Das Lightning-Netzwerk erleichtert das Auffinden geeigneter Bilder. Bild "Gewitter" von audiocomplex über flickr.com. Lizenz: Creative Commons

Zwei neue Studien widmen sich dem Lightning-Netzwerk. Der erste untersucht, wie zuverlässig Zahlungen über das Netzwerk erfolgen und wie viele Knoten tatsächlich erreicht werden können. Die zweite analysiert, wie stark das Netzwerk zentralisiert wurde. Beide Studien liefern ebenso ernüchternde wie enttäuschende Ergebnisse.

Das Netzwerk Lightning ist seit etwa 2015 die große Hoffnung, Bitcoin zu einem Zahlungssystem zu machen, das mit Kreditkarten und PayPal funktioniert, aber vollständig dezentral bleibt. Seit Anfang 2018 ist das Netzwerk aktiv und ist es möglich damit zu bezahlen.

Die Erwartungen an Lightning waren enorm. Keine Technologie hat von den Bitcoin-Medien so viel Aufmerksamkeit erhalten, bevor sie betriebsbereit war, keine Technologie war Gegenstand so vieler Konferenzen und Veranstaltungen, und keine Technologie hat in diesem Umfeld so viele fortschrittliche Lorbeeren erhalten. Die Bedeutung von Lightning für die Bitcoin-Szene zeigt sich beispielsweise darin, dass Elizabeth Stark von Lightning Labs bei einem Lightning-Hackathon in Berlin sagte, ihr Team sei für die Zukunft von Bitcoin „verantwortlich“.

Nach etwa 2,5 Jahren Gebrauch können Anspruch und Realität verglichen werden. Dies geschieht durch zwei Studien, die in der letzten Woche erschienen sind. Sie untersuchen, inwieweit Lightning den hohen Erwartungen gerecht wird.

"Die für tägliche Zahlungen erforderliche Zahlungsart kann nicht verarbeitet werden."

Die erste Studie stammt von Finnegan Waugh von der University of Sydney und Ralph Holz von der University of Twente. Die beiden Informatiker führen den ersten großen Test durch, um festzustellen, wie zuverlässig Zahlungen im Lightning-Netzwerk ihr Ziel erreichen und wie verfügbar die Knoten im Netzwerk sind. Das Papier wurde am 25. Juni online veröffentlicht.

Zu diesem Zweck installierten die Forscher einen C-Lightning auf einem Cloud-Server und eröffneten Zahlungskanäle mit zwei gut verbundenen Knoten für 100 und 20 US-Dollar. Die beiden Knoten hatten 867 und 840 Kanäle und sollten daher zu den stärksten Knoten im Netzwerk gehören.

Die Forscher installierten dann ein Plug-In für c-Lightning, mit dem getestet werden kann, ob eine Zahlung ausgeführt wird oder nicht. Sie haben dieses Plugin auch so modifiziert, dass es die zu testende Menge schrittweise erhöht und über verschiedene Kanäle funktioniert. Sobald die Zahlung an einen Knoten erfolgreich ist, testet er dieselbe Zahlung mit seinen Kollegen, bis kein Kanal mehr verfügbar ist.

Das Experiment begann am 3. November 2019 und endete am 25. November desselben Jahres. Insgesamt haben sie 30.700 Kanäle ausprobiert, die zu 4.626 Knoten gehörten. Dies macht fast jeden Knoten und Kanal im Netzwerk aus, der zu diesem Zeitpunkt bekannt war. Von diesen 4626 Knoten konnten jedoch nur 2055 irgendeine Art von Zahlung erhalten. Und selbst bei diesen waren die Erfolgschancen sehr unterschiedlich. Für kleine Zahlungen wie 1 Cent waren es 72 Prozent, aber als die Forscher den Betrag auf einen Dollar oder mehr erhöhten, fiel er dramatisch. Nur 17 Prozent der 100-Dollar-Zahlungen gingen durch, nicht einmal 5 Prozent der Knoten können eine solche Summe erhalten. Zahlungen scheiterten hauptsächlich aus zwei Gründen: Erstens, weil die Kanäle nicht über ausreichend Guthaben verfügten, zweitens, weil ein Knoten auf der Route zum Ziel nicht mit dem nächsten Knoten verbunden war.

Die Forscher fassen das Ergebnis mit Lightning als Zahlungssystem zusammen. Ist "enttäuschend". Das Netzwerk kann derzeit keine größeren Zahlungen weiterleiten. Selbst moderate Zahlungen von nur 10 US-Dollar sind in weniger als der Hälfte der Versuche erfolgreich. Bei größeren Zahlungen von rund 50 US-Dollar sinkt die Erfolgsquote auf weniger als 20 Prozent. Keines unserer Experimente konnte mehr als ein Drittel der Zielknoten erreichen. "In ihrem gegenwärtigen Zustand war das Lightning-Netzwerk nach ihrem harten Urteil nicht in der Lage, die Zahlungsart zu verarbeiten, die für alltägliche Zahlungen erforderlich wäre. "

Die Wahrscheinlichkeit des Erfolgs einer Lightning-Zahlung hängt von der Größe ab.

Die Ergebnisse ihres zweiten Tests sind nicht viel erfreulicher. Im gleichen Zeitraum haben Sie versucht herauszufinden, auf wie vielen Knoten tatsächlich verfügbar ist Das Netzwerk. C-Lightning erstellt eine Karte des Netzwerks, die zeigt, welche Knoten bekannt sind. Die Software kann auch veraltete Knoten von dieser Karte löschen. Die Forscher erwarteten daher, dass die meisten Knoten, die sie kannten, auch beim Senden antworten würden Abfragen wie "Dump Node Information". Die Forscher verwendeten auch einen IP-Scanner und einen Tor-Daemon, um zu überprüfen, ob die ihnen bekannten Knoten zugänglich waren.

Nach Angaben des Knotens der Wissenschaftler gab es 2.251 öffentliche Knoten mit einer IP Adresse und 1.297 Knoten im Tor-Netzwerk. Dies ist deutlich weniger als beispielsweise 1ml.com oder BitcoinVisuals. Die Forscher erklären dies damit, dass etwa 1ml.com keine Knoten ohne aktive Kanäle löscht. Die Verfügbarkeitstests haben gezeigt dass nicht alle von C-Lightning erkannten Peers tatsächlich anwesend sind. Von den 2178 Knoten mit einer getesteten IP-Adresse antworteten nur 875 auf Port 9735; Von den 1297 Knoten im Tor-Netzwerk nur 546. So gesehen würde das Lightning-Netzwerk nicht aus fast 13.000 Knoten bestehen, wie 1ml.com angibt, sondern nur aus 1421.

Am Ende der Arbeit stellten die Forscher fest einige Vorschläge zur Minderung der festgestellten Probleme vorlegen. Dazu gehören Änderungen am Protokoll, eine Einschränkung der Privatsphäre der Knoten und eine verstärkte Zentralisierung.

Das Lightning-Netzwerk ist jedoch offenbar bereits sehr zentralisiert. Zumindest wird dies in einem zweiten Artikel angegeben, der am 26. Juni veröffentlicht wurde.

Eine "zunehmend zentralisierte Architektur"

In dem Artikel " Lightning Network: Ein zweiter Weg zur Zentralisierung der Bitcoin-Wirtschaft „Ist eine kollaborative Studie von Jian-Hong Lin, Kevin Primicerio, Tiziano Squartini, Christian Decker und Claudio J. Tessone. Die Wissenschaftler arbeiten an Universitäten in der Schweiz, Italien, Kanada und Frankreich. Christian Decker kann sein Er ist einer von zwei führenden Entwicklern des Lightning-Clients C-Lightning und arbeitet für Blockstream.

Ihre erste Frage lautete: Lightning wurde als Lösung für das Skalierungsproblem von Bitcoin vorgestellt, bei dem der Schlüssel nicht aufgegeben wird Eigenschaften von Bitcoin wie Dezentralisierung, die für die Architektur von Bitcoin charakteristisch sind (wie die Anzahl der Computer, aus denen das Netzwerk besteht), seine politische Organisation (wie die Anzahl der Personen, die das Netzwerk steuern) e Netzwerk) und seine Verteilung des Wohlstands (wie die Anzahl der Personen, aus denen sich das derzeitige zusammensetzt). Kontrollieren Sie die Geldmenge), verbessern Sie jedoch die Zirkulation und den Wandel der einheimischen Vermögenswerte. "Es ist jedoch jetzt unklar", ob dieses Versprechen erfüllt wurde. Daher fragen die Autoren: „Ist das Lightning-Netzwerk zunehmend zentralisiert worden?

Die Forscher beobachteten das Lightning-Netzwerk 18 Monate lang vom 12. Januar 2018 bis zum 17. Juli 29019 und wöchentliche Schnappschüsse, um die topologischen Eigenschaften des Netzwerks zu untersuchen. Um irgendwie zu messen, ob und wie viel Lightning zentralisiert hat, verwenden sie einige Metriken:

  • Die "Gradzentralität", die die Anzahl der Nachbarn eines Knotens misst,
  • die "geschlossene Zentralität", die die Länge zwischen zwei Knoten,
  • die "Zwischenzentralität", die angibt, wie oft ein Knoten Teil des kürzesten Pfades zwischen zwei anderen Knoten ist, und
  • die "Eigenvektorzentralität", die misst, welche gut verbunden sind Nachbarn eines Knotens.

Anschließend wenden sie den Gini-Koeffizienten auf diese Metriken an, der zeigt, wie ungleichmäßig die Verteilung der Waren ist. Ein Gini-Koeffizient von 0 zeigt eine perfekte Gleichheit an, eine von 1. maximaler Ungleichung.

Sternartige Struktur des Lightning-Netzwerks.

Das Ergebnis ist auch hier ernüchternd: Das Lightning-Netzwerk entwickelt eine "zunehmend zentralisierte Architektur". Die Struktur erhält immer mehr „sternförmige Unterstrukturen“, die um die durch den Gini-Koeffizienten offenbarten „zentralen Hubs“ angeordnet sind. Die Autoren spekulieren, dass dies eine „unvermeidliche Folge der Gestaltung des Lightning-Netzwerks“ zu sein scheint: Die Akteure müssen Routen finden, und längere Routen sind teuer, weshalb Lightning-Benutzer natürlich den kürzesten Weg wählen. Knoten haben daher "Anreize, so zentral wie möglich im Lightning-Netzwerk zu werden, um die Einnahmen aus Transaktionsgebühren zu maximieren".

Die Zentralisierung lässt sich eindeutig anhand von Daten nachweisen: 10 Prozent der Knoten halten 80 Prozent der Bitcoins im Netzwerk, 50 Prozent sogar 99 Prozent. Der durchschnittliche Gini-Koeffizient der Knotenstärke beträgt 0,88, was bereits am äußersten Ende des Spektrums liegt. "Das Ergebnis scheint die Tendenz der Lightning-Architektur zu bestätigen, weniger verteilt zu sein. Dieser Prozess hat die unerwünschte Folge, dass Lightning gegenüber Angreifern und Misserfolgen zunehmend anfälliger wird."

Co-Autor Christian Decker kommentiert die Studie auf Twitter mit der Tatsache, dass es sich um einen "Schnappschuss" handelt, der zeigt, was "(noch) nicht optimal" ist. Ziel ist es nicht, Lightning-Benutzer und -Entwickler zu enttäuschen, sondern "Probleme offen zu diskutieren". Nur so kann das Netzwerk verbessert werden.

Sowohl unzuverlässig als auch zentralisiert.

Sowohl das eine als auch das andere Papier liefern Ergebnisse, die an sich nicht unbedingt neu sind. Blitzkritiker haben sich lange vor dem Start des Netzwerks beschwert dass Lightning Zahlungen nur dann vernünftig zuverlässig verarbeiten kann, wenn sie zentralisiert sind. Solche Kritik wurde oft als ideologisch oder "bitcoinfeindlich" abgetan, auch wenn immer mehr Analysen diese Kritik bestätigten. Gleichzeitig hat sich in der Lightning-Community eine Kultur der Selbstkritik entwickelt.

Wenn Sie die beiden neuen Artikel ernst nehmen, können Sie feststellen, dass sich das Lightning-Netzwerk noch schlimmer entwickelt hat als befürchtet: Es ist weder unzuverlässig noch zentralisiert – es ist beides. Dies kann sich natürlich im Laufe der Zeit ändern. Zumindest kannst du das hoffen. Denn mit den beiden Papieren wurde es für die Lightning-Community völlig unmöglich, die vorhandenen Schwachstellen des Netzwerks zu übersehen.


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