Das LN (Lightning Network)

Bitcoin

Die erste, grösste und bekannteste Kryptowährung heisst Bitcoin. Das Netzwerk wurde 2009 von Satoshi Nakamoto veröffentlicht unter dem Vorwand das, dass Geldsystem völlig Kaputt und veraltet ist und etwas neues her muss. Nach dem Finanzcrash 2007 baute er fleissig an diesem „magischen Internet Geld“ und löste ein Wichtiges Problem: Das Double Spending Problem. Das Problem war bis zu diesem Zeitpunkt, dass digitale Informationen, Daten und Zahlen einfach beliebig of vermehrt oder geändert werden konnten, ohne sie von einer Zentralen Organisation zu überwachen lassen. Und das war Satoshi ganz Wichtig, weil eine Zentrale Organisation früher oder später diese Macht für sich ausnutzen wird. Vor allem in der Geldgeschichte wurde praktisch jede zentral geregelte, auf einer beinahe unendlich leicht herstellbaren Währung oft Missbraucht.

Bitcoin läuft mittlerweile seit über 12 Jahren und das ohne Fehler. Wie Bitcoin funktioniert werde ich aber in diesem Artikel nicht weiter behandeln. Aber schauen wir uns doch kurz an wofür Bitcoin erschaffen wurde und welche Probleme noch bestehen.

Das Ziel von Bitcoin

Bitcoin ist das solideste Geld was wir jemals hatten. Wir können mit absoluter Sicherheit sagen dass es nie mehr als 21 Millionen Bitcoin geben wird. Dadurch ist Bitcoin deflationär. Durch die Blockchain werden die ganzen Transaktionen die jemals gemacht wurden abgespeichert. Das Problem ist jetzt aber, dass Bitcoin im schnitt nur 7 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, weil die maximale Blockgrösse und somit die Anzahl der Transaktionen begrenzt ist. Wenn wir das jetzt mit den Altbekannten Anbietern wie VISA und Mastercard vergleichen, können diese mehrere zehntausend Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Dies führt dazu, dass die Transaktionsgebühren relativ teuer werden, weil diese durch Angebot und Nachfrage bestimmt werden. Man kann sich Bitcoin also als Settlement Layer vorstellen, wie zum Beispiel FED Wire von der US-Zentralbank.

The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks. - Satoshi Nakamoto

Ziele von Lightning

Lightning versucht die oben benannten Probleme zu lösen und sogar noch einige mehr. Auch werden neue Möglichkeiten geschaffen welche wir später noch genauer anschauen werden.

Lightning ist ein Protokoll welches auf Bitcoin aufbaut, und ist völlig Open Source. Das heisst, theoretisch könnte man das LN (Lightning Netzwerk) auch auf anderen Kryptowährungen anwenden und benutzen. Zur Zeit geschieht dies aber noch nicht, weil die meisten anderen Kryptowährungen eher versuchen, diese Probleme auf dem Mainlayer zu lösen. Ob dies sinnvoll ist oder nicht lasse ich einfach mal so stehen.

Als Ziele haben sich die Entwickler von Lightning und die Community verschiedenste Dinge gesetzt:

‣ P2P Netzwerk mit Zahlungskanälen zwischen den einzelnen Nutzern ‣ Routing über fremde Kanäle
‣ Skalierbarkeit von Bitcoin ausgleichen
‣ Geringe oder gar keine Netzwerkgebühren
‣ Hohe Privatsphäre

Wie Lightning entstanden ist

Man merkte schon relativ früh, das man bei Bitcoin einige Probleme hat, wenn man damit einen Kaffe zahlen will. Die Transaktionsgebühren können da schnell mal höher als der Kaffe selbst sein. Dies ist natürlich nicht Zielführend und Ökonomisch kompletter Blödsinn. Deshalb machte man sich schon früh Gedanken wie man dies Verbesser könnte. Es gibt drei Methoden um dieses Problem zu lösen:

‣ Maximale Blockgrösse erhöhen (mehr Transaktionen) ‣ Zeit zwischen den Blöcken verkleinern
‣ Einführung eines Second Layer

Das Problem bei den ersten zwei Punkten ist, dass mit diesen Funktionen es sich viel schwieriger gestaltet ein eigene Node (Knotenpunkt) zu betreiben. Dieser Knotenpunkt müsste viel mehr Speicher haben als heute (ca. 300 GB) und würde somit mehr kosten. Auch müsste der Prozessor viel besser werden und somit mehr Energie verbrauchen, weil mehr Transaktionen validiert werden müssen. Weil es den Bitcoinern sehr wichtig ist, dass sie nicht auf andere Vertrauen müssen, sondern alles selber verifizieren können.

Don’t trust, verify! - bekannter Bitcoin Spruch

Somit bleibt nur die Lösung eines Second Layers übrig. Auch wenn der Grossteil der Bitcoin Community für den Second Layer war, gab es ein kleines Lager welches trotzdem für die Erhöhung der Blockgrösse war. So entstand Bitcoin Cash (BCH). Sie Forkten somit die Bitcoin Blockchain und es entstand ein neuer Abzweiger. Die Blockgrösse wurde von 1 MB auf 32 MB angehoben.

Damit man den Second Layer mit Bitcoin verknüpfen konnte musste noch das SegWit (Segregated-Withness) Update implementiert werden. Auch hier waren über 90 % der Bitcoin Community für ein Update, was ein Softfork bildete. Softforks sind nichts schlechtes und sind eigentlich nur Software-Updates, welche Rückwärtskompatibel sind.

Lightning wurde somit 2015 vorgestellt und 2018 veröffentlicht, auch wenn Lightning immer noch in den Kinderschuhen steckt hat es ein Riesen Potenzial, Vor allem wenn man sich anschaut wie schnell und gross das Netzwerk mittlerweile geworden ist.

Funktionsweise

Eines der wichtigsten Funktionen bei Lightning ist es, dass man Zahlungskanäle einrichtet, welche zwischen dir und dem Empfänger geöffnet werden. Das ausgeklügelte daran aber ist, dass man nicht zu jedem dem man eine Transaktion schickt auch einen Kanal offen haben muss. Aber schauen wir uns zuerst mal das Prinzip von einem einfachen Zahlungskanal an.

In diesem Beispiel haben Alice und Bob sich gegenseitig einen Zahlungskanal geöffnet, damit dies auch wirklich passiert muss man Liquidität hinzufügen. Das tolle daran ist, das nicht unbedingt beide müssen oder nicht gleichviel hinzufügen müssen. Dies macht vor allem Sinn wenn Alice ein Kaffe betreibt und Bob sich da jeden Morgen einen Kaffe holt. Somit muss Alice nie Geld zu

Bob senden aber Bob muss immer Geld zu Alice senden. In unserem Beispiel sind Alice und Bob Freunde und schicken sich gegenseitig immer wieder Geld. Bei der Eröffnung, also der Liquiditätseingabe wird eine Transaktion auf der Bitcoin Blockchain zu einem Multi Signature Wallet gemacht. Dieses Wallet hat zwei Private Keys und kann nur geplündert werden, wenn beide dazu zustimmen. Das Geld wird also eingefroren. Durch eine Schnittstelle erkennt das Lightning Netzwerk das und Ordnet die eingezahlten Gelder den beiden zu.

Mann kann sich vorstellen, dass innerhalb eines Zahlungskanal immer Geld Hinn und her geschickt werden kann ohne Gebühren. Dies wird digital in einem Buchhaltungsähnlichen System gespeichert. Und am Ende kommt eine neue Balance heraus welche mit der Schliessung des Channels wieder in den Mainlayer (also Bitcoin) implementiert wird. Dadurch können unendlich viele Transaktionen in maximal 4 Transaktionen auf der Bitcoin Blockchain dargestellt werden. Das absolut verrückte ist aber, das 500 Transaktionen pro Sekunde durchgeführt werden können, in jedem Channel!

Routing von Transaktionen

Um nicht bei jeder kleinsten Transaktion einen neuen Channel erstellen zu müssen gibt es noch eine weitere Möglichkeit Geld zu versenden. Dabei werden fremde Channels verwendet und eine Route wird von dir zu deinem Empfänger gesucht. Sobald diese Route gefunden ist, wird das Geld von Person zu Person vollautomatisch versendet. Als gebühr für die Mitbenutzung der Fremden Channel bezahlt man eine kleine Gebühr, welche aber sehr klein ist und meist nur wenige Cent beträgt.

Vorteile von Lightning

Das Lightning Netzwerk nutzt auch Bitcoin als Währung und ist somit ebenfalls extrem sicher und man kann garantieren das es nie mehr als 21 Millionen geben wird auf dem Lightning und Bitcoin-Netzwerk. Weil viele neue Möglichkeiten durch dieses schnelle Netzwerk geschaffen werden, wurde der Satoshi (1:100’000’000 Bitcoin) nochmal in eine kleinere Unterwährung aufgeteilt. Dabei wird 1 Satoshi in 1000 mSatoshis (mili) aufgeteilt. Ein weiterer Vorteil ist die Fehlende öffentliche Transaktionshistorie, damit ist die Privatsphäre extrem hoch und die Nachverfolgbarkeit extrem schwierig, vor allem wenn die Bezahlungen über mehrere Routing Hops (Sprünge) laufen. Man kann also sagen, dass Lightning Privacy per default hat. Lightning ist dezentral und für jeden Menschen nutzbar, welcher es nutzen will.

Anwendungsbereiche

Mittlerweile gibt es schon extrem viele Bereiche wo Lightning angewendet wird um die Vorteile von der Blockchain und von Lightning allgemein zu nutzen, einige davon Werder ich euch nun vorstellen:

Breez: Podcast Plattform

Breez funktioniert im Prinzip wie jede andere grössere Podcast Plattform wie zum Beispiel Spotify oder Apple Podcasts und viele mehr. Für den Benutzer ist Breez nicht wirklich grossartig anders aber für den Content Creator gibt es viele coole Features. Zum Beispiel kann der Nutzer einstellen wie viel Geld er zahlen will, um den Creator zu unterstützen, während er sich den Podcast anhört wird für die Zeit die er hört ein betrag abgebucht. Meiner Meinung ist dies ein extrem guter weg um vor allem kleine Podcasts zu monetisieren und guten Content zu fördern. Auch für den Nutzer ist diese Lösung ideal, weil man nur bezahlt wenn man die Dienstleistung überhaupt benutzt.

Strike: Cash App

Man kann sich Strike vorstellen wie Paypal nur mit dem entscheidenden unterschied, dass das ganze auf Bitcoin läuft. Strike ermöglicht es heute schon tausenden von Menschen auf einfachste Art und Weise Geld über die ganze Welt zu versenden und das mit dem solidesten Geld, was es überhaupt gibt, das schöne ist, dass die Werte auch wirklich verschickt werden. Hierzu ein kleiner Exkurs aus dem aktuellen Bankensystem:
Wenn jemand aus Europa jemandem Geld in Amerika schicken will, verlässt das Geld das Land nicht. Man braucht für einen Internationalen Banktransfer immer einen Gegenspieler, welcher Geld aus Amerika nach Europa schicken möchte. Diesen Vorgang nennt man ’’Clearing’’. Meistens ist das kein Problem, da viele Transaktionen das Land verlassen aber auch kommen, aufgrund dieser Liquidität geht das zumindest in Industrieländern ganz gut. Entwicklungsländer haben hier schon eher Schwierigkeiten und werden Teilweise sogar aus dem Bankensystem ausgeschlossen (Siehe Iran Swift Sanctions) Ein weiterer Vorteil der sich durch Strike ergibt, ist das die Zahlungen fast keine Gebühren verursachen. Diese sind meist im Cent / Rappen Bereich.

Sphinx /Juggernout: Chat App

Die beiden Apps versuchen ein WhatsApp mit absoluter Privatsphäre zu bauen. Um dies zu erreichen wird die Channelfunktion von Lightning benutzt, weil diese nur von den zwei Parteien eingesehen werden kann und mit höchstmöglicher Privatsphäre durch die Blockchain gesichert wird. Diese Services kosten zwar etwas, aber mit der eigenen Lightning Node (Knotenpunkt) sind diese Kosten sehr gering und liegen ebenfalls im Cent / Rappen Bereich.

Das Lightning-Netzwerk ist ein beeindruckendes Konstrukt, das ein enormes Potenzial auch abseits von günstigen Bitcoin-Zahlungen mit sich bringt. Es eröffnet viele neue Möglichkeiten und Anwendungsfälle, die dazu beitragen können unsere Welt einfacher, dezentraler und sicherer zu gestalten. - Blocktrainer

Probleme und Lösungen

Spieltheoretisch gibt es einige Angriffspunkte, welche das Netzwerk zu scheitern bringen könnte. Einer davon wäre, wenn man einen grossen Knotenpunkt betreibt, wo viele Channels hin und weg führen und diese Channels versucht zu deanonymisieren. Weil das LN aber aus vielen Channels besteht und exponentiell weiter wächst ist dies extrem schwierig und wird mit der Zeit auch noch schwieriger. Theoretisch könnte Lightning auch in jeder anderen Kryptowährung angewendet werden.

Zur Zeit ist ein Grosses Problem noch die Usability, also die Nutzbarkeit von solchen Produkten. Bei vielen muss man selber eine Node betreiben, oder man muss ein Castodial Wallet wie Bluewallet benutzen.
Ein weiterer Punkt ist die Liquidität in den Channels. Um eine Transaktion von 50’000 Sats durchzuführen müssen auch 50’000 Sats im Channel sein, bei Nutzern mit wenigen Channels stösst man damit sehr schnell an die Grenzen, aber eine Lösung für dieses Problem ist schon in Sichtweite. In Zukunft können Transaktionen auf mehrere Channels aufgesplitet werden, was dieses Problem praktisch behebt. Auch gibt es mittlerweile Lösungen aus der Community, wobei sich kleine Gruppen zusammensetzten und einen Ring of Fire bauen. Meist sind das 10-30 Leute die sich gegenseitig Channels in einer Ringformation aufbauen, wobei jeder Channel eine extrem hohe Liquidität hat, dies hat viele Vorteile, weil dadurch eine Art Autobahn entsteht und viele kleine Knotenpunkte mit Grossen und wiederum kleinen verbunden werden. Da sich die Leute alle kennen, können sie sich bei einem Fehlerfall gegenseitig darauf hinweisen, dass etwas nicht stimmt.
Ein anderer Angriffspunkt könnten Floot-Attacks sein, hier werden wie bei DDoS Attacken viele Anfragen in sehr kurzer Zeit gestellt, was das Netzwerk überlasten kann.

Channels schliessen

Um das Geld wieder zurück auf den Mainlayer zu bringen muss man Channels schliessen. Um eine Aufhebung des Channels durchzuführen gibt es 3 Varianten:
Kollaborativ: Beide Parteien sind mit der Schliessung einverstanden und signieren eine Schliessung des Channels. Die Funds welche auf dem Channel lagen sind sofort verfügbar.

Einseitig: Nur eine Partei will den Channel schliessen, und kann dies auch tun, ohne den anderen zu fragen. Die Person, welche den Channel schliessen will, muss der Blockchain das Logbuch der Transaktionen und somit dem Kontostand aushändigen (dies passiert alles im Hintergrund) damit die Schliessung durchgeführt werden kann. Sobald die zweite Partei eingewilligt hat, oder eine gewisse Zeit verstrichen ist, wird der Channel geschlossen. Die Funds sind nicht direkt verfügbar und werden erst nach Ablauf der Zeit oder nach Einwilligung freigegeben.

Bei Verstössen und Betrugsversuchen: Bei dieser Methode läuft eigentlich alles gleich wie bei der Einseitigen schliessung. Der Unterschied ist aber, dass die Person, welche den Channel schliessen will betrügen will und er reicht bei der der Schliessung eine manipulierte Transaktionshistorie ein. Um dies zu verhindern gibt es einen raffinierten Mechanismus. Die zweite Partei hat die Möglichkeit Einspruch zu erheben mit Hilfe der Breach-Remedy Transaktion, weil der Kontostand des Channels nicht stimmt. Wenn er beweisen kann, das dies der Fall ist, wird die Person, welche versuchte zu Betrügen bestraft, indem die ganzen Funds der anderen Person gutgeschrieben werden. Auf deutsch nennt man diese Transaktion auch Gerechtigkeitstransaktion.

Fazit

Auch wenn Bitcoin und vor allem auch Lightning noch in den Kinderschuhen steckt müssen wir uns bewusst sein, dass das aktuelle System nicht mehr lange funktionieren wird. Bitcoin und Lightning sind noch nicht bereit die gesamte Weltwirtschaft zu tragen und es muss noch viel verbessert werden. Hierbei geht es vor allem um die Benutzung von Menschen die sich mit diesem Thema nicht gut auskennen, sich nicht dafür interessieren oder einfach keine Zeit dafür haben. Ich hoffe dass das aktuelle System noch mindestens 5 bis 10 Jahre durchhalten kann, denn wenn heute das ganze zusammenbricht, werden viele Leute darunter leiden. Lightning ist eine Hervorragende Technologie um die Skalierbarkeit von Bitcoin zu verbessern, aber wir müssen uns auch bewusst sein, das dies nicht das Ende sein wird. Ich vermute, dass es noch weitere Layer geben wird welche auf Bitcoin oder sogar Lightning aufbauen werden um noch mehr Privatsphäre oder Funktionen integrieren zu können.

Der beste Zeitpunkt einen Baum zu pflanzen, war vor zwanzig Jahren. Der zweitbeste Zeitpunkt, einen Baum zu pflanzen, ist heute. - Chinesisches Sprichwort

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Ich check das mit den Channels eröffnen noch nicht so richtig, weil ich selber auch noch keine Node betreibe (kommt noch, sobald man wieder irgendwo Rasberrys kaufen kann :wink:)

Wie geht das jetzt wenn ich zu jemanden nen Channel eröffne? Dann wähle ich zB 1000 sats. Sind die Sats dann weg von meinem Konto?
Kriegt das Gegenüber dann diese 1000 sats gutgeschrieben?

Schau dir mal diesen Artikel zum Thema Lightning Liqudität an. Da werden nicht nur deine verbliebenen Fragen beantwortet, sondern auch alle sonstigen Infos für die ersten Gehversuche mit Lightning sehr anschaulich dargestellt :slight_smile:

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Vielen Dank für den Link, sehr interessant.

Trotzdem verstehe ich etwas noch nicht ganz (einfach erklärt, wir müssen nicht zu tief auf die technischen Details eingehen).

Wenn ich mit jemandem einen Channel eröffne, dann sende ich aus meiner On-Chain Wallet zB 100 sats in eine Multisig Wallet ein, welche von beiden Nodes verwaltet wird. Passiert dies erst, wenn mein Gegenüber rebalanced?

Nun steht der Zahlungskanal.
Aber sind meine Sats nun für immer weg oder kriege ich beim späteren schliessen des Kanals alle meine 100 sats zurück?

Fang erstmal mit unserem Einsteiger Beitrag an :slight_smile:

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Das Video hier ist auch super anschaulich und kurz gehalten :slight_smile:

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Könnte Lightning in seiner heutigen form theoretisch mit mehreren Milliarden Menschen funktionieren?

Die Bitcoins im Zahlungskanal werden doch mit jeder Bezahlung aufgebraucht? Und wenn es aufgebraucht ist muss man mit einer neuen Transaktion auf der Bitcoin Blockchain für Liquidität sorgen?
Ist das nicht ein riesen Problem? Denn viele Menschen die vom monatlichen Gehalt leben oder keine höheren Summen auf Lightning binden wollen müssten in regelmäßigen Abständen Transaktionen auf der Blockchain ausführen.

Ausgehen von den theoretisch möglichen 4000 Transaktionen pro Block (üblich sind 2500) kann die Bitcoin Blockchain im Monat rund 17 Mio. Transaktionen ausführen. Für eine globale Adoption ist das doch viel zu wenig. Wenn also mindestens 20 Mio. Menschen monatlich ihre Lightning Zahlungskanäle aufladen müssen ist das Netzwerk schon überfordert.
Oder wo liegt mein Fehler?

Um deine Lightning-Kanäle „aufzuladen“ musst du keine neuen Kanäle eröffnen. Ist ein Kanal ausgegeben, kann dieser wiederum BTC empfangen, sprich, du verdienst sie wieder. Dein Gehalt, das dir in Lightning-BTC bezahlt wird, füllt deine Kanäle wieder auf. Der „normale“ Mensch wird insofern vermutlich nie mehr eine On-Chain-Transaktion durchführen müssen. Die Zahlungsabwicklungen des Alltags werden Lightning-Only sein und die meisten Menschen werden hierfür auch Custodial-Lösungen in Anspruch nehmen und insofern ohnehin nicht mitbekommen, was da überhaupt passiert, genau wie heute kaum jemand weiß, was bei einer VISA Zahlung im Hintergrund passiert :smiley:

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Stimmt das würde das Problem lösen. Aber höhere Summen würde man doch nach und nach immer auf die die Blockchain übertragen. Hoffentlich kann Bitcoin dann die vielfältigen Fälle einer on-chain Transaktion bei globaler Adoption tragen.

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Eben das wird nicht mehr der Fall sein können. Bei Bitcoin Preisen im 7 - 9 Stelligen Bereich macht Ottonormalanwender keine Onchain Transaktionen.

Kann Lightning denn so sicher sein wie der Mainlayer? Ich meine ist es vorstellbar das Leute ihre Ersparnisse auf Lightning halten? Das wäre irgendwie komisch. Wenn Lightning so sicher ist, wieso sollte dann einer noch on-chain Transaktionen machen wollen? Dann wäre Bitcoin ja so was wie Gold was eigentlich nur als Deckung für die Werte dient die in Lightning zirkulieren.

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Nein

Ja, denn das tuen sie jetzt schon. (Bank)

Ob sich Lightning als Second Layer durchsetzen wird ist noch nicht im Ansatz geklärt.

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Ein second layer der so gut wie gar keine on-chain Transaktionen erfordert könnte möglicherweise die Existenz der Miner gefährden. Wenn alle Bitcoins gemint sind können die Miner sich ja nur noch von Transaktionsgebühren finanzieren.

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Das ist korrekt. Aber ein Second Layer funktioniert möglicherweise nicht für grosse Beträge. Also frei nach dem Motto, alles über 1 Mio. heutiger Wert geht über den Main Layer.

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@Snuups
Da kann ich dir keineswegs Recht geben. Natürlich ist der Betrag abhängig von der Grösse der Kanäle, allerdings kann ich dir aus eigener Erfahrung berichten, dass auch >1Msat geroutet werden. Und selbst dieser Betrag kommt mit einer funktionierenden Node öfter vor als gedacht.

Ja natürlich, das sind aber gerade mal etwas über 200 Euro. Ich reche von einer Millionen Euro.

René Pickhardt und Carsten Otto haben kürzlich 1 BTC dutchs LN geroutet. Irgendwann ist dieser sicherlich auch seine Million wert :wink:

Aber ich weiß was du meinst.

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Uff, das ist mal ein Task. Vor allem weil die meisten Kanäle eher um 1 Mio Satoshi sind. Da muss man sich schon eine Route aussuchen, das das funktioniert. Zumal ja jeder auf der Route 100’000’000 Satoshi bewegen muss. Ich denke das ist dann OnChain billiger.

Du kannst ein payment natürlich in viele kleine payments aufteilen die sich dann einzeln den weg zum ziel suchen. Damit kannst du auch große Zahlungen realisieren ohne auf große channel kapazitäten angewiesen zu sein!

stichwort pickhardt payments

Nö nicht unbedingt, v.a. geht es hier ja um die zukunft wo so ziemlich alles on chain teurer sein wird

Wir werden sehen. Ich hoffe mal das das LN sich gut in die richtige Richtung entwickelt. Mit einer vernünftigen Automatisation werden auch mehr Kanäle und damit auch Vertrauen in das System kommen.