Réseau Lightning : Des micropaiements pour faire évoluer la blockchain Bitcoin

Le Lightning Network s'est imposé comme une couche transformatrice construite sur Bitcoin, promettant de rendre les transactions plus rapides, moins coûteuses et plus évolutives. Il crée des canaux entre les utilisateurs, leur permettant d'effectuer des transactions via des connexions partagées, à l'image des relations entre amis d'amis. Si les subtilités techniques peuvent être difficiles à expliquer, l'essentiel réside dans la création et la gestion de ces canaux. Dans cette étude de Trakx, nous allons examiner comment le Lightning Network pourrait déboucher sur un réseau plus décentralisé et plus efficace.

Le grand schisme du bitcoin en 2017

Au cours de l'été 2017, Bitcoin (BTC) a grimpé en flèche pour atteindre le chiffre, alors astronomique, de $3 000. Cependant, la communauté Bitcoin s’est retrouvée à la croisée des chemins, déchirée par un problème de longue date : la limitation de la taille des blocs de la blockchain. Satoshi Nakamoto avait fixé la taille des blocs à 1 Mo, une décision qui s’est transformée en goulot d’étranglement lorsque les transactions ont explosé pendant l’ascension fulgurante du Bitcoin. La communauté, confrontée à un besoin d’évolutivité, s’est scindée en deux camps, chacun proposant une solution différente.

La première voie préconisait l'augmentation de la taille des blocs, d'abord à 8 Mo, puis à 32 Mo. La deuxième voie, une solution plus complexe, proposait une modification du protocole appelée Témoins séparés (SegWit). Cette modification a légèrement augmenté la limite de taille des blocs, mais a introduit une technologie révolutionnaire connue sous le nom de Lightning Network.

Les deux solutions sont valables, mais le débat s'est concentré sur la possibilité d'exclure des individus de l'exploitation d'un nœud complet en raison de l'augmentation de la taille des blocs.

Le schisme a conduit à une fourche dans le bitcoin, une divergence dans sa trajectoire. D'un côté, il y avait des blocs plus grands, et de l'autre, l'adoption de la technologie SegWit. La question s'est alors posée de savoir quelle chaîne devait légitimement porter le nom de Bitcoin. Les bourses sont intervenues pour résoudre le dilemme, en nommant la chaîne avec des blocs plus grands Bitcoin Cash et en continuant à utiliser Bitcoin pour la chaîne adoptant SegWit.

Entrer dans le réseau Lightning

Le Réseau Lightning (LN) est apparu comme une solution révolutionnaire aux défis posés par la limite de la taille des blocs de Bitcoin. Il fonctionne par l'intermédiaire de canaux, essentiellement une adresse multi-signature sur la blockchain Bitcoin où une partie dépose des BTC. Le déplacement de BTC au sein du canal nécessite deux signatures. Cette adresse gère la comptabilité par le biais de mécanismes techniques, en déterminant le solde de BTC pour chaque partie concernée. Cette comptabilité est maintenue par l'échange de transactions signées.

Il est essentiel de noter que ces transactions signées, bien qu’elles ne soient pas immédiatement enregistrées sur la blockchain, déterminent le montant de BTC dû à chaque utilisateur lorsque le canal sera finalement fermé. On peut imaginer la transaction signée comme un bout de papier indiquant : « Sur ce canal contenant 10 BTC, Joe a droit à 6 BTC et Anna à 4 BTC », et portant les signatures des deux parties. En réalité, le canal est rarement fermé, et les valeurs circulent grâce à l’échange de ces bouts de papier symboliques. Le Lightning Network assure le suivi des dettes et des crédits de chacun, et les règle lorsque le canal est fermé en enregistrant la transaction sur la blockchain.

Six degrés de séparation dans le bitcoin

Le Lightning Network introduit un nouveau concept similaire à celui du théorie des six degrés de séparation en sémiotique et en sociologie. Cette théorie postule que toute personne peut être reliée à n’importe quelle autre personne ou chose par une chaîne de connaissances et de relations, ne comptant pas plus de cinq intermédiaires. En s’appuyant sur cette théorie, le monde entier pourrait être facilement connecté et simplifié grâce à de grands nœuds de connectivité, à l’image de l’histoire d’Internet.

Concrètement, le réseau Lightning fonctionne sur la base de connexions indirectes. Les utilisateurs n'ont pas besoin d'établir des canaux directs avec tout le monde ; ils peuvent au contraire utiliser des canaux de contacts communs. La théorie s'aligne sur l'idée de canaux tiers, où un utilisateur, comme Anna, peut effectuer des transactions avec un autre utilisateur, Julia, par l'intermédiaire d'un ami commun, Joe, qui joue le rôle d'intermédiaire.

Prenons le cas où Anna doit payer 1 BTC à Julia. Elles n'ont pas de canal direct, mais toutes deux ont un ami commun, Joe, qui a des canaux pour Anna et Julia. Anna effectue son paiement par l'intermédiaire de Joe, ce qui permet d'effectuer la transaction sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une transaction bitcoin sur la chaîne.

Ce mécanisme de routage flexible et efficace illustre la puissance du Lightning Network dans la navigation des transactions indirectes, créant ainsi un réseau décentralisé et interconnecté d'échange de valeurs. Le Lightning Network continue d'évoluer et témoigne de la résilience et de l'adaptabilité de l'écosystème Bitcoin.

Plongée dans la technique : sauvegarde des canaux du réseau Lightning

Penchons-nous sur les aspects techniques pour comprendre comment s'ouvre un canal du Lightning Network. Paradoxalement, pour ouvrir un canal sans encombre, c'est une transaction de fermeture de ce canal qui est préparée. Ainsi, avant même l’ouverture du canal, le réseau sait comment le fermer. Cela permet d’éviter d’éventuelles actions frauduleuses ou des désagréments liés à des doubles signatures (risques de non-signature ou de disparition d’un signataire), qui rendraient impossible la fermeture sécurisée du canal.

Si les signataires décident de déposer 5 BTC chacun, ils échangeront une transaction de clôture qui distribuera les 10 BTC dans le canal, 5 allant à chaque partie. Lorsque les deux signataires créent et échangent cette transaction de clôture, ils procèdent à l'ouverture du canal. Cela implique que les deux signataires signent la transaction avec les BTC déposés respectifs, et le canal peut être fermé à tout moment, grâce à la transaction de clôture pré-créée.

Une nouvelle transaction de clôture est créée pour transférer de la valeur, dans laquelle l'une des parties modifie les valeurs initiales. Par exemple, si la chaîne se compose de 5 BTC pour Anna et de 5 BTC pour Joe, et qu'Anna doit payer 1 BTC à Joe, elle construit une transaction de clôture qui retourne 6 BTC à Joe et 4 BTC à Anna, signée par les deux parties.

Le défi consiste désormais pour Joe à s’assurer qu’Anna supprime la transaction de clôture initiale, celle qui clôt le canal et distribue 5 BTC à chacun. Si Anna venait à clôturer le canal avec cette transaction, Joe perdrait les BTC qu’Anna lui avait versés. Comment peut-on contraindre une personne à supprimer d’anciennes transactions signées ? En réalité, il n’existe aucun moyen direct, car une transaction est un simple fichier que les utilisateurs peuvent sauvegarder à l’infini, cacher, etc. Voyons donc comment le réseau assure la sécurité.

Il faut bien comprendre que les transactions Bitcoin peuvent comporter des conditions temporelles et pratiques. Une condition est toujours insérée dans la transaction de clôture. C’est un aspect quelque peu complexe à saisir, et ajoutons-y une autre dimension : les transactions de clôture impliquant les deux utilisateurs ne sont pas identiques ; elles diffèrent par leurs conditions.

Dans la première transaction de clôture gérée par Anna, où 5 BTC chacun seront distribués, deux conditions sont insérées : 5 BTC sont instantanément donnés à Joe, et les 5 autres sont soumis à deux conditions : ils iront à Anna dans les 24 heures, OU ils iront à Joe s'il révèle un mot-clé connu des deux. De cette manière, après une série de transactions, Anna a droit à 3 BTC et Joe à 7 BTC. Supposons qu'Anna décide d'écrire l'ancienne transaction sur la blockchain. Dans ce cas, Joe a 24 heures pour se protéger, révéler le mot-clé, activer la condition et prendre les 5 BTC restants sans que rien n'aille à Anna.

De la même manière, Joe dispose d’une transaction identique, mais dont les conditions sont inversées : Anna reçoit instantanément 5 BTC, tandis que Joe reçoit les 5 BTC au bout de 24 heures, à condition qu’Anna ne révèle pas le mot-clé. Si Joe a droit à plus de 5 BTC, il n’aura aucun intérêt à enregistrer cette transaction. Il n’y a pas lieu de s’inquiéter ; Joe et Anna n’ont pas besoin de surveiller les actions de l’autre pour intervenir dans les 24 heures. Heureusement, le protocole gère tout automatiquement.

En substance, toute personne qui tenterait de frauder sa contrepartie perdrait tous les BTC présents dans le canal, y compris ceux auxquels elle a droit. Cette astuce ingénieuse n’efface pas les anciennes transactions signées, mais décourage leur utilisation.

S'attaquer aux points critiques : Défis en matière de sécurité des réseaux d'éclairage

Cependant, il y a quelques points critiques à prendre en compte :

• Présence en ligne pour la sécurité: L'une des préoccupations majeures est que les utilisateurs doivent être en ligne pour se protéger des actions malveillantes de leurs homologues. Dans l'exemple mentionné, la fenêtre de 24 heures est une illustration, mais les parties peuvent convenir de délais différents. Il faut être vigilant, car les participants doivent être attentifs pendant la période convenue pour préserver leurs intérêts.
•  Conservation des opérations de clôture: Un autre aspect critique concerne la garde de la transaction de clôture. Si l'une des parties devait la perdre, son recours se limiterait à espérer que la contrepartie génère une nouvelle transaction. Ce scénario s'écarte du principe fondamental qui sous-tend la création de la blockchain : établir un environnement où la confiance dans les autres est minimisée.

Tout en introduisant des solutions innovantes pour évolutivité de la blockchain et la rapidité des transactions, le Lightning Network expose les utilisateurs à des défis uniques. La nécessité d'une présence en ligne et la vulnérabilité potentielle découlant de la perte de transactions finales soulignent l'importance des progrès technologiques continus et de l'éducation des utilisateurs pour garantir une expérience sûre et conviviale.

À mesure que le Lightning Network mûrit, il sera intéressant d'observer comment ces défis sont relevés, potentiellement par le développement de mécanismes plus robustes ou de solutions conviviales qui atténuent la nécessité d'une présence en ligne constante et améliorent la fiabilité globale du réseau. Le paysage évolutif des technologies de la blockchain et des crypto-monnaies connaît souvent des améliorations itératives, et le Lightning Network ne fait pas exception dans cet écosystème dynamique.

Transactions par canal de tiers dans le réseau Lightning

Voyons maintenant les aspects techniques des transactions impliquant des canaux tiers. L’affaire se complique. Imaginons un scénario dans lequel Anna doit envoyer 1 BTC à Julia, mais comme elles ne disposent pas d’un canal direct, elles font appel à un « ami » commun : un canal déjà ouvert appartenant à Joe.

Comment pouvons-nous nous assurer que l'intermédiaire (Joe) envoie bien le montant dû au destinataire ? Voyons cela ensemble.

Les transactions facilitant l’échange continuent de répondre à ces deux conditions. Cependant, la condition particulière inclut désormais un « mot de passe » soumis à un hachage cryptographique. Ce mot de passe est défini par le destinataire, chiffré à l’aide d’une fonction de hachage, puis partagé avec l’expéditeur et l’intermédiaire. Il suffit de savoir qu’il est impossible de déduire le mot de passe chiffré (P) à partir de la fonction de hachage, mais qu’il est facile de déduire le hachage à partir du mot de passe chiffré. Notons H le hachage et P le mot de passe. Julia partage H avec les parties concernées, et les transactions se présentent comme suit :

1. La transaction entre Anna et Joe :

•    1 BTC revient à Anna dans les 2 heures.
•    1 BTC va à Joe s'il peut révéler P à H.

2. La transaction entre Joe et Julia :

•    1 BTC revient à Joe dans l'heure qui suit.
•    1 BTC va à Julia si elle révèle P à H.

Julia, qui a défini le mot de passe, peut le révéler et remplir ainsi la condition. Une fois que P est révélé à Joe, celui-ci en prend également connaissance et peut alors satisfaire à la condition de la transaction d'Anna, récupérant ainsi les BTC qu'il avait donnés à Julia.

Comme on peut le constater, les conditions temporelles diffèrent afin de protéger l’intermédiaire. En supposant que les deux conditions temporelles soient de 2 heures, si Julia enregistrait sa transaction de clôture sur la blockchain après 1 heure, 59 minutes et 59 secondes, elle pourrait retirer les BTC de Joe. Cependant, Joe ne pourrait pas enregistrer et publier la transaction à temps pour révéler la valeur de P à Anna et récupérer ses BTC.

En outre, une fois que P est révélé, n'importe qui peut écrire la transaction sur la chaîne. Cependant, cela fermerait la chaîne, ce qui n'est pas pratique pour toutes les parties. Les participants ont donc accepté d'échanger de simples transactions de fermeture de chaîne avec des montants modifiés, en oubliant H et P.

L'ensemble de ce processus se déroule de manière entièrement automatique. Les participants peuvent communiquer sans avoir à passer par le téléphone ni à envoyer d'e-mails. Le protocole sophistiqué du Lightning Network gère ces complexités de manière transparente, soulignant ainsi l'efficacité et l'automatisation inhérentes à sa conception.

Décoder le réseau Lightning : Réflexions et considérations

Dans cette Trakx nous nous sommes penchés sur le fonctionnement technique du Lightning Network. Il est compréhensible qu'il pourrait être plus intuitif et plus convivial. Toutefois, ce problème est résolu grâce aux portefeuilles de dépôt, qui sont plus risqués mais plus conviviaux. Il est conseillé de ne charger sur ces portefeuilles que le montant destiné à une utilisation à court terme. Pour les plus expérimentés, il vaut la peine de se plonger dans cette technologie fascinante et de la tester. Elle offre une solution au problème de la taille des blocs sans compromettre les aspirations des petits opérateurs qui souhaitent maintenir un nœud complet pour décentraliser notre cher bitcoin.