Layer-2: Zahlungskanäle und das Lightning Netzwerk

Ein Zahlungskanal (payment channel) ermöglicht es zwei Nutzern, eine beliebige Anzahl von schnellen Transaktionen ohne Gebühren zwischen ihnen durchzuführen, ohne die Bitcoin-Blockchain einzubeziehen. Innerhalb des Kanals nimmt ein Nutzer eine Zahlung vor, indem er der anderen Seite mit einer digitalen Unterschrift Geld zuweist. Solange beide Nutzer mit den Zahlungen einverstanden sind, kann dieses Hin und Her ewig weitergehen. Jede Seite kann den Kanal jederzeit einseitig schliessen. Beide Nutzer können dann der Blockchain den letzten gültigen Zustand des Kanals nachweisen, der dann für endgültig erklärt wird. Nur um Kanäle zu öffnen und zu schliessen, müssen die Benutzer die erste und die letzte Transaktion auf der Blockchain aufzeichnen; alle Kanalzahlungen erfolgen ausserhalb der Blockchain und sind privat.

Solche 1:1-Kanäle sind zwar schön, aber umständlich und in grösseren Netzwerken nahezu unmöglich zu nutzen, da für eine vollständige Verbindung von N Nutzern N^2 Kanäle benötigt würden. Daher ist die Möglichkeit, Zahlungen durch das Netzwerk zu leiten (routing), ohne den Peers entlang der Route vertrauen zu müssen, ein zweites Hauptmerkmal von Lightning. Das Protokoll implementiert die Weiterleitung von Zahlungen mit “Hash Time-Locked Contracts (HTLC)”. Ein solcher Vertrag sperrt die Zahlung (zuzüglich einer Gebühr), bis der Empfänger sie freigibt oder bis eine bestimmte Blockzeit verstrichen ist, in der der Sender wieder auf das Geld zugreifen kann (vgl. BIP-112). Die Weiterleitung einer Zahlung bedeutet, dass eine Reihe von HTLC-Verträgen auf dem Weg passiert werden, für die die Peers einen Teil der Weiterleitungsgebühr erhalten, weil sie Liquidität bereitstellen, damit die Zahlung durch das Netzwerk laufen kann. Während Gebühren auf dem Bitcoin Layer-1 mit der Transaktionsgrösse in Bytes variieren, richten sich die Lightning-Gebühren nach dem Zahlungsbetrag. Sie bestehen aus einer Grundgebühr und einem Gebührensatz pro gesendetem Satoshi (sat). Eine typische Überweisung in Höhe von 200 USD (ca. 318640 sat) kostet beispielsweise weniger als 1 US-Cent (12,4 sat, siehe Gebührenstatistik). Es bleibt abzuwarten, wie sich die unterschiedliche Ökonomik von Lightning für dessen Gebührenmarkt auswirkt, im Vergleich zu On-Chain-Gebühren, die auf der Byte-Grösse von Transaktionen basieren..

Im Moment ist es unmöglich, solche Beträge mit Fiat-Währungen und so hoher Privatsphäre zu transferieren. Aus dieser Perspektive erscheint das Experiment El Salvadors, Bitcoin neben dem US-Dollar zu akzeptieren, recht vernünftig, da es den 70 % der Bevölkerung, die keine Bank haben und für 24 % ihres Einkommens auf Überweisungen aus dem Ausland angewiesen sind, die Möglichkeit bietet, plötzlich ihre “eigene Bank” zu sein.

Wie sieht es mit dem Wachstum aus? Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels ist die Kapazität des Bitcoin Lightning Netzwerks (Summe der in allen öffentlichen Kanälen gesicherten Beträge) seit Jahresbeginn um 190% auf fast 3100 BTC gestiegen. Das Netzwerk wird von 16500 öffentlichen Nodes betrieben, ein Anstieg von 100% im letzten Jahr (Abbildung 2).

Drei Dinge sind bei diesen Zahlen wichtig zu verstehen: Erstens ist die Netzwerkkapazität nicht dasselbe wie der Total Value Locked (TVL) in DeFi-Protokollen – Lightning-Gelder sind eher frei als gesperrt, da sie überall im Netzwerk gesendet werden können, während DeFi-Gelder tatsächlich eingefroren sind und sich nicht bewegen können. Zweitens ist diese Schätzung eine Untergrenze, da nur öffentliche Kanäle überwacht werden können und es unklar ist, wie viele private Kanäle existieren (eine grobe Schätzung von BitMEX aus dem Jahr 2020 deutet auf einen Anteil von etwa 28 % privater Kanäle hin). Drittens, je mehr Zahlungen durchgeführt werden, d.h. je länger ein Kanal offenbleibt, desto höher sind die Einsparungen an Zeit und Gebühren im Vergleich zu On-Chain. Während SegWit das Öffnen und Schliessen von Transaktionen billiger gemacht hat, werden sie durch Taproot nicht mehr von normalen Transaktionen zu unterscheiden sein, wodurch eine weitere Ebene der Transaktionssicherheit hinzugefügt wird.

Kurz gesagt: Lightning ist ein Netzwerk von Zahlungskanälen, das (praktisch) kostenlose, sofortige und private (Off-Chain-) Zahlungen bietet, die global sind und für die Teilnahme nur eine Wallet-App auf einem Smartphone benötigen. Lightning-Zahlungen erfordern keinen Proof-of-Work-Konsens, haben keine 10-minütige Bestätigungszeit und erfordern kein Mining.

Layer-3: “Lightning Apps” und Smart Contracts auf Bitcoin

Mit dem erneuten Fokus auf Lightning wird ein interessanter Trend im Jahr 2022 das Aufkommen dezentraler Anwendungen auf Lightning sein, sogenannte “Lightning Apps (Lapps)”. Während LN agnostisch ist und auf jeder Blockchain funktioniert, die denselben Hash-Algorithmus für das Hash-Lock verwendet (z. B. Litecoin, Liquid und Stacks), zeigen wir hier einige ausgewählte Lapps, die auf Bitcoin aufsetzen (Tabelle 1).

Auf der exotischeren Seite ist sovryn.app eine Bitcoin-Handels- und Kreditplattform, die auf der Rootstock-Sidechain aufbaut und somit Smart Contracts ermöglicht, die mit der Ethereum Virtual Machine kompatibel sind. Sie bewirbt sich selbst als “Fullstack Financial Operating System” und verfolgt einen streng vertrauenslosen, dezentralen Ansatz (Sovryn Black Paper). SOV, der kürzlich auf KuCoin gelistete Governance- und Koordinations-Token, kann im Bitocracy-Governance-System eingesetzt werden, um Entscheidungen zu treffen und Zugang zu den Starts von Unterprotokollen zu erhalten. Zusätzlich zu den von Rootstock übernommenen Merkmalen zielt Sovryn in Zukunft auch auf durch zero-knowledge proofs abgeschirmte Transaktionen ab.

Das letzte Beispiel widmet sich der Förderung des Layer-3-Innovationsraums von Bitcoin: RGB ist eine Smart Contracts Lösung, die auf Bitcoin und Lightning aufbaut. Sie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und verspricht, im Bitcoin-Ökosystem das zu bieten, was DeFi-Nutzer schon seit einiger Zeit bei Ethereum und seinen Konkurrenten geniessen: Fungible Tokens (z.B. Wertpapiere, Optionen, Futures) und Non-Fungible Tokens (z.B. Kunst oder Spiele Collectibles). RGB verfolgt jedoch einen ganz anderen Ansatz, um Smart Contract-Funktionen zu ermöglichen, die, wenn sie erfolgreich sind, die Skalierbarkeit und den Datenschutz von Bitcoin auf eine neue Ebene bringen können.

Erstens werden RGB-Verträge off-chain ausgeführt und sind auf der Bitcoin-Blockchain unsichtbar. Sie werden stattdessen in einem komplexen Netz von benutzereigenen Graphen auf der Bitcoin-Blockchain verwaltet. Dieses kryptografisch anspruchsvolle Design bringt mehrere Vorteile mit sich: Off-Chain-Verträge ermöglichen eine schnellere Verarbeitung, da kein Netzwerk-Konsens und kein Mining erforderlich sind. Sie bieten auch mehr Privatsphäre, da sie herkömmliche Chainalysis-Techniken, die sich auf nachvollziehbare, in öffentlichen Blöcken aufgezeichnete Transaktionen stützen, ins Leere laufen lassen. Zweitens macht RGB die Transaktionsbeträge vertraulich (vgl. Liquid Netzwerk) und reduziert die Sichtbarkeit der Vertragshistorie auf die Eigentümer. Drittens entfernt RGB durch die Trennung von Vertragsaussteller und -eigentümer die “lebenslange” Abhängigkeit vom Vertragsinhaber (z. B. bei Ethereum und ähnlichen Chains). Bei RGB wird durch das Verstecken, wer welchen Vertrag ausführt, vor unbeteiligten Nutzern die Privatsphäre erhöht und auch die Angriffsvektoren von Verträgen reduziert – ein Problem, mit dem viele Smart Contract-Ketten heute zu kämpfen haben. Viertens stützt sich RGB auf das bewährte Sicherheitsmodell der Base-Chain von Bitcoin und profitiert gleichzeitig von den Geschwindigkeits- und Datenschutzverbesserungen von Lightning, ohne dass beide Layer stark verändert werden müssen.

Wie die Verbesserungsvorschläge und Standards für Bitcoin und Ethereum unterhält auch die in Zug ansässige LNP/BP Association eine Reihe von technischen LNP/BP-Standards, die die Kernkonzepte beschreiben. In Anlehnung an den offenen “TCP over IP”-Standard für das Internet steht LNP/BP für “Lightning Protocol over Bitcoin Protocol”, um auf die Ambition eines offenen Internet des Geldes in der Zukunft hinzuweisen. Ein weniger technikaffines Publikum findet auf der umfassenden RGB-FAQ-Website eine ausführliche Projektdokumentation.

Fazit

Das Bitcoin-Ökosystem geht über den Base-Layer hinaus und erweitert die Funktionen für die Nutzer von Gold 2.0 auf schnelle und billige Zahlungen, fungible und Non-Fungible-Token, Smart Contracts und dezentrale Anwendungen. Auch wenn einige Projekte noch in den Anfängen stecken, bietet ihnen das zugrundeliegende Bitcoin-Netzwerk nicht nur eine stabile und sichere Grundlage, sondern auch eine sehr grosse Nutzerbasis rund um den Globus, wenn sie Erfolg haben. Vielleicht erleben wir gerade die Anfänge dessen, was eines Tages “Bitcoin DeFi” werden könnte. Wenn die technischen Versprechen eingehalten werden können, ist es gut möglich, dass das Bitcoin-Ökosystem einen ähnlichen Aufschwung erlebt wie die Ethereum-basierten DeFi (und NFT) Bereiche in der jüngsten Vergangenheit. Die offene Frage ist, wie lange es dauern wird, bis die Endnutzer von diesen Entwicklungen profitieren können.

Der Autor dankt Daniel Babbev für Review und Feedback.