Rete Lightning: Micropagamenti per scalare la Blockchain Bitcoin

Il Lightning Network si è affermato come un livello rivoluzionario basato su Bitcoin, che promette di rendere le transazioni più veloci, più economiche e più scalabili. Crea canali tra gli utenti, consentendo loro di effettuare transazioni attraverso connessioni condivise, simili alle relazioni tra amici di amici. Sebbene le complessità tecniche possano essere difficili da spiegare, l’essenza sta proprio nella creazione e nella gestione di questi canali. In questa ricerca di Trakx, esploreremo come il Lightning Network possa portare a una rete più decentralizzata ed efficiente.

Il grande scisma dei Bitcoin del 2017

Nell'estate del 2017, Bitcoin (BTC) è schizzato alla cifra, per l’epoca, astronomica di $3.000. Tuttavia, la comunità di Bitcoin si è trovata a un bivio, lacerata da una questione di lunga data: il limite alla dimensione dei blocchi della blockchain. Satoshi Nakamoto aveva fissato la dimensione dei blocchi a 1 MB, una decisione che si è rivelata un collo di bottiglia quando le transazioni sono aumentate vertiginosamente durante l’euforica ascesa del Bitcoin. La comunità, di fronte alla necessità di scalabilità, si è divisa in due fazioni, ciascuna delle quali proponeva una soluzione diversa.

Il primo percorso prevedeva l'aumento della dimensione dei blocchi, inizialmente a 8 MB e successivamente a 32 MB. Il secondo percorso, una soluzione più complessa, proponeva una modifica del protocollo chiamata Testimoni segregati (SegWit). Questa modifica ha aumentato leggermente il limite di dimensione dei blocchi, ma ha introdotto una tecnologia rivoluzionaria nota come Lightning Network.

Entrambe le soluzioni erano valide, ma il dibattito si è incentrato sulla potenziale esclusione di individui dall'esecuzione di un nodo completo a causa dell'aumento delle dimensioni del blocco.

Lo scisma ha portato a un fork di Bitcoin, una divergenza nella sua traiettoria. Da una parte c'erano blocchi più grandi, dall'altra l'adozione della tecnologia SegWit. È sorta la domanda: quale catena dovrebbe essere chiamata di diritto Bitcoin? Gli scambi sono intervenuti per risolvere il dilemma, chiamando la catena con blocchi più grandi Bitcoin Cash e continuando a usare Bitcoin per la catena che adotta SegWit.

Entrare nella rete dei fulmini

Il Rete di fulmini (LN) è emersa come una soluzione innovativa alle sfide poste dal limite di dimensione dei blocchi di Bitcoin. Funziona attraverso i canali, essenzialmente un indirizzo con più firme sulla blockchain Bitcoin dove una parte deposita BTC. Lo spostamento di BTC all'interno del canale richiede due firme. Questo indirizzo gestisce la contabilità attraverso meccanismi tecnici, determinando il saldo di BTC per ogni parte coinvolta. La contabilità viene mantenuta attraverso lo scambio di transazioni firmate.

È fondamentale sottolineare che queste transazioni firmate, pur non venendo immediatamente registrate sulla blockchain, determinano l’ammontare di BTC dovuto a ciascun utente al momento della chiusura definitiva del canale. La transazione firmata può essere immaginata come un foglio di carta su cui è scritto: «Da questo canale contenente 10 BTC, Joe ha diritto a 6 BTC e Anna ha diritto a 4 BTC», recante le firme di entrambe le parti. In realtà, il canale viene chiuso raramente e i valori circolano attraverso lo scambio di questi fogli simbolici. La Lightning Network tiene traccia dei debiti e dei crediti di tutti, regolandoli al momento della chiusura del canale tramite la registrazione della transazione sulla blockchain.

Sei gradi di separazione in Bitcoin

La rete Lightning introduce un nuovo concetto simile a quello del teoria dei sei gradi di separazione nella semiotica e nella sociologia. Questa teoria sostiene che ogni persona possa essere collegata a qualsiasi altra persona o cosa attraverso una catena di conoscenti e relazioni, con non più di cinque intermediari. Sfruttando questa teoria, il mondo intero potrebbe essere facilmente collegato e semplificato attraverso grandi hub di connettività, ripercorrendo la storia di Internet.

In termini pratici, la Lightning Network opera sulla base di connessioni indirette. Gli utenti non hanno bisogno di stabilire canali diretti con tutti, ma possono utilizzare canali di contatti comuni. La teoria si allinea all'idea dei canali di terzi, dove un utente, come Anna, può effettuare transazioni con un altro utente, Julia, attraverso un amico comune, Joe, che funge da intermediario.

Consideriamo uno scenario in cui Anna deve pagare 1 BTC a Julia. Entrambe non hanno un canale diretto, ma hanno un amico comune, Joe, che ha canali per Anna e Julia. Anna instrada il pagamento attraverso Joe, consentendo la transazione senza bisogno di una transazione Bitcoin on-chain.

Questo meccanismo di instradamento flessibile ed efficiente dimostra la potenza della Lightning Network nel gestire le transazioni indirette, creando una rete decentralizzata e interconnessa di scambio di valore. La rete Lightning continua a evolversi e testimonia la resilienza e l'adattabilità dell'ecosistema Bitcoin.

Approfondimento tecnico: protezione dei canali della rete Lightning

Approfondiamo gli aspetti tecnici e cerchiamo di capire come viene aperto un canale della Lightning Network. Paradossalmente, per aprire un canale senza intoppi, ciò che viene preparato è una transazione di chiusura del canale stesso. Pertanto, ancora prima dell’apertura del canale, la rete sa già come chiuderlo. Ciò impedisce potenziali azioni fraudolente o inconvenienti derivanti da doppie firme (rischi di mancata firma o scomparsa di un firmatario), che renderebbero impossibile la chiusura sicura del canale.

Se i firmatari decidono di depositare 5 BTC ciascuno, scambieranno una transazione di chiusura che distribuirà i 10 BTC nel canale, di cui 5 andranno a ciascuna parte. Quando i due firmatari creano e scambiano questa transazione di chiusura, procedono all'apertura del canale. Entrambi i firmatari firmano la transazione con i rispettivi BTC depositati e il canale può essere chiuso in qualsiasi momento, grazie alla transazione di chiusura precostituita.

Per trasferire il valore viene creata una nuova transazione di chiusura, in cui una delle parti modifica i valori iniziali. Ad esempio, se il canale consiste in 5 BTC per Anna e 5 BTC per Joe, e Anna deve pagare a Joe 1 BTC, costruisce una transazione di chiusura che restituisce 6 BTC a Joe e 4 BTC ad Anna, firmata da entrambe le parti.

La sfida ora è che Joe deve assicurarsi che Anna elimini la transazione di chiusura iniziale, quella che chiude il canale e distribuisce 5 BTC a ciascuno. Se Anna dovesse chiudere il canale con quella transazione, Joe perderebbe i BTC che Anna gli aveva pagato. Come si può obbligare una persona a cancellare le vecchie transazioni firmate? In realtà, non esiste un modo diretto, poiché una transazione è un semplice file che gli utenti possono archiviare all’infinito, nascondere, ecc. Vediamo quindi come la rete garantisce la sicurezza.

Dobbiamo comprendere che le transazioni in Bitcoin possono includere condizioni temporali e pratiche. Nella transazione di chiusura viene sempre inserita una condizione. Si tratta di un aspetto piuttosto complesso da comprendere, e aggiungiamo un ulteriore livello: le transazioni di chiusura relative ai due utenti non sono identiche; differiscono nelle condizioni.

Nella prima transazione di chiusura gestita da Anna, in cui vengono distribuiti 5 BTC ciascuno, vengono inserite due condizioni: 5 BTC vengono dati immediatamente a Joe, e gli altri 5 hanno due condizioni: andranno ad Anna entro 24 ore, OPPURE andranno a Joe se rivela una parola chiave nota a entrambi. In questo modo, dopo una serie di transazioni, Anna ha diritto a 3 BTC e Joe a 7 BTC. Supponiamo che Anna decida di scrivere la vecchia transazione sulla blockchain. In questo caso, Joe ha 24 ore di tempo per proteggersi, rivelare la parola chiave, attivare la condizione e prendere i 5 BTC rimanenti senza che nulla vada ad Anna.

Allo stesso modo, Joe possiede una transazione identica ma con condizioni invertite: Anna riceve immediatamente 5 BTC, mentre Joe riceve i 5 BTC dopo 24 ore, a condizione che Anna non riveli la parola chiave. Se Joe ha diritto a più di 5 BTC, non avrà alcun incentivo a registrare questa transazione. Non c’è motivo di preoccuparsi; Joe e Anna non devono monitorare le azioni l’uno dell’altro per intervenire entro 24 ore. Fortunatamente, il protocollo gestisce tutto automaticamente.

In sostanza, chiunque tenti di frodare la controparte perde tutti i BTC presenti nel canale, anche quelli a cui ha diritto. Questo ingegnoso stratagemma non cancella le vecchie transazioni firmate, ma ne scoraggia l'uso.

Affrontare le criticità: Sfide nella sicurezza delle reti di illuminazione

Tuttavia, ci sono alcuni punti critici da considerare:

• Presenza online per la sicurezza: Una preoccupazione notevole è che gli utenti devono essere online per proteggersi dalle azioni dannose delle loro controparti. Nell'esempio citato, la finestra di 24 ore è esemplificativa, ma le parti possono concordare tempi diversi. È necessario essere vigili, in quanto i partecipanti devono essere attenti entro il periodo concordato per salvaguardare i propri interessi.
•  Custodia delle operazioni di chiusura: Un altro aspetto critico riguarda la custodia della transazione di chiusura. Se una delle parti dovesse perderla, il suo ricorso si limiterebbe a sperare che la controparte generi una nuova transazione. Questo scenario si discosta dal principio fondamentale alla base della creazione della blockchain: creare un ambiente in cui la fiducia negli altri sia ridotta al minimo.

Pur introducendo soluzioni innovative per scalabilità della blockchain e la velocità delle transazioni, la rete Lightning espone gli utenti a sfide uniche. Il requisito della presenza online e la potenziale vulnerabilità derivante dalla perdita della chiusura delle transazioni sottolineano l'importanza dei continui progressi tecnologici e della formazione degli utenti per garantire un'esperienza sicura e di facile utilizzo.

Con la maturazione della Lightning Network, sarà interessante osservare come verranno affrontate queste sfide, potenzialmente attraverso lo sviluppo di meccanismi più robusti o soluzioni di facile utilizzo che attenuino la necessità di una presenza costante online e migliorino l'affidabilità complessiva della rete. Il panorama in evoluzione delle tecnologie blockchain e delle criptovalute vede spesso miglioramenti iterativi e la Lightning Network non fa eccezione in questo ecosistema dinamico.

Transazioni su canali di terze parti nella rete Lightning

Ora approfondiamo gli aspetti tecnici delle transazioni che coinvolgono canali di terze parti. La situazione si complica. Consideriamo uno scenario in cui Anna deve inviare 1 BTC a Julia, ma, non disponendo di un canale diretto, le due ricorrono a un “amico” comune: un canale già aperto di proprietà di Joe.

Come possiamo assicurarci che l'intermediario (Joe) invii l'importo dovuto al destinatario? Analizziamo insieme la questione.

Le transazioni che facilitano lo scambio continuano a soddisfare queste due condizioni. Tuttavia, la condizione speciale ora include una “password” sottoposta a hash crittografico. Questa password viene generata dal destinatario, crittografata tramite una funzione hash e condivisa con il mittente e l’intermediario. È sufficiente sapere che è impossibile ricavare la password crittografata (P) dalla funzione hash, ma è facile ricavare l’hash dalla password crittografata. Indichiamo con H l’hash e con P la password. Julia condivide H con le parti coinvolte e le transazioni sono strutturate come segue:

1. La transazione tra Anna e Joe:

•    1 BTC torna ad Anna entro 2 ore.
•    1 BTC va a Joe se riesce a rivelare P da H.

2. La transazione tra Joe e Julia:

•    1 BTC torna a Joe entro 1 ora.
•    1 BTC va a Julia se rivela P da H.

Julia, che ha creato la password, può rivelarla e soddisfare la condizione. Una volta che P viene rivelata a Joe, anche lui ne viene a conoscenza e può soddisfare la condizione della transazione di Anna, recuperando i BTC che aveva dato a Julia.

Come si può notare, le condizioni temporali sono diverse per tutelare l’intermediario. Supponendo che entrambe le condizioni temporali siano di 2 ore, se Julia dovesse registrare la sua transazione di chiusura sulla blockchain dopo 1 ora, 59 minuti e 59 secondi, potrebbe prelevare i BTC di Joe. Tuttavia, Joe non riuscirebbe a registrare e pubblicare la transazione in tempo per rivelare il valore di P ad Anna e recuperare i BTC.

Inoltre, una volta che P è stato rivelato, chiunque può scrivere la transazione sulla catena. Tuttavia, ciò comporterebbe la chiusura del canale, il che è sconveniente per tutte le parti. Pertanto, i partecipanti si sono accordati per scambiare semplici transazioni di chiusura del canale con importi modificati, dimenticando H e P.

L'intero processo si svolge in modo completamente automatico. I partecipanti possono interagire senza dover ricorrere al telefono o all'invio di e-mail. Il sofisticato protocollo del Lightning Network gestisce queste complessità in modo fluido, mettendo in evidenza l'efficienza e l'automazione insite nel suo design.

Decodificare la rete dei fulmini: Approfondimenti e considerazioni

In questo Trakx abbiamo approfondito il funzionamento tecnico della rete Lightning. È comprensibile che potrebbe essere più intuitivo e facile da usare. Tuttavia, questo problema viene affrontato attraverso i portafogli custodiali, più rischiosi ma più facili da usare. Il consiglio è di caricare sui portafogli custodi solo l'importo destinato all'uso a breve termine. Per i più esperti, vale la pena di approfondire e testare questa affascinante tecnologia. Offre una soluzione al problema della dimensione dei blocchi senza compromettere le aspirazioni dei piccoli operatori che desiderano mantenere un nodo completo per decentralizzare il nostro amato Bitcoin.