Bitcoinin salamaverkko (Lightning Network)

Salamaverkko (Lightning Network) on ratkaisu Bitcoinin skaalautuvuusongelmiin. Sen avulla voidaan lähettää mikromaksuja lähes reaaliajassa ilman kuluja. Tässä artikkelissa käydään läpi salamaverkon historia sekä tekninen toiminta.

Salamaverkon historia ulottuu Bitcoinin alkuvuosiin

Salamaverkko on konseptina jo useita vuosia vanha. Sen ensimmäiset askeleet voidaan jäljittää aina vuoteen 2009 ja Bitcoinin ensimmäisin koodiversioihin. Satoshi Nakamoto kirjoitti jo tuolloin payment channels -ideasta eli maksukanavasta kahden (tai useamman) tahon välillä.

Ajatusta maksukanavista kehitettiin eteenpäin vuosien 2011 ja 2015 välisenä aikana. Työhön osallistui yksittäisiä sovelluskehittäjiä, teknologia-alan yrityksiä sekä yhteisöjä. Mitään lopullista ja mullistavaa ratkaisua ei kuitenkaan saatu aikaan.

Voit lukea lisää maksukanavien alkuvaiheista tästä Bitcoin Magazinen artikkelista.

Vuonna 2015 syntyi konsepti nimeltään Lightning Network eli suomennettuna salamaverkko. Tadge Dryja ja Joseph Poon julkaisivat ensimmäisen version whitepaperista otsikolla ”The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments”. Tämä tapahtui vuoden 2015 helmikuussa.

Salamaverkon whitepaper esitteli konseptin Poon-Dryja -maksukanavista, jotka mahdollistivat kanavan päivittämisen molempiin suuntiin rajattoman monta kertaa. Myös teknologia nimeltään Hashed Timelock Contracts (HTLCs) oli merkittävä osa salamaverkon konseptia.

Samoihin aikoihin myös Bitcoinin skaalautuvuuskeskustelu kävi kuumana. Aiheesta järjestettiin kaksi merkittävää Scaling Bitcoin -konferenssia vuoden 2015 lopulla (Montrealissa ja Hong Kongissa). Poon ja Dryja esittelivät Lightning Network -konseptinsa yhä suuremmalle yleisölle. Idealle saatiin kattava tuki Bitcoin-kehittäjiltä.

Salamaverkon tunnetuimmat implementaatiot

Salamaverkko perustuu Bitcoinin tavoin avoimen lähdekoodiin. Tästä johtuen eri tahot ovat kehittäneet omaa implementaatioitaan Lightning Network -ohjelmistosta. Merkittäviä operaattoreita ovat ACINQ, Blockstream sekä Lightning Labs. Yhtiöt ovat kehittäneet salamaverkon speksejä yhteistyössä ja varmistuneet siten yhteensopivuudesta.

Blockstream aloitti kehitystyön jo vuonna 2015. Heidän versionsa on nimeltään c-lightning johtuen sen ohjelmointiin käytetystä C-kielestä. Blockstreamin c-lightning on kehitetty BSD-MIT -lisenssillä. Tunnetuista kryptovaluuttapörsseistä mm. Bitfinex käyttää Blockstreamin implementaatioita.

Lightning Labs on tammikuussa 2016 startannut fintech-yhtiö. Sen perustajina ovat em. whitepaperin kirjoittaneet Tadge Dryja ja Joseph Poon yhdessä Elizabeth Starkin sekä Olaoluwa Osuntokunin kanssa.

Moni yhdistää salamaverkkoteknologian nimenomaan Elizabeth Starkiin, joka on ollut aktiivinen puhuja maailman eri konferensseissa viimeisen parin vuoden aikana. Stark on Lightning Labsin toimitusjohtaja ja twiittailee myös ahkerasti handlella @starkness. Lightning Labsin implementaatio on nimeltään lnd. Se on koodattu Go-ohjelmointikielellä.

Löydät lisätietoa muista tunnetuista salamaverkon implementaatioista tästä linkistä.

Salamaverkon käyttöönotto vaati myös muutoksia Bitcoin Core -ohjelmistoon. Tärkein näistä oli elokuussa 2017 julkaistu SegWit eli Segregated Witness -päivitys. Sen käyttöönotto sai aikaan myös Bitcoin Cashin haarautumisen Bitcoinista. SegWit ei ole siis aktivoituna Bitcoin Cashissa.

Salamaverkon kehitys viime vuosina

Salamaverkko muuttui teoriasta käytäntöön vuosien 2017 ja 2018 taitteessa. Lightning Labsin kehittäjä Alex Bosworth twiittasi 28.12.2017 maksaneensa puhelinlaskunsa salamaverkon avulla:

Mainnet Lightning Network paying my actual phone bill with actual Mainnet funds on @bitrefill. Speed: Instant. Fee: Zero. Future: Almost Here. pic.twitter.com/futhn502Lp

— Alex Bosworth (@alexbosworth) December 28, 2017

Blockstream ja Lightning Labs julkaisivat vuoden 2018 alussa ensimmäiset versiot ohjelmakoodista, mikä mahdollisti innokkaiden henkilöiden liittymisen verkkoon. Salamaverkko koostuu Bitcoinin tavoin nodeista (solmuista), jotka ovat ohjelmakoodia pyörittäviä palvelinkoneita.

Lightning Labs julkaisi maaliskuussa 2018 beta-version omasta implementaatiostaan, joka oli merkittävä askel. Yhtiö keräsi samalla 2,5 miljoonan dollarin rahoituspotin. Yksi sijoittajista oli Twitterin toimitusjohtaja Jack Dorsey, joka on tunnettu salamaverkon ja Bitcoinin puolestapuhuja.

Salamaverkko on kasvanut tasaisesti viime vuosina. Löydät tilastotietoa esim. sivuilta 1ml.com/statistics/ sekä bitcoinvisuals.com/lightning/.

Solmujen (node) määrä on kymmenkertaistunut noin 12.000 solmuun vuosien 2018 ja 2021 välisenä aikana. Maksukanavia on tällä hetkellä noin 45.000 kappaletta – niiden määrä on tuplaantunut kahdessa vuodessa. Verkkoon on lukittuna hieman yli 55 miljoonan dollarin arvosta bitcoineja. Määrä on viisinkertaistunut vuoden aikana.

Käydään seuraavaksi läpi, mitä tämä teknologia oikein tarkoittaa.

Salamaverkko vie transaktiot toiselle tasolle

Salamaverkon taustalla on siis kauan jatkunut keskustelu (sanasota) Bitcoinin skaalautuvuudesta. Bitcoin on teknologiana jo yli 10 vuotta vanha, ja sen transaktiokapasiteetti on hyvin rajallinen. Karkasti sanottuna, skaalaus voidaan hoitaa kahdella tavalla:

1. Kasvatetaan lohkoketjun lohkon kokoa, jolloin siihen mahtuu enemmän transaktioita. Bitcoin Cash valitsi tämän tien.
2. Siirretään pienet ja verkkoa kuormittavat transaktiot pois Bitcoinin lohkoketjusta. Tätä ratkaisua kutsutaan nimellä Layer 2.

Bitcoin ei ole ainoa kryptovaluutta, joka painii saman ongelman kanssa. Ethereumin lohkoketju on ollut tukossa vuodesta 2020 lähtien. Sielläkin kuormaa puretaan juuri Layer 2 -ratkaisulla. Verkkoa kuormittavat sovellukset siirretään mm. Polygon-sivuketjuun.

Lightning Network -arkkitehtuuri näyttää tältä (lähde):

Lightning on yksi monista protokollista, jotka ilmestyvät tulevina vuosina Bitcoinin lohkoketjun ”yläpuolelle”. Kolmannen tason muodostavat sitten loppukäyttäjien ohjelmistot, kuten lompakot.

Salamaverkon ideana on tarjota vaihtoehtoinen verkko etenkin mikromaksuja varten. Salamaverkossa voi siirtää suuriakin maksuja, mutta tämä vaatii verkon kapasiteetilta kasvua. Sen edut tulevat esiin pienissä transaktioissa, jotka on saatava perille parissa sekunnissa esim. kaupankäyntitilanteessa.

Salamaverkkoteknologia mahdollistaa transaktiot ilman niiden kirjaamista Bitcoinin lohkoketjuun. Tällä hetkellä lohkoketjuun luodaan lohko 10 minuutin välein, ja kapasiteetti on noin seitsemän transaktiosta per sekunti. Kahvikupin ostaminen ei ole näillä spekseillä järkevää. Myös verkon transaktiokulut ovat pieniin maksuihin liian kalliit.

Kun transaktiot siirretään pois Bitcoinin lohkoketjusta, päästään eroon 10 minuutin lohkoajasta sekä kalliista kuluista. Salamaverkon avulla transaktiot ovat käytännössä reaaliaikaisia, eli maksusuoritus on vähintään yhtä nopeaa kuin luottokorttia käytettäessä.

Salamaverkon tekninen toiminta

Salamaverkon ymmärtämiseksi on syytä ensin sisäistää Bitcoinin toimintaperiaate. Jos se ei ole sinulle ennestään tuttu, ole hyvä ja lue ensin tämä artikkeli.

Bitcoinin verkkoa valvovat tuhannet tietokoneet, joita kutsutaan solmuiksi (engl. node). Solmut pyörittävät Bitcoin Core -ohjelmistoa. Verkko on luonteeltaan avoin (engl. permissionless), eli kuka tahansa voi liittyä sen ylläpitäjäksi milloin tahansa.

Salamaverkko koostuu vastaavista nodeista, jotka pyörittävät salamaverkon ohjelmakoodia. Myös tähän verkkoon voi liittyä kuka tahansa ja tarjota oman tietokoneensa kapasiteettia. Noden pyörittäjä voi määritellä myös hinnan läpikulkevalle liikenteelle ja tienata transaktiopalkkioita.

Tämän jälkeen alkavat eroavaisuudet. Salamaverkon solmun ylläpitäjän on valittava, miten monta kanavaa hän haluaa avata. Tämän jälkeen ylläpitäjän on ”steikattava” eli varattava bitcoineja jokaista kanavaa varten.

Käytännössä salamaverkon node sisältää Lightning-lompakon, johon sen ylläpitäjä tekee talletuksen. Tämän jälkeen voidaan avata maksukanavia ja asettaa niille kapasiteetti X bitcoinia per kanava. Salamaverkko ei ole vielä tarkoitettu suurien siirtojen tekemiseen. Jos yrität lähettää esim. 100 bitcoinia salamaverkolla, et välttämättä löydä riittävän suuria maksukanavia sen prosessointiin.

Salamaverkko eroaa toimintalogiikaltaan myös internetistä. Kun muodostat yhteyden netissä tiettyyn palvelimeen, protokolla vie yhteydenottopyyntösi eteenpäin keskuspalvelin kerrallaan kohti lopullista päätepistettä.

Salamaverkko käyttää source routing ja onion routing -teknologioita. Tämä tarkoittaa sitä, että lähettäjä (node) laskee optimaalisen reitin vastaanottajalle verkon sen hetkisen rakenteen perusteella. Tämän jälkeen ”reittiopas” paketoidaan kryptattuihin tasoihin, joiden avaaminen muistuttaa sipulin eri kerrosten kuorimista. Tästä nimitys onion routing.

Jokainen yhteydenottoa välittävä node saa vain tiedon seuraavasta kohteesta, ja kuorii ikään kuin reittoppaasta yhden tason kerrallaan.

"People ask how many transactions are happening on the Lightning Network. The answer is a very comforting: we have no clue."

from LTB #389: https://t.co/uz8I8ElljK

— Andreas (@aantonop) February 26, 2019

Andreas Antonopoulous twiittasi aiheesta osuvasti. Kukaan ei tiedä, miten monta transaktiota salamaverkossa oikein tapahtuu, ja se on hyvä asia se. Kannattaa tsekata myös twiitissä oleva linkki.

Lightning Network ja maksukanavat

Salamaverkkoteknologian ytimessä ovat maksukanavat, jotka avataan kahden eri tahon välille. Tässä kohtaa mukaan tulevat älysopimukset, joiden avulla pidetään kirjaa lompakoiden välisestä balanssista.

Alla olevasta videosta saat kuvan salamaverkon toimintalogiikasta visuaalisessa ja varsin simppelissä muodossa.

Koska kyseessä on tuhansia solmuja (node) sisältävä verkko, niin kanavia on käytännössä huomattavasti enemmän kuin 1-2 kappaletta.

Salamaverkko toimii siten, että lähettäjä hyödyntää jatkuvasti jo olemassa olevia kanavia. Kun salamaverkkoon liittyy uusi node, sen ylläpitäjä voi valita mihin muihin palvelimiin se on suoraan yhteydessä. Näin verkkoon muodostuu koko ajan uusia kanavia ja lisää kapasiteettia. Aiemmin artikkelissa ollut kuva näyttää kanavia olevan noin 4x enemmän kuin node-palvelimia.

Tähän liittyy yksi yleinen virhekäsitys. Jos ostat kupin kahvia salamaverkon avulla, et avaa henkilökohtaisesti kanavaa kahvilan ja sinun välille. Käytännössä lompakkosoftasi sekä kahvilan käyttämä operaattori ovat jo verkossa ja yhteydessä toisiinsa satojen olemassa olevien kanavien kautta.

Salamaverkon käyttö

Otetaan lopuksi hieman konkretiaa, eli miten salamaverkko toimii tavallisen käyttäjän näkökulmasta? Pitääkö henkilön avata maksukanavia, etsiä oikeat nodet, tai muuta vastaavaa.

Salamaverkon käyttö tapahtuu seuraavasti.

1. Lataa Lightning-lompakko (käytetään lähinnä mobiililompakoita)
2. Siirrä lompakkoon bitcoineja
3. Käytä salamaverkkoa
4. Siirrä Lightning-lompakon varat takaisin Bitcoin-lohkoketjuun

Ensimmäisessä vaiheessa tarvitset siis Lightning-lompakon. Tunnettuja vaihtoehtoja ovat mm. Wallet of Satoshi sekä Bluewallet. Molemmat ovat hyvin helppokäyttöisiä lompakoita ja tarjolla sekä iOS että Android-versioina.

Seuraavaksi siirrät lompakkoosi varoja. BlueWallet sekä Wallet of Satoshi sisältävät tätä operaatiota varten erillisen Bitcoin että Lightning-lompakon. Luo esim. BlueWallettiin uusi Bitcoin-lompakko ja lähetä siihen bitcoineja olemassa olevasta osoitteesta. Tämän jälkeen voit luoda uuden Lightning-lompakon ja siirtää bitcoinit siihen Refill-toiminnolla.

Wallet of Satoshi toimii samalla idealla: käytössä on erillinen Bitcoin ja Lightning-lompakko. Kun lähetät bitcoineja Wallet of Satoshin Bitcoin-lompakkoon, se konvertoi ne automaattisesti Lightning-lompakkoon satosheiksi. Yksi välivaihe jää siis pois.

Satoshien lähettäminen salamaverkossa eroaa hieman Bitcoin-lähetyksistä. Vastaanottaja luo invoicen eli laskun tietylle summalle. Tämän jälkeen lompakko-ohjelmisto generoi sille QR-koodin sekä osoitteen.

Kuten näkyy, invoicen osoite on numeroista ja kirjaimista koostuva, pitkä, merkkijono.

Tässä kohtaa tulee siis selkeä ero Bitcoin-transaktioihin. Voit esimerkiksi mennä Blockchain.com exploreriin, avata uusimman lohkon transaktiot ja poimia listalta satunnaisen Bitcoin-osoitteen. Tämän jälkeen voit lähettää siihen haluamasi määrän bitcoineja milloin tahansa.

Salamaverkossa lähetys onnistuu vain invoiceen, jonka vastaanottaja on ensin generoinut.

Lightning-lompakoissa käytetään BTC:n sijasta yksikkönä satoshia. Tämä johtuu siitä, koska lompakot on tarkoitettu mikromaksuja varten. Pienten summien ilmaisu on huomattavasti helpompaa satoshina kuin BTC:nä. Esimerkiksi 150 sat on paljon selkeämpi ilmaisu kuin vs 0,0000015 BTC.

Yksi satoshi on yksi sadasmiljoonasosa bitcoinista.

Alla on hyvä video BlueWalletin käyttöönotosta.

Salamaverkossa toimiminen on siis hyvin helppoa. Kun haluat vastaanottaa satosheja, lompakkosi generoi invoicen haluamallesi summalle. Tämän jälkeen voit jakaa kyseisen invoicen osoitteen tai QR-koodin lähettäjälle. Siirrot tapahtuvat käytännössä reaaliajassa ja ilman kuluja.

Ainoa hieman hankala vaihe on paluu salamaverkosta takaisin Bitcoin-lohkoketjuun. Jos haluat siirtää satoshi-saldosi Bitcoin-osoitteeseen, tarvitset kolmannen osapuolen välityspalvelua. Esimerkiksi BlueWallet ohjaa zigzag.io-pörssiin. Toinen suosittu välityspalvelu on Coinplaza.

Salamaverkko ja kritiikki

Salamaverkko on täällä tänään, siitä ei ole epäilystäkään. Tilanne oli vielä hyvin erilainen pari vuotta sitten, mutta verkon kapasiteetti on kasvanut nopeasti. Tämän lisäksi Lightning Network todellakin toimii! Transaktiot ovat salamannopeita ja käytännössä ilmaisia. Teknologialle löytyy myös omat kriitikkonsa.

On totta, että salamaverkko ei ole sinänsä maailmaa mullistava teknologia. Esimerkiksi Ripplen XRP-tokenit tai Stellar Lumensit ovat siirtyneet parissa sekunnissa jo vuosien ajan. Myös moni muu 3. sukupolven platform tarjoaa käytännössä reaaliaikaiset siirrot lähes nollakuluilla.

Salamaverkko eroaa muista ratkaisuista sen hajautetun luonteen sekä Bitcoin-selkärangan vuoksi. Moni nopea platform on enemmän tai vähemmän keskitetty ja pohjautuu Proof of Stake -konsensusalgoritmiin, jossa verkon validaattoreina ovat sen varakkaimmat yksilöt.

Toisaalta, osa kriitikoista on huolissaan salamaverkon keskittymisestä suurten operaattoreiden käsiin. Ehkä maailman jättiläispankit tai muut instituutiot avaavat suuren kapasiteetin palvelimia, jonka jälkeen iso osa liikenteestä ohjautuisi kyseisten pullonkaulojen läpi?

Alla oleva video tarjoaa paljon hyödyllistä informaatiota salamaverkosta. Haastateltavana on historiaosiosta tuttu Tadge Dryja.

Tällä hetkellä siirtyminen Bitcoin-verkosta salamaverkkoon ottaa oman aikansa. Lightning-lompakosta saat hyödyn irti vain silloin, kun se sisältää jo valmiiksi riittävästi varoja maksuja varten. Jos kävelet esim. ostamaan kahvikuppia tyhjällä Lightning-lompakolla, joudut odottamaan ensin Bitcoin -> Lightning siirtoa muutamasta minuutista jopa tuntiin.

Myös salamaverkosta siirtyminen takaisin Bitcoin-lohkoketjuun on vielä turhan vaivalloinen operaatio.

Salamaverkko ei ole siis täydellinen ratkaisu. Sillä on omat rajoitteensa sekä heikkoutensa, kuten kaikilla muillakin teknologioilla. Potentiaali on kuitenkin nähtävissä jo nyt. Lightning-lompakon käyttö on vaivatonta, ja satoshit todellakin liikkuvat lähes reaaliajassa ympäri maailmaa!

Loppujen lopuksi palataan aina kysymykseen, joka jakoi myös Bitcoin-yhteisön vuonna 2017. Onko skaalaus todella mahdollista suorittaa myös Layer 1 -tasolla? Tämän kysymyksen kanssa joutuvat tulevaisuudessa painimaan myös muut kryptovaluutat. Esimerkiksi Ethereum on ottanut myös käyttöön Layer 2 -ratkaisut.

Jack Mallers, Strike sekä El Salvador

Salamaverkko nousi kesällä 2021 otsikoihin ympäri maailmaa, kiitos Jack Mallersin sekä Striken. Kyseessä on salamaverkkoa hyödyntävä palvelu, joka mahdollistaa valuutan siirtämisen reaaliajassa ja ilman kuluja ympäri maailmaa. Ja nyt puhutaan myös fiat-valuutasta sisältäen konversion valuutasta toiseen!

Tämä video havainnollistaa huikean esimerkin. Jack Mallers luo siinä maksusopimuksen, joka siirtää dollareita vastaanottajan tilille euroiksi Yhdysvalloista Eurooppaan viiden sekunnin välein!

Jack Mallers ja Strike nousivat otsikoihin kesäkuussa 2021, jolloin El Salvador ilmoitti tekevänsä bitcoinista laillisen maksuvälineen! Mallers oli vienyt Strike-sovelluksen maahan jo kuukausia aiemmin. El Salvadorin johto innostui salamaverkon ja Bitcoinin mahdollisuuksista toden teolla. Loppu on historiaa.

Strike tarjoaa etenkin apua valtavaan rahanvälitysbisnekseen. Peräti viidennes El Salvadorin BKT:sta koostuu Yhdysvalloista tulevista rahanlähetyksistä. Siirtotyöläisenä olevat henkilöt lähettävät rahaa takaisin kotimaassa oleville perheenjäsenilleen. Globaalit jättiläiset vetävät välistä jopa kymmeniä prosentteja. Striken avulla siirto voidaan tehdä ilman kuluja parissa sekunnissa.

El Salvadorin lakimuutos tuo bitcoinista myös virallisen maksuvälineen. Näin maan kansalaiset voivat ottaa ensimmäisinä maailmassa käyttöön Bitcoin-standardin. Kun kaikki tuotteet ja palvelut voi ostaa bitcoineille, oman varallisuuden voi pitää halutessaan sataprosenttisesti bittirahoissa. Salamaverkko mahdollistaa mikromaksujen tekemisen ostotilanteessa.

—

Lopuksi voi suositella Bitcoin-jeesus Andreas Antonopoulosin videota, jossa oiotaan muutamia yleisiä väärinkäsityksiä salamaverkosta ja selitetään hyvin monia tässä artikkelissa sivuttuja asioita.

Kuva: Pexels, Flickr / PICNIC Network, Photo by NASA on Unsplash