Paiements en bitcoins : Qu’est-ce que le réseau Lightning ?

Principaux enseignements :

• Introduit pour la première fois en 2016, le Lightning Network est un protocole de paiement de niveau 2 construit au-dessus de la blockchain Bitcoin. Il permet des paiements quasi-instantanés en utilisant la fonctionnalité native de contrat intelligent de Bitcoin.
• Le Lightning Network est composé de plusieurs canaux de paiement bidirectionnels qui traitent les transactions parallèlement à la blockchain principale.
• Il vise à résoudre les problèmes de mise à l’échelle de Bitcoin, tels que le long temps de création des blocs, le débit limité et les frais de transaction élevés.

Acheter du café avec des bitcoins ? Le problème de l’évolutivité de Bitcoin

Le livre blanc de Satoshi Nakamoto sur le bitcoin, publié en 2008, envisageait un “système de paiement électronique de pair à pair”, c’est-à-dire un système de paiement numérique décentralisé et sans confiance. Toutefois, pour que Bitcoin puisse réaliser pleinement cette vision, il doit surmonter certains inconvénients et limitations.

Imaginez une personne essayant d’acheter une tasse de café en bitcoins à l’heure de pointe, alors qu’elle est coincée dans une longue file d’attente. Cet exemple pratique soulève immédiatement deux questions :

Tout d’abord, l’achat et la confirmation du paiement peuvent prendre entre 10 minutes et une heure (en fonction du nombre de confirmations requises par le café).

Deuxièmement, les frais de transaction peuvent être proches ou même supérieurs au coût du café lui-même. Il n’existe aucun moyen de garantir un traitement rapide et bon marché des transactions de ce type avec Bitcoin, et ce type d’incertitude peut en faire une option peu attrayante en tant que méthode de paiement.

Les limites du bitcoin en tant que système de paiement sont les suivantes :

Temps de création des blocs relativement long.

Pour qu’une transaction soit ajoutée à un bloc de la blockchain, elle doit être validée par le processus de minage. La validation par les mineurs est essentielle à la nature décentralisée et sécurisée du bitcoin, mais cela signifie également que les transactions ne sont pas instantanées et qu’il faut un temps considérable pour qu’elles soient confirmées comme réussies. En fait, un nouveau bloc est extrait en environ 10 minutes (en moyenne, au moment de la rédaction).

Capacité de traitement limitée.

À titre de comparaison, un géant du paiement tel que Visa peut prendre en charge environ 24,000 transactions par seconde (tps) sur son réseau, tandis que les la blockchain Bitcoin ne peut gérer que 7 tps (au moment de la rédaction de ce document). En tant que réseau de paiement, le débit de Bitcoin est bien trop faible pour gérer de tels volumes de transactions, ce qui peut constituer un obstacle important à une utilisation généralisée.

Frais de transaction disproportionnés pour les petits paiements.

Les frais de transaction du bitcoin ont culminé à plus de 60 USD en avril 2021. Bien que ce montant puisse sembler insignifiant pour certains, si les commerçants décident d’accepter le paiement en bitcoins, les coûts de transaction devront être considérablement réduits pour être considérés comme viables, en particulier pour les petits achats.

C’est pour cela que le Lightning Network a été créé : Il permet au bitcoin de fonctionner davantage comme de l'”argent numérique”, tel qu’il avait été envisagé à l’origine. En permettant aux transactions – comme les petits paiements pour acheter une tasse de café – de contourner le réseau principal, le Lightning Network peut traiter à grande échelle des transactions quasi-instantanées et de gros volumes dans son réseau, tout en continuant à profiter de la nature décentralisée et sécurisée du réseau Bitcoin.

Pour en savoir plus sur le problème d’évolutivité de Bitcoin et sur l’état du Lightning Network, consultez le rapport détaillé et approfondi de Crypto.com Research. de Crypto.com Research.

Qu’est-ce que le réseau Bitcoin Lightning ?

En termes simples, le réseau Lightning est un réseau de couche 2 protocole de paiement construit sur la blockchain Bitcoin qui permet des paiements quasi-instantanés pour les participants via des canaux de paiement.

Le Lightning Network a été conçu comme une solution d’évolutivité pour Bitcoin : afin de réduire l’encombrement du réseau Bitcoin, il utilise des canaux de paiement pour traiter les micropaiements Bitcoin en dehors de la chaîne. Ces canaux de paiement constituent la couche.

Un canal de paiement est un réseau hors chaîne qui fonctionne parallèlement à la blockchain principale. L’idée est d’établir un canal entre deux parties qui souhaitent effectuer une transaction, où la transaction effectuée dans ce canal de paiement contourne fondamentalement la blockchain principale. Cela permet d’effectuer plusieurs transactions sans avoir à obtenir un consensus global et une confirmation sur le réseau principal (comme le réseau Bitcoin). Par conséquent, les transactions sont presque instantanées et les frais sont extrêmement faibles.

Les utilisateurs d’un canal de paiement peuvent effectuer un nombre illimité de transactions et ces canaux peuvent fonctionner aussi longtemps que nécessaire. Les seules fois où un canal de paiement touche le réseau principal, c’est lors de son ouverture et de sa fermeture. Lorsqu’un canal est fermé, le dernier “état” des participants – une transaction hors chaîne qui sert de “signature” de la part des deux parties et qui atteste que les informations contenues dans le canal sont correctes – est consolidé en une seule transaction, qui est ensuite diffusée sur le réseau principal.

En savoir plus sur la mise à l’échelle des solutions blockchain.

Brève histoire de Bitcoin et du Lightning Network

2016 : Le concept du Lightning Network a été proposé pour la première fois par Joseph Poon et Thaddeus Dryja, qui ont fondé Lightning Labs pour développer le réseau.

2017 : Segregated Witness(SegWit), une mise à jour du protocole pour Bitcoin, a été lancée et considérée comme une étape clé dans la mise en œuvre complète du Lightning Network en tant que solution de couche 2. L’année a également vu le premier paiement Lightning sur Litecoin, ce qui démontre son potentiel en dehors du réseau Bitcoin.

2018 : Après une phase de test bêta, le Lightning Network est finalement devenu opérationnel sur le réseau principal de Bitcoin.

Comment fonctionne le réseau Lightning ?

Le Lightning Network s’appuie sur un réseau de nœuds pour fonctionner, et il y a environ 16 000 nœuds Lightning actifs à l’heure où nous écrivons ces lignes. La principale différence entre Lightning et Bitcoin est qu’un consensus global n’est pas nécessaire et que les nœuds effectuent des transactions entre eux en privé. Pour effectuer des transferts et des paiements dans le réseau, les nœuds Lightning utilisent des canaux.

Étape 1 : Ouverture d’un canal Lightning

Supposons qu’Alice veuille payer Bob en bitcoins. Pour établir un canal de paiement, Alice ou Bob (ou les deux) doivent déposer des bitcoins dans un portefeuille multisignature 2 sur 2 (multisig). Cela crée une “transaction de financement” sur la chaîne qui est enregistrée sur le réseau principal ; les fonds sont bloqués dans cette adresse multisig détenue conjointement. Le montant versé par les deux parties est indiqué sur le canal d’ouverture “état”. Ils peuvent ensuite effectuer des transactions immédiatement après la confirmation de cette première opération d’ouverture.

Étape 2 : Transactions dans le canal Lightning

Maintenant que le financement est disponible, Alice peut envoyer le paiement à Bob. Le Lightning Network utilise des canaux de paiement bidirectionnels pour faciliter les transferts, ce qui signifie que Bob peut également envoyer des fonds à Alice par le même canal s’il le souhaite.

Toutes les transactions entre Alice et Bob sont exécutées par des contrats intelligents et réalisées hors chaîne, avec des frais peu élevés, à condition que chacun signe chaque transaction (sinon, la transaction peut ne pas aboutir). Il est conçu de manière à ce que chaque partie détienne une clé privée, et la redistribution des fonds dans le canal ne peut se faire que si les deux parties sont confirmées. Pour chaque transaction effectuée, le solde de la chaîne est également mis à jour en dehors de la chaîne.

Dans l’exemple ci-dessus, Alice et Bob ont déposé chacun 1 bitcoin lors de l’ouverture d’un canal. Trois transactions ont eu lieu en dehors de la chaîne : 1) Alice transfère 0,25 BTC à Bob, 2) Alice transfère encore 0,25 BTC à Bob, et 3) Bob renvoie 1 BTC à Alice. Lors de la fermeture du canal, la transaction de clôture tient compte de ces transactions antérieures et est mise à jour avec le solde de chaque partie : 1,5 BTC pour Alice et 0,5 BTC pour Bob.

Étape 3 : Fermeture du canal Lightning

Tout comme la transaction de financement initiale pour ouvrir un canal, la fermeture d’un canal Lightning est également une transaction sur la chaîne. L’une des parties peut prendre l’initiative de fermer le canal, mais les deux parties doivent se mettre d’accord, après quoi les fonds sont renvoyés vers leurs portefeuilles respectifs. Une fois que le canal a été fermé avec succès, une transaction unique, qui représente le solde entre les parties, est diffusée sur la chaîne.

Acheminement et transactions multipartites

La conception multisig et smart contract du Lightning Network garantit que le réseau fonctionne de manière indépendante sans risque de contrepartie, ce qui est pratique pour les transactions multipartites. Par exemple, Alice peut ouvrir un canal avec Bob, qui se trouve avoir un canal avec Carol, qui en a également un avec Dave. Que se passe-t-il si Alice veut envoyer des fonds à Dave, mais qu’ils ne sont pas directement connectés ? Dans ce cas, le paiement sera acheminé via Bob et Carol, en les utilisant comme “sauts”.

Si les deux parties ont déjà mis en place leur propre canal de paiement, elles peuvent laisser le réseau décider de la manière dont le paiement sera acheminé jusqu’au destinataire. Pour ce faire, le réseau Lightning utilise une combinaison de protocoles de routage à la source et de routage en oignon . Le routage à la source permet aux nœuds de contrôler entièrement leur itinéraire de paiement ; le routage en oignon permet à un nœud de choisir un chemin optimal. pour garantir le chemin le plus court et des frais réduits lorsque chaque saut est crypté.

Contrats de verrouillage temporel haché

Tout cela est réalisé en toute sécurité à l’aide d’un contrat de verrouillage temporel haché(HTLC). En termes simples, un HTLC sert de contrat intelligent qui permet au destinataire de recevoir les fonds une fois que certaines conditions sont remplies au cours d’une période de temps (ou hauteur de bloc). Pour illustrer ce principe, prenons l’exemple d’Alice et voyons comment se déroule une transaction avec Dave (voir le diagramme ci-dessous). Dans ce scénario, Alice veut envoyer 1 BTC à Dave, avec un délai de remboursement de 10 blocs. Le nœud d’Alice décide du chemin le plus optimal et calcule les frais (par exemple, 0,002 BTC pour envoyer 1 BTC).

Transactions multipartites : Un exemple

1. Dave crée un “secret” (R) qu’il est le seul à connaître et exécute une fonction de hachage pour générer un hachage (H), qui est ensuite envoyé à Alice.

2. Alice met en place une HTLC, qui doit remplir des conditions prédéfinies pour débloquer les fonds. Dans ce cas, Alice promet de payer à Bob 1,002 BTC s’il réussit à fournir le secret (R) dans les 10 blocs suivants. Dans le cas contraire, le paiement est transféré à Alice.

3. Bob ne connaît pas le secret (R) pour réclamer les 1,002 BTC bloqués par Alice, il met donc en place un HTLC pour engager 1,001 BTC auprès de quelqu’un sur la route (dans ce cas, Carol) qui connaît le secret pour résoudre le hachage “H”. Dans ce HTLC, Carole reçoit 1,001 BTC si elle fournit (R) dans les neuf blocs suivants ; sinon, les fonds sont renvoyés à Bob.

4. De la même manière, Carol crée un HTLC avec Dave, qui reçoit 1 BTC s’il fournit (R) dans les huit blocs suivants ; sinon, les fonds sont renvoyés à Carol.

5. À ce stade, Dave connaît le secret “R” pour résoudre le Hash “H”, il peut donc déverrouiller le HTLC pour obtenir le paiement de 1 BTC de Carol. Dès que Dave utilise le secret pour recevoir les fonds, le secret devient également accessible à Carole.

6. Carol, ayant reçu le secret, déverrouille les 1,001 BTC envoyés par Bob et, ce faisant, lui révèle le secret.

7. Enfin, Bob utilise le secret pour obtenir 1,002 BTC à partir du canal entre lui et Alice.

Pourquoi les contrats de verrouillage temporel hachés sont-ils cruciaux ?

Les HTLC sont essentiels au fonctionnement du réseau Lightning car ils 1) mettre en place un système sans confiance dans le réseau en s’assurant que certaines conditions d’une transaction sont remplies, et 2) faciliter en toute sécurité les transactions “multi-sauts”. Pour Alice, cela signifie qu’elle n’a pas besoin de faire confiance à Bob et Carol en tant qu’intermédiaires – le protocole fait le travail en son nom, en veillant à ce que Dave reçoive les jetons en toute sécurité ; dans le cas contraire, les jetons lui sont automatiquement remboursés.

Conclusion : L’état actuel du réseau Lightning

Le réseau Lightning s’est avéré prometteur jusqu’à présent. Cependant, il n’est pas parfait.

Voici ses principaux problèmes et inconvénients:

Les questions relatives à l’acheminement des paiements peuvent être affectées par la fiabilité et la disponibilité des nœuds (par exemple, lorsque le nœud d’acheminement ne dispose pas de suffisamment de canaux ouverts vers d’autres nœuds d’acheminement de qualité pour assurer un acheminement fiable). Il existe également des défaillances d’acheminement des paiements non attribuées, où les parties peuvent finir par utiliser des nœuds défectueux sans même savoir qu’il y a un problème avec eux.

Une liquidité insuffisante, ou un manque de fonds, de la part des canaux d’un itinéraire peut entraîner l’échec des paiements dans ce canal. C’est notamment le cas pour les transactions importantes.

Il existe des vulnérabilités critiques et d’autres menaces pour la sécurité, telles que les attaques de zombies ou les attaques de “griefing“, où un groupe malveillant congestionne un réseau et rend certains nœuds inutilisables, ce qui bloque les fonds de tous les canaux qui y sont connectés. En outre, il existe, entre autres, un risque d’attaque par double dépense (une tour de guet mal configurée dans le réseau peut permettre à des acteurs malveillants de dépenser plusieurs fois les mêmes fonds).

Malgré les défauts du Lightning Network, il convient de noter que les développements et la mise en œuvre se sont poursuivis au cours des dernières années. Début 2023, MicroStrategy a annoncé son intention de développer des solutions Lightning Network. Plus récemment, la société de paiements numériques Strike a déployé aux Philippines ses services de transfert de fonds alimentés par le réseau Lightning.

Le Lightning Network continue de se développer, avec des centaines d’entreprises, de projets et d’applications qui constituent son écosystème et des millions de dollars de capitaux alloués à cet espace. Comme la plupart des développements dans l’espace Bitcoin se font via le Lightning Network, il ne serait pas surprenant de continuer à le voir progresser dans les années à venir, et que les acteurs de l’industrie continuent à faire avancer la technologie.

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