Cosa succede se Alice vuole inviare fondi a Dave, ma i due non sono direttamente collegati? In questo caso, il pagamento verrà instradato attraverso Bob e Carol, utilizzandoli come “hop”.

Se due parti hanno già un proprio canale di pagamento, possono lasciare che sia la rete a decidere come instradare il pagamento al destinatario. Lightning Network utilizza una combinazione di protocolli di instradamento alla fonte e di instradamento a cipolla per rendere questo possibile. L’instradamento alla fonte consente ai nodi di avere il pieno controllo sul loro percorso di pagamento; l’instradamento a cipolla consente a un nodo di scegliere un percorso ottimale per garantire il percorso più breve e tariffe più basse quando ogni hop è criptato.

Contratti Hashed Timelock

Tutto ciò avviene in modo sicuro con l’aiuto di un contratto hashed timelock(HTLC). In parole povere, un HTLC funge da smart contract che consente al destinatario di ricevere i fondi una volta soddisfatte determinate condizioni entro un periodo di tempo (o altezza del blocco). Per vedere come funziona, utilizziamo Alice come esempio e vediamo come avviene una transazione con Dave (vedi diagramma seguente). In questo scenario, Alice vuole inviare 1 BTC a Dave, con un timeout di rimborso di 10 blocchi. Il nodo di Alice decide il percorso ottimale e calcola le tariffe (ad esempio, 0,002 BTC per inviare 1 BTC).

Transazioni tra più parti: Un esempio

1. Dave crea un “segreto” (R) che conosce solo lui, ed esegue una funzione di hash su di esso per generare un hash (H), che viene poi inviato ad Alice.

2. Alice crea un HTLC, che deve soddisfare condizioni predefinite per rilasciare i fondi. In questo caso, Alice promette di pagare a Bob 1,002 BTC se riuscirà a fornire il segreto (R) entro i prossimi 10 blocchi. In caso contrario, il pagamento viene ritrasferito ad Alice.

3. Bob non conosce il segreto (R) per rivendicare gli 1,002 BTC bloccati da Alice, quindi imposta un HTLC per impegnare 1,001 BTC a qualcuno sul percorso (in questo caso, Carol) che conosce il segreto per risolvere l’hash “H”. In questo HTLC, Carol viene pagata 1,001 BTC se fornisce (R) entro i nove blocchi successivi; altrimenti, i fondi vengono rimandati a Bob.

4. Allo stesso modo, Carol crea un HTLC con Dave, che viene pagato 1 BTC se fornisce (R) entro gli otto blocchi successivi; altrimenti, i fondi vengono rimandati a Carol.

5. A questo punto, Dave conosce il segreto “R” per risolvere l’Hash “H”, quindi può sbloccare l’HTLC per ottenere il pagamento di 1 BTC da Carol. Non appena Dave utilizza il segreto per ricevere i fondi, il segreto diventa disponibile anche per Carol.

6. Carol, avendo ricevuto il segreto, sblocca i 1,001 BTC inviati da Bob e, così facendo, gli rivela il segreto.

7. Infine, Bob utilizza il segreto per ottenere 1,002 BTC dal canale tra lui e Alice.

Perché i contratti Hashed Timelock sono fondamentali

Gli HTLC sono fondamentali per il funzionamento della rete Lightning in quanto 1) abilitare un sistema senza fiducia nella rete, garantendo il rispetto di determinate condizioni in una transazione, e 2) facilitare in modo sicuro le transazioni “multi-hop”. Per Alice, questo significa che non deve fidarsi di Bob e Carol come intermediari: il protocollo fa il lavoro per suo conto, assicurando che Dave riceva i token in modo sicuro; in caso contrario, i token le vengono automaticamente restituiti.

Conclusione: Lo stato della rete Lightning oggi

La rete Lightning si è dimostrata promettente fino ad oggi. Tuttavia, non è perfetto.

Ecco i suoi principali problemi e svantaggi:

Le questioni relative all’instradamento dei pagamenti possono essere influenzate dall’affidabilità e dalla disponibilità dei nodi (ad esempio, quando il nodo di instradamento non ha abbastanza canali aperti verso altri nodi di instradamento validi per un instradamento affidabile). C’è anche il fallimento del routing dei pagamenti non attribuito, in cui le parti possono finire per utilizzare i nodi difettosi senza nemmeno essere consapevoli del problema.

L’insufficiente liquidità del percorso, o la mancanza di fondi, da parte dei canali di un percorso può causare il fallimento dei pagamenti in quel canale. Questo può essere il caso soprattutto delle transazioni più grandi.

Esistono vulnerabilità critiche e altre minacce alla sicurezza, come gli attacchi zombie o gli attacchi di griefing, in cui un gruppo malintenzionato congestiona una rete e rende inutilizzabili alcuni nodi, bloccando i fondi di tutti i canali ad essa collegati. Inoltre, tra le altre cose, esiste il potenziale per un attacco double-spend (una torre di controllo mal configurata nella rete può consentire ad attori malintenzionati di spendere gli stessi fondi più volte).

Nonostante i difetti della Lightning Network, vale la pena notare che gli sviluppi e l’implementazione negli ultimi anni sono stati continui. All’inizio del 2023, MicroStrategy ha annunciato l’intenzione di sviluppare soluzioni Lightning Network. Più recentemente, la società di pagamenti digitali Strike ha lanciato nelle Filippine i suoi servizi di rimesse alimentati dalla Lightning Network.

La Lightning Network continua a crescere, con centinaia di aziende, progetti e applicazioni che costituiscono il suo ecosistema e milioni di dollari di capitale allocati nello spazio. Poiché la maggior parte degli sviluppi nello spazio Bitcoin avviene attraverso la Lightning Network, non sarebbe sorprendente continuare a vederla progredire nei prossimi anni e che gli operatori del settore continuino a spingere la tecnologia in avanti.

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