Lightning Network es una propuesta de implementación de los Contratos Hashed Timelock (HTLC) con canales de pago bidireccionales que permite que los pagos se encaucen de forma segura a través de múltiples canales de pago peer-to-peer.
Esto permite la formación de una red en la que cualquier peer de la red puede pagar a cualquier otro peer aunque no tengan directamente un canal abierto entre ellos. En marzo de 2019, había más de 37.000 canales que transportaban más de 764 bitcoins.
¿Qué es Lighting Network en el ecosistema Bitcoin?
La red Lightning es una segunda capa añadida a la cadena de bloques de Bitcoin (BTC) que permite realizar transacciones fuera de la cadena, es decir, transacciones entre partes que no están en la red de la cadena de bloques. Los múltiples canales de pago entre partes o usuarios de Bitcoin conforman la segunda capa.
Un canal de la red Lightning es un método de transacción entre dos partes en el que las partes pueden realizar o recibir pagos entre sí.
La segunda capa mejora la escalabilidad de las aplicaciones de blockchain al gestionar las transacciones fuera de la red principal de blockchain (capa uno), al tiempo que se beneficia del potente paradigma de seguridad descentralizada de la red principal.
La escalabilidad es una barrera importante que restringe la adopción generalizada de las criptomonedas. Si se escala adecuadamente, una red de blockchain puede manejar de millones a miles de millones de transacciones por segundo (TPS).
En este contexto, la red Lightning cobra bajas comisiones al realizar transacciones y liquidaciones fuera de la cadena, lo que permite nuevos casos de uso como los micropagos instantáneos que pueden resolver el tradicional enigma de “¿Puedes comprar café con criptomonedas?”, acelerando los tiempos de procesamiento y reduciendo los gastos (costes de energía) asociados a la cadena de bloques de Bitcoin.
Sin embargo, aunque la intención está ahí, la Lightning Network sigue luchando por resolver la cuestión e incluso introduce varios problemas como las bajas tarifas de enrutamiento y los ataques maliciosos. Por ejemplo, se requiere una pequeña tarifa tanto para abrir como para cerrar un canal de pago.
Además de estas pequeñas tasas, hay tasas de enrutamiento que se destinan a los nodos que validan las transacciones.
¿Por qué querría un nodo validar dicha transacción?
La respuesta clara: Los mineros no suelen validar las transacciones más pequeñas, ya que ganarán tasas más bajas por validar transacciones insignificantes. En consecuencia, los comerciantes pagan una tasa de enrutamiento y pueden tener que esperar mucho tiempo antes de que se valide la transacción.
En cuanto a los ataques malintencionados, un agente malintencionado podría iniciar varios canales de pago y cerrarlos todos a la vez. Esos canales necesitan entonces ser validados, lo que se interpone en el camino de los legítimos, congestionando la red.
Durante la congestión, el atacante podría extraer fondos antes de que las partes legítimas se den cuenta de la situación.
Características de la Lighting Network
Entre las principales características de la propuesta de “la Red Relámpago” se encuentran las siguientes:
Pagos rápidos
Los pagos dentro de un canal establecido pueden realizarse casi tan rápido como los datos pueden viajar por Internet entre los dos pares.
Sin confianza de terceros
Los dos pares de un canal se pagan mutuamente de forma directa utilizando transacciones regulares de Bitcoin (de las cuales sólo una se transmite), por lo que en ningún momento ningún tercero controla sus fondos.
Reducción de la carga de la cadena de bloques
Sólo las transacciones de apertura del canal, las transacciones de cierre del canal y los respends antifraude (esperemos que sean infrecuentes) deben comprometerse en la cadena de bloques, lo que permite que todos los demás pagos dentro de los canales de la red Lightning permanezcan sin comprometerse.
Esto permite a los usuarios de la Red Lightning realizar pagos frecuentes asegurados por Bitcoin sin imponer una carga excesiva a los nodos completos que deben procesar cada transacción en la blockchain.
Los canales pueden permanecer abiertos indefinidamente: mientras las dos partes del canal sigan cooperando entre sí, el canal puede permanecer abierto indefinidamente – no hay un periodo de tiempo de espera obligatorio.
Esto puede reducir aún más la carga en la cadena de bloques, así como permitir que las tasas de apertura y cierre del canal se amorticen durante un período de tiempo más largo.
Cierres cooperativos rápidos
Si ambas partes cooperan, un canal puede cerrarse inmediatamente (con las partes probablemente queriendo esperar una o más confirmaciones para asegurar que el canal se cerró en el estado correcto). Los cierres no cooperativos (como cuando una de las partes desaparece) también son posibles, pero llevan más tiempo.
Ejecución externalizada
Si una de las partes cierra un canal en un estado antiguo en un intento de robar dinero, la otra parte tiene que actuar en un periodo de tiempo definido para bloquear el intento de robo.
Esta función puede subcontratarse a un tercero sin darle el control de los fondos, lo que permite que los monederos se desconecten de forma segura durante periodos más largos que el definido.
Enrutamiento onyon style
La información de enrutamiento de los pagos puede encriptarse de forma anidada para que los nodos intermediarios sólo sepan de quién han recibido un pago enrutable y a quién enviarlo a continuación, impidiendo que esos nodos intermediarios sepan quién es el originador o el destino (siempre que los intermediarios no hayan comparado los registros).
Capacidad de multifirma
Cada parte puede exigir que sus pagos en el canal sean firmados por múltiples claves, lo que les da acceso a técnicas de seguridad adicionales.
Cruce seguro de blockchains
Los pagos pueden dirigirse a través de más de un blockchain (incluyendo altcoins y sidechains) siempre y cuando todas las cadenas soporten la misma función hash a utilizar para el bloqueo de hash, así como la capacidad de crear bloqueos de tiempo.
Pagos sub-satoshi
Los pagos pueden hacerse condicionados al resultado de un evento aleatorio, permitiendo pagos probabilísticos.
Por ejemplo:
María puede pagar a Alberto 0,1 satoshi creando un pago de 1 satoshi con probabilidades de 10 a 1, de modo que el 90% de las veces que lo haga le pague 0 satoshis y el 10% de las veces le pague 1 satoshi para un pago medio de 0,1 satoshis.
Canales de financiación única
Cuando María necesita enviar un pago a Alberto y no tiene actualmente una forma de pagarle a través de la Red Lightning (ya sea porque no puede llegar a él o porque no tiene suficiente dinero en un canal existente), puede hacer un pago regular en la cadena que establece un canal sin que Alberto tenga que añadir ninguno de sus fondos al canal.
María sólo utiliza 12 bytes más de los que utilizaría para un pago directo no-Lightning y Bob sólo necesitaría unos 25 bytes virtuales más de segwit para cerrar el canal de los que necesitaría si hubiera recibido un pago directo no-Lightning.
Sus escritos se basaban en discusiones previas sobre los canales de pago realizadas por Satoshi Nakamoto, el creador anónimo de Bitcoin. Nakamoto describió los canales de pago a su compañero desarrollador Mike Hearn, quien publicó las conversaciones en 2013.
La cadena de bloques de Bitcoin es muy prometedora en cuanto a los libros de contabilidad distribuidos, pero la blockchain como plataforma de pago, por sí sola, no puede cubrir el comercio mundial en un futuro próximo.
La cadena de bloques es un tipo de protocolo en el que todas las modificaciones de estado del libro mayor se transmiten a todos los participantes.
Es a través de este “protocolo” que el consenso del estado, los saldos de todos, se acuerda. Si cada nodo de la red bitcoin debe conocer cada una de las transacciones que se producen a nivel global, eso puede crear un lastre importante en la capacidad de la red para abarcar todas las transacciones financieras globales.
En cambio, sería deseable abarcar todas las transacciones de una manera que no sacrifique la descentralización y la seguridad que proporciona la redThaddeus Dryja y Joseph Poon
El resumen del documento describe un protocolo fuera de la cadena formado por canales de pago.
Dentro de los canales de pago, dos partes no confiables pueden transferir valor sin congestionar la red principal, ya que los canales existen fuera de la cadena. Los canales fuera de la cadena están diseñados para resolver el problema de escalabilidad de Bitcoin.
Dryja y Poon detallaron entonces que Visa alcanzó un máximo de 47.000 TPS durante las vacaciones de 2013. Para que Bitcoin se acerque a los TPS de Visa, tendría que gestionar ocho gigabytes de transacciones por bloque, lo que no se acerca a las capacidades de la cadena de bloques actual.
Inicialmente, Bitcoin sólo podía gestionar siete transacciones por segundo, suponiendo que esas transacciones fueran de unos 300 bytes cada una.
Además, los bloques de Bitcoin únicamente tenían un límite de transacciones de un megabyte en ese momento, por lo que ciertamente no había espacio para que cupieran cerca de 47.000 transacciones de Bitcoin en un bloque. Los canales de pago fuera de la cadena de Lightning Network se crearon para solucionar la falta de escalabilidad de Bitcoin, ya que los canales permiten que existan varias transacciones más pequeñas sin congestionar la red.
En 2016, Dryja y Poon fundaron Lightning Labs (con algunos otros colaboradores), una empresa dedicada a desarrollar la Lightning Network.
A pesar de varios cambios de miembros del equipo a lo largo del tiempo, Lightning Labs trabajó para que el protocolo fuera compatible con la red central de Bitcoin. Un gran avance fue posible después de la bifurcación de Bitcoin basada en SegWit en 2017, que liberó espacio para que cupieran más transacciones en cada bloque y eliminó un antiguo error de Bitcoin llamado maleabilidad de las transacciones.
El fallo permitía a los usuarios falsificar transacciones, mentir a la red y mantener Bitcoin en sus carteras.
Gracias a las pruebas previas al lanzamiento, los desarrolladores pudieron crear aplicaciones en la Lightning Network de inmediato. Las apps incluían casos de uso sencillos como carteras y plataformas de apuestas, que aprovechaban el poder de las microtransacciones de la Red Lightning.
En 2018, Lightning Labs finalmente lanzó una versión beta de su implementación de Lightning Network en la red principal de Bitcoin. En ese momento, figuras públicas como el fundador de Twitter, Jack Dorsey, comenzaron su participación en el proyecto.
Por ejemplo:
Dorsey contrató a un grupo de desarrolladores para que se centraran exclusivamente en el desarrollo de Lightning Network pagándoles en Bitcoin. También planea implementar la Lightning Network en Twitter en el futuro.
La red de pagos Visa alcanzó un pico de 47.000 transacciones por segundo (tps) en su red durante las vacaciones de 2013, y actualmente tiene una media de cientos de millones al día. Actualmente, Bitcoin soporta menos de 7 transacciones por segundo con un límite de bloques de 1 megabyte.
Si utilizamos una media de 300 bytes por transacción de Bitcoin y asumimos tamaños de bloque ilimitados, una capacidad equivalente al volumen máximo de transacciones de Visa de 47.000/tps sería de casi 8 gigabytes por bloque de Bitcoin, cada diez minutos de media.
De forma continua, eso supondría más de 400 terabytes de datos al año.
Está claro que lograr una capacidad similar a la de Visa en la red de Bitcoin no es factible hoy en día. Ningún ordenador doméstico en el mundo puede operar con ese tipo de ancho de banda y almacenamiento.
Si Bitcoin va a sustituir a todos los pagos electrónicos en el futuro, y no sólo a Visa, se produciría un colapso total de la red Bitcoin, o en el mejor de los casos, una centralización extrema de los nodos y mineros de Bitcoin a los únicos que podrían permitírselo.
Esta centralización anularía aspectos de la descentralización de la red que hacen que Bitcoin sea seguro, ya que la capacidad de las entidades para validar la cadena es lo que permite a Bitcoin garantizar la precisión y la seguridad del libro mayor exactitud y la seguridad del libro de contabilidad.Thaddeus Dryja y Joseph Poon
¿Cómo funciona la red Lightning?
Este protocolo permite la creación de un canal de pago peer-to-peer entre dos partes, como entre un cliente y una cafetería. Una vez establecido, el canal les permite enviar una cantidad ilimitada de transacciones que son casi instantáneas, además de baratas.
Actúa como un pequeño libro de contabilidad propio para que los usuarios puedan pagar incluso bienes y servicios más pequeños, como el café, sin afectar a la red Bitcoin.
Para crear un canal de pago, el pagador debe bloquear una cierta cantidad de Bitcoin en la red. Una vez que el Bitcoin está bloqueado, el receptor puede facturar las cantidades que considere oportunas. Si el cliente quiere mantener el canal abierto, puede optar por añadir Bitcoin constantemente.
Al utilizar un canal de la Red Lightning, ambas partes pueden realizar transacciones entre sí. Cuando se contrasta con las transacciones ordinarias en la blockchain de Bitcoin, algunas transacciones se manejan de manera diferente.
Por ejemplo:
Cuando dos partes abren y cierran un canal, sólo se actualizan en la blockchain principal.
Las dos partes pueden transferir fondos entre ellas indefinidamente sin avisar a la blockchain principal.
Como todas las transacciones dentro de una blockchain no necesitan ser aprobadas por todos los nodos, esta estrategia acelera sustancialmente los tiempos de las transacciones. Los nodos de la Lightning Network capaces de enrutar las transacciones se forman combinando los canales de pago individuales entre las partes interesadas. Por lo tanto, la Lightning Network es el resultado de la unión de muchos sistemas de pago.
Finalmente, cuando las dos partes deciden terminar la transacción, pueden cerrar el canal. Toda la información del canal se consolida entonces en una sola transacción, que se envía a la red principal de Bitcoin para su registro. La consolidación asegura que docenas de pequeñas transacciones inunden la red a la vez, simplificándolas en una sola transacción que requiere menos tiempo y esfuerzo para los nodos a la hora de validar.
Sin canales de pago, las transacciones más pequeñas se interponen en el camino de las más grandes, congestionando la red y añadiendo más para que los nodos las validen.
Un ejemplo sobre su funcionamiento
Por ejemplo:
Digamos que Miguel va a una cafetería local cada día y quiere pagar en Bitcoin. Podría elegir hacer una pequeña transacción por cada café, pero debido a los problemas de escalabilidad de Bitcoin, la transacción puede tardar más de una hora en validarse. Miguel también tendrá que pagar las elevadas tasas de la red Bitcoin, aunque esté realizando una transacción minúscula.
Las transacciones pequeñas funcionan con los métodos de pago tradicionales, como una tarjeta, porque empresas como Visa tienen la infraestructura para procesar más de 24.000 TPS. En cambio, Bitcoin, en un día normal, puede validar siete TPS.
Con la Lightning Network, Miguel puede abrir un canal de pago con la cafetería. Cada compra de café se registra dentro de ese canal, y la tienda sigue cobrando. La transacción es barata o incluso gratuita, además de instantánea. Entonces, cuando el Bitcoin que inició el canal se gasta, Miguel puede elegir cerrar el canal o rellenarlo.
Cuando se cierra un canal, todas sus transacciones se registran en la cadena de bloques principal de Bitcoin.
La red Lightning crea un contrato inteligente entre dos partes. Las reglas del acuerdo se codifican en el contrato en el momento de su creación y no pueden romperse. El código del contrato inteligente también asegura que el cumplimiento del contrato es automático, ya que los contratos se hacen inicialmente con requisitos preestablecidos con los que todas las partes participantes están de acuerdo.
Una vez que se cumplen esos requisitos, como cuando un cliente paga la cantidad correcta por un café, el contrato se cumple automáticamente sin la participación de terceros.
La Lightning Network anonimiza las transacciones dentro de un canal de pago una vez validadas. Todo lo que se puede ver es la transferencia total de valor, no las transacciones individuales dentro de ella.
Es totalmente posible realizar transacciones sin ninguna restricción fuera de la cadena de bloques. Se puede confiar en que las transacciones fuera de la cadena de bloques hagan cumplir la blockchain, teniendo en cuenta que acaban en la mainnet una vez que se cierran los canales de pago.
La mainnet es el árbitro de todas las transacciones. Aunque los protocolos fuera de la cadena tienen su propio libro de contabilidad, éste siempre se integra en la cadena principal, que es el núcleo del diseño de la Lightning Network. Los protocolos fuera de la cadena sólo pueden existir si hay una cadena principal en la que basarse.
Ventajas de Lightning Network
Transacciones más rápidas y baratas
Las ventajas más obvias de la Lightning Network son que las transacciones son más rápidas y baratas, permitiendo micropagos de una manera que nunca fue posible antes. Sin la Lightning Network, los usuarios tendrían que pagar altas tarifas por una simple transacción y luego esperar una hora o más para que se valide.
Los tiempos de espera son más largos para las transacciones más pequeñas, ya que los mineros eligen validar las transacciones más grandes porque obtienen mayores recompensas por hacerlo.
La red se beneficía de la seguridad de la red Bitcoin
La red Lightning está conectada a la cadena de bloques de Bitcoin, existiendo como una capa sobre ella. La conexión significa que la red Lightning sigue beneficiándose de los protocolos de seguridad de Bitcoin.
Transacciones privadas
Los usuarios pueden elegir la cadena de bloques principal para las transacciones más grandes y cambiar a la cadena externa de la Red Lightning para las más pequeñas sin preocuparse por la seguridad. Los canales de pago de la Red Lightning también proporcionan transacciones privadas, ya que los curiosos no pueden echar un vistazo a cada transacción individual, sino sólo al paquete global.
Los defensores de las criptomonedas también han estado probando los intercambios atómicos, que es el acto de intercambiar una criptodivisa por otra sin utilizar a un tercero, o un intercambio. Los swaps atómicos son más útiles que un intercambio, ya que ofrecen un intercambio casi instantáneo con pocas o ninguna comisión o transferencia de cartera.
Desventajas de Lightning Network
Adquirir monedero compatible
Hay que adquirir un monedero compatible con la Red Lightning para poder aprovecharla. Aunque encontrar un monedero que funcione con la red Lightning es fácil, la persona tiene que financiarlo desde un monedero Bitcoin tradicional.
La transacción inicial desde el monedero tradicional al de la Red Lightning tiene un coste, por lo que los usuarios pierden algunos Bitcoin (o satoshis) para interactuar con el protocolo. Una vez que los fondos están en el monedero de Lightning Network, los usuarios deben bloquear sus Bitcoin para crear un canal de pago.
Puedes ser un proceso engorroso (al principio)
El envío de Bitcoin entre monederos puede ser molesto y costoso, lo que desanima a los nuevos usuarios. Dicho esto, algunos monederos pueden gestionar los pagos dentro y fuera de la cadena sin pagar comisiones, y es probable que la comodidad mejore con el tiempo.
Si cualquiera de los participantes en el canal de pago decide retirar algunos fondos, tiene que cerrar activamente un canal y recibir de nuevo ese Bitcoin antes de utilizar los fondos. No es posible sacar un poco de dinero y dejar el canal abierto, por ejemplo.
Incluso el cierre o la apertura de un canal de pago requiere que ambas partes participantes realicen una transacción inicial llamada tasa de enrutamiento. Aunque abrir un canal es sencillo en concepto, todos estos pagos adicionales hacen que el proceso sea más caro de lo que a muchos usuarios potenciales les interesa.
Estafas en transacciones fuera de línea
Sin embargo, uno de los mayores problemas de la red Lightning son las estafas en las transacciones fuera de línea. Si uno de los participantes en un canal de pago decide cerrarlo mientras la otra parte está desconectada, el primero puede robar los fondos. Cuando la segunda parte finalmente se conecta, es demasiado tarde para hacer algo. El estafador puede permanecer fuera de línea sin que haya forma de contactar con él.
Además, la red Lightning sufre de errores como algunos pagos, que son transacciones salientes que no tienen verificación. La red Bitcoin reembolsará un pago atascado, pero puede tardar días en hacerlo, ya que las transacciones válidas tienen más prioridad que las atascadas cuando se trata de la verificación.
El problema de los reguladores
Por último, incluso si la red Lightning resuelve todos sus problemas, todavía está el caso de los reguladores. Es posible que los reguladores tengan dificultades para entender la Red Lightning lo suficiente como para promulgar una legislación adecuada.
Si los reguladores tienen dificultades, los usuarios de criptomonedas convencionales también podrían tener dificultades para utilizar la red Lightning. Incluso si los reguladores entienden el protocolo, podrían no permitir la Red Lightning debido a su anonimato.
Las transacciones anónimas podrían asustar a los legisladores, teniendo en cuenta que sólo pueden ver una transacción finalizada después de que un usuario cierre su canal de pago, no las transacciones individuales realizadas dentro de un canal.
El futuro de Lightning Network
Afortunadamente para la Red Lightning su adopción va en aumento. Según DappRadar, hay más de 110 millones de dólares en Bitcoin bloqueados en la Lightning Network. Puede tratarse de personas que pagan por bienes y servicios, que utilizan aplicaciones, que apuestan y mucho más.
Algunas aplicaciones son vitales para el uso de la red, como los monederos compatibles con la Red Lightning. Teniendo en cuenta que la red Lightning es un protocolo independiente de la red principal de Bitcoin, requiere un tipo diferente de monedero para que los usuarios puedan crear canales de pago. Los comerciantes no pueden utilizar la Red Lightning sin carteras optimizadas.
Si la adopción de la Red Lightning sigue creciendo, la industria puede esperar que más desarrolladores de monederos integren el soporte de la Red Lightning. Los usuarios dedicados también pueden convertirse en un nodo, acelerando los tiempos de transacción de la Red Lightning.
También cabe destacar que el desarrollo de Lightning se ha ampliado para funcionar como una solución de capa 2 en varios proyectos. Los intercambios de criptodivisas también están empezando a apoyar el protocolo, llevando la Red Lightning a tantos comerciantes como sea posible.
Los intercambios que integran la Red Lightning permiten a los comerciantes retirar pequeñas cantidades de Bitcoin de forma barata e instantánea (incluso cuando el Bitcoin está congestionado). Sin la Red Lightning, los usuarios pueden sufrir las altas tarifas de transacción y los tiempos de espera debido a la tecnología tradicional de Bitcoin.
Las torres de vigilancia, un servicio de protección de terceros formado por varios nodos especializados, también se han introducido en la Red Lightning. Algunos nodos se desconectan de vez en cuando, dejando sus canales de pago abiertos a estafas de transacciones fuera de línea.
En lugar de dejar su canal desatendido, un participante puede pagar una pequeña cuota a una torre de vigilancia y proporcionar un significante relacionado con la transacción del canal. La torre de vigilancia utiliza el indicador para identificar el canal del usuario entre todos los demás y lo vigila.
Si la torre de vigilancia detecta una actividad maliciosa, como el intento de la parte contraria de cerrar el canal de pago, congelará automáticamente los fondos y los devolverá al usuario desconectado. La torre de vigilancia también penalizará a la parte maliciosa eliminando sus fondos del canal.
En resumen
La creación de una red de canales de micropagos permite la escalabilidad de bitcoin, micropagos e incluso satoshis, de forma casi instantáneas.
Estos canales de canales representan transacciones reales de Bitcoin, utilizando los opcodes de scripting de Bitcoin para permitir la transferencia de fondos sin riesgo de robo de la contraparte.
Si todas las transacciones que utilizan Bitcoin estuvieran en la cadena de bloques, para permitir que 7.000 millones de personas realizaran dos transacciones al día, se necesitarían 24GB bloques cada diez minutos en el mejor de los casos (suponiendo 250 bytes por transacción y 144 bloques al día).
Llevar a cabo todas las transacciones de pago globales en la blockchain hoy implica que los mineros tendrán que hacer una cantidad increíble de de computación, limitando severamente la escalabilidad de bitcoin y los nodos completos a unos pocos procesadores centralizados.
Si todas las transacciones con Bitcoin se realizaran dentro de una red de canales de micropagos, para permitir a 7.000 millones de personas hacer dos canales por año con transacciones ilimitadas dentro del canal, se necesitarían 133 MB de bloques (suponiendo 500 bytes por transacción y 52560 bloques por año).
Los ordenadores de sobremesa actualmente, podrán ejecutar un nodo completo con los bloques antiguos eliminados en 2 TB de almacenamiento.
Con una red de canales de micropagos confirmados al instante cuyos pagos están gravados por timelocks y salidas de hashlock, Bitcoin puede escalar a miles de millones de usuarios sin riesgo de custodia o centralización de la cadena de bloques cuando las transacciones se realizan de forma segura fuera de la cadena utilizando scripts de bitcoin, con la aplicación de la no cooperación mediante la difusión de transacciones firmadas con múltiples firmas firmadas en la cadena de bloques.Thaddeus Dryja y Joseph Poon
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