비트코인의 가장 성숙한 레이어 2 솔루션인 라이트닝 네트워크에 대한 몇 가지 기술적 사항

저자: 후 페이시

라이트닝 네트워크는 비트코인의 가장 성숙한 레이어 2 솔루션으로, 이론적 탐구와 엔지니어링이 10년 가까이 진행되어 왔으며, 여전히 많은 약점을 가지고 있지만 다른 혁신적인 비트코인 레이어 2 솔루션에 비해 여전히 세계에서 가장 성숙하고 성숙한 솔루션이라고 할 수 있습니다. 솔루션인 라이트닝 네트워크는 가장 완벽하고 성숙한 솔루션일 뿐만 아니라 다른 레이어 2 솔루션의 기반이 될 수도 있습니다. 이 글에서는 라이트닝 네트워크의 기술에 대한 간략한 소개를 통해 공상과학 소설을 읽는 듯한 재미를 선사하고자 합니다.

소개

비트코인 생태계가 갑자기 호황을 누리며 다양한 혁신과 프로젝트가 생겨나고 있는 이 시기에 라이트닝 네트워크에 대해 이야기하는 것은 시대에 뒤떨어진 것처럼 보일 수 있습니다. 하지만 비트코인 생태계의 다양한 혁신을 주의 깊게 분석해 보면, 라이트닝 네트워크가 설계와 엔지니어링 측면에서 가장 잘 발전했다는 사실을 인정해야 할 것입니다. 2015년부터 라이트닝 네트워크의 개념이 제안되었고, 2016년 초에 백서가 완성되어 공개되었으며, 2018년에 라이트닝 네트워크가 탄생하여 1 BTC 오프체인 전송 결제를 실현했고, 2023년 말까지 라이트닝 네트워크 노드는 14,000개 이상, 용량은 약 5,000 BTC에 달했습니다.

라이트닝 네트워크는 비트코인의 낮은 TPS, 매우 긴 확인 시간, 네트워크 혼잡 및 기타 문제에 대해 오프체인 거래를 통해, 그리고 비트코인 자체 네트워크의 보안을 통해 이 세 가지 주요 문제를 해결할 수 있기를 희망하며, 즉 다음을 달성하고자 합니다.

1. 즉시 거래;

2. 고처리량 거래;

3. 고처리량 거래;

4. Lightning 네트워크 align: 왼쪽;">거래 수수료 감소

물론 현재 비트코인 레이어 2의 다른 옵션 중 일부는 비트코인 네트워크의 또 다른 중요한 문제인 튜링 완전성 계약을 해결하고자 합니다. 이는 이미 성숙한 블록체인 기술 자체에는 큰 문제가 되지 않지만, 비트코인 네트워크의 보안을 활용하는 탈중앙화된 비트코인 자산 전송 및 확인에 있어서는 문제가 될 수 있습니다. 이러한 측면에서 라이트닝 네트워크(상태 저장 채널)를 대체할 완벽한 대안은 없습니다.

라이트닝 네트워크의 기술적 특징

라이트닝 네트워크는 비트코인 블록체인 위에 결제 채널 네트워크를 생성함으로써 이전 섹션에서 설명한 세 가지 주요 목표를 달성합니다. 라이트닝 네트워크는 다음과 같은 기술적 사항으로 구성됩니다.

1. 결제 채널: 결제 채널은 라이트닝 네트워크의 핵심 개념입니다. 이를 통해 두 명의 사용자가 비트코인 메인 체인에서 매번 거래를 시작할 필요 없이 여러 트랜잭션을 만들 수 있습니다. 사용자는 먼저 비트코인 블록체인에 두 사용자의 개인 키가 모두 필요한 다중 서명 지갑을 만들어 자금을 이체합니다. 그런 다음 이 지갑에 일정 수의 비트코인을 입금하면 이 입금 거래가 블록체인에서 확인됩니다.

2. 오프체인 거래: 결제 채널이 열리면 양 당사자는 메인 체인과의 상호작용 없이 오프체인 거래를 무제한으로 수행할 수 있습니다. 이러한 트랜잭션은 채널 내 자금 할당을 업데이트하기 위해 새로운 트랜잭션에 서명하는 방식으로 이루어집니다. 이러한 거래 기록은 채널이 닫힐 때 자금이 어떻게 할당되어야 하는지를 나타내지만, 채널이 열려 있는 동안에는 이러한 거래가 비트코인 네트워크에 브로드캐스트되지 않습니다.

3. 채널 폐쇄: 채널 내 자금을 회수하고자 하는 당사자는 결제 채널을 폐쇄할 수 있습니다. 이는 비트코인 블록체인에 거래의 최종 상태를 브로드캐스팅하는 방식으로 이루어집니다. 거래가 확인되면 마지막 오프체인 거래의 상태에 따라 채널의 자금이 양 당사자에게 분배됩니다.

4.  라우팅 및 멀티홉 결제: 사용자는 직접 결제 채널에 연결하지 않더라도 네트워크 내 다른 사용자의 결제 채널을 통해 결제를 전송할 수 있습니다. 이는 하나 이상의 중간 노드를 통해 결제를 라우팅하여 이루어집니다. 각 중간 노드는 유동성 제공에 대한 보상으로 소액의 수수료를 부과합니다.

5. 해시 시간 고정 계약(HTLC): 라이트닝 네트워크는 멀티홉 결제를 안전하게 수행하기 위해 HTLC를 사용합니다. 이를 통해 조건부 결제를 생성할 수 있으며, 결제를 받는 당사자만 결제를 사용할 수 있습니다. 수신자가 사전 이미지(발신자가 생성한 난수 해시)를 증명할 때만 결제가 완료될 수 있습니다. 이렇게 하면 각 노드가 결제를 받을 수 있다고 확신하는 경우에만 결제를 전달할 수 있습니다.

6. 네트워크 용량과 유동성: 라이트닝 네트워크는 거래 비용을 크게 줄이고 속도를 높일 수 있지만, 네트워크의 용량과 유동성에 따라 성능도 달라집니다. 각 채널의 자금 용량은 해당 채널을 통해 전송할 수 있는 최대 결제 금액을 제한합니다. 또한, 자금이 네트워크 전체에 적절히 분배되어야 결제가 효율적인 경로를 찾을 수 있습니다.

7. 보안 및 개인정보 보호: 라이트닝 네트워크는 모든 거래를 퍼블릭 블록체인에 기록할 필요가 없으므로 개인정보 보호가 향상됩니다. 그러나 잠재적인 사기 시도에 대응하기 위해 사용자가 정기적으로 온라인에 접속해야 하는 등 새로운 보안 고려 사항도 도입되었습니다.

라이트닝 네트워크 결제의 기본 프로세스

결제 채널은 라이트닝 네트워크의 가장 중요한 구성 요소로, 두 참여자가 다음을 수행할 수 있게 해줍니다. 다중 트랜잭션. 라이트닝 네트워크를 통해 두 당사자 간에 여러 거래를 진행하는 과정은 1) 결제 채널 개설, 2) 여러 오프체인 거래, 3) 채널 폐쇄의 세 단계로 나눌 수 있습니다. 다음은 기술적 관점에서 결제 채널과 관련 개념에 대한 자세한 설명입니다.

결제 채널은 다중 서명 지갑을 기반으로 구축되며, 다중 서명 지갑은 거래를 수행하기 위해 여러 개의 개인 키 서명이 필요한 특수한 유형의 지갑입니다. 라이트닝 네트워크에서는 각각 개인 키를 보유한 두 명의 참여자가 이 지갑을 공동으로 관리하는 것이 일반적입니다. 다중 서명 지갑은 한 당사자가 단독으로 자금을 이동할 수 없으며, 두 당사자가 모두 동의할 때만 거래가 이루어질 수 있도록 합니다.

결제 채널 열기:

자금 조달: 참가자가 다중 서명 지갑을 공동 생성하고 각자의 일반 지갑에서 이 다중 서명 지갑으로 비트코인을 송금합니다. 이 거래는 비트코인 메인 체인에서 브로드캐스트되고 확인되며, 이는 참여자들이 공동으로 이 자금을 통제하고 있음을 나타냅니다.

거래 로그: 각 당사자는 현재 자금 할당에 대한 거래 로그를 보관합니다. 이 거래는 비트코인 네트워크에 브로드캐스트되지 않으며 당사자 간에만 공유됩니다.

채널이 설정되면 참여자는 오프체인 트랜잭션을 무제한으로 만들 수 있습니다.

거래 업데이트: 각 오프체인 거래에 대해 당사자들은 가장 최근 거래 기록을 업데이트하며, 이는 채널이 종료될 때 자금이 궁극적으로 어떻게 분배될지를 나타냅니다.

개인정보 보호 및 속도: 이러한 거래는 당사자 간에만 이루어지며 비트코인 네트워크의 확인이 필요하지 않으므로 거의 즉각적으로 이루어지고 비공개로 유지됩니다.

채널 닫기:

최종 상태 방송: 어느 당사자가 채널을 종료하고자 할 때 비트코인 네트워크에 동의했던 마지막 거래를 방송할 수 있습니다.

자금 결제: 네트워크에서 이 거래가 확인되면 다중 서명 지갑의 자금은 마지막으로 기록된 거래에 따라 양쪽 당사자에게 분배됩니다.

결제 채널과 오프체인 거래는 비트코인 거래의 속도와 확장성을 높여주는 라이트닝 네트워크의 핵심 기술입니다. 이를 통해 채널이 생성되고 닫힐 때만 비트코인 메인 체인에서 거래가 확인되면 되고, 채널이 열리면 참여자들은 빠르고 저렴한 비용으로 무제한으로 거래를 할 수 있습니다.

그렇다면 자금은 어떻게 안전하게 보호되나요? 채널이 닫힐 때만 자금이 각자의 지갑으로 돌아가기 때문에 한 당사자가 채널을 일찍 닫거나 한 당사자가 채널을 닫지 않으려는 경우 원하는 결제 프로세스를 달성할 수 없습니다.

라이트닝 네트워크에서 사용자 자금의 보안은 두 가지 주요 메커니즘으로 보장됩니다.

• 시간 잠금: 다음을 방지하기 위한 것입니다. 사기(예: 당사자가 더 많은 돈을 받기 위해 오래된 거래를 방송하려고 시도하는 경우)를 방지하기 위해 결제 채널에는 종종 시간 잠금 메커니즘이 포함되어 있습니다. 한 당사자가 오래된 거래를 브로드캐스트하려고 하면 다른 당사자가 반응하여 최신 상태를 브로드캐스트할 시간이 있습니다.

• 모니터링: 참여자는 상대방이 오래된 트랜잭션을 브로드캐스트하지 않도록 정기적으로 네트워크를 모니터링해야 합니다.

기본 프로세스 예시 및 결제 보안

이 기본 프로세스를 설명하기 위해 사용자 A와 B가 라이트닝 네트워크를 통해 여러 거래를 하고자 하는 경우를 예로 들어보겠습니다.

1단계 - 결제 게이트웨이 설정: 거래의 양 당사자(예: 앨리스와 밥)가 공동으로 다중 서명 주소를 생성하고 해당 주소에 초기 자금을 입금합니다(예: 앨리스가 5BTC를 입금하고 밥이 3BTC를 입금). 이 초기 거래는 비트코인 메인 체인에서 확인되며, 이는 결제 채널이 설정되었음을 의미합니다.

2단계 - 양 당사자 모두 오프체인 거래 수행: 결제 게이트웨이가 설정되면 양 당사자는 비트코인 메인 체인에 각 거래를 기록할 필요 없이 오프체인 거래를 무제한으로 수행할 수 있습니다. 각 오프체인 거래마다 양 당사자는 현재 자금 할당을 반영하기 위해 공동으로 관리하는 대차 대조표를 업데이트합니다. 예를 들어, 세 가지 거래가 발생합니다: 1) A가 B에게 1.0 BTC를 전송하고, 2) B가 A에게 0.5 BTC를 전송하고, 3) A가 다시 B에게 0.2 BTC를 전송합니다.

이 거래 후 A는 잔액표에 따라 총 0.7 BTC를 B에게 전송합니다(즉, A:4.3BTC, B:3.7BTC

이 거래 후 총 잔액표에 따라 A는 B에게 0.7BTC를 전송하게 되는 것이죠. p>

3단계: A 또는 B 중 하나가 이 마지막 결과를 보낼 수 있으며, A는 멀티캐시 주소로 0.7BTC를 전송하여 채널을 닫습니다.

4단계: 타임락이 종료될 때까지 기다리며 타임락 종료 전에 A 또는 B는 는 양 당사자가 서명한 나중에 트랜잭션 결과를 전송하여 어느 한쪽이 전송되지 않은 최종 트랜잭션 결과로 이익을 얻지 못하도록 할 수 있습니다.

5단계: 타임록이 종료되고 채널이 닫힙니다. 다중 서명 주소는 최종 트랜잭션을 처리하고 A와 B에게 자금을 반환합니다. 이 예시에서 A는 4.3 BTC를, B는 3.7 BTC를 받게 됩니다.

부정직한 당사자가 이전 상태를 제출하는 것을 방지하기 위해 라이트닝 네트워크는 사용자가 온라인 상태를 유지하거나 제3자 모니터링 서비스(예: "감시탑")를 통해 네트워크에서 부정 행위를 모니터링하도록 권장합니다. A가 이전 상태를 제출하려고 시도하는 것을 B가 발견하면, B는 A의 서명이 포함된 가장 최근 상태를 증거로 네트워크에 제출하여 A의 부정직한 행동을 시정하고 처벌할 수 있습니다.

A가 업데이트되지 않은 상태를 제출하고 B가 업데이트된 상태가 존재한다는 것을 증명할 수 있다면, 라이트닝 네트워크 프로토콜을 통해 B는 자신의 자금을 회수할 수 있을 뿐만 아니라 A의 자금 일부 또는 전부를 벌금으로 받을 수도 있습니다. 이 메커니즘은 사기 시도의 비용을 크게 증가시켜 정직한 행동으로부터 네트워크를 보호합니다.

라우팅과 멀티홉 결제

이전 논의에서는 효율성과 처리량을 높이고 거래 수수료를 설정하기 위해 두 당사자가 결제 채널(스테이트풀 채널)을 통과해 오프체인 결제를 전달하는 과정에 대해 설명했습니다. 트랜잭션이 있는 모든 사용자가 결제 채널을 구축하는 것은 불가능하며, 라이트닝 네트워크는 라우팅과 멀티홉 결제를 통해 이 문제를 해결할 수 있습니다. 이는 현재 네트워크 시스템과 유사하며, 각 최종 사용자는 게이트웨이에 해당하는 여러 개의 공인 서비스 제공자만 있으면 상태 채널을 설정할 수 있고, 이러한 서비스 제공자는 이들 사이에 상태 채널을 설정하여 네트워크를 형성하고 멀티홉 결제를 통해 사용자 간 임의의 상호작용과 전송으로 구성된 전체 라이트닝 네트워크를 달성할 수 있습니다.

라이트닝 네트워크에서 라우팅과 멀티홉 결제가 어떻게 작동하는지 간단한 예를 들어보겠습니다. 라이트닝 네트워크에 앨리스(A), 밥(B), 캐롤(C), 데이브(D)라는 네 명의 사용자가 있다고 가정합니다. 앨리스에는 다음과 직접 연결되는 결제 채널이 있고, 밥은 다음과 연결되는 결제 채널이 있습니다. 밥, 밥은 캐롤과 연결된 채널이 있고 캐롤은 데이브와 연결된 채널이 있습니다. 이제 앨리스가 데이브에게 결제를 보내려고 하지만 앨리스와 데이브 사이에 직접 결제 채널이 없습니다.

1단계: 경로 찾기

앨리스의 클라이언트는 라이트닝 네트워크의 라우팅 알고리즘을 사용하여 데이브에게 가는 경로를 찾습니다. 이 예시에서 가장 간단한 경로는 Alice - & & t; Bob - & & t; Carol - & & t; Dave입니다.

2단계: 결제 생성

앨리스가 데이브에게 0.01 BTC를 송금하기로 결정하고 클라이언트가 결제 요청을 생성하며, 여기에는 결제 세부 정보와 특수 번호인 결제 프리이미지의 해시값(데이브가 생성한 임의의 숫자)이 포함됩니다.

3단계: HTLC 사용

멀티홉 결제를 안전하게 수행하기 위해 각 중간 노드(밥과 캐롤)는 HTLC를 생성하여 중간 노드가 결제를 전달할 수 있도록 허용하지만, 결제 사전 이미지를 알고 있는 경우에만 자금을 전달할 수 있습니다. 이렇게 하면 결제가 데이브에게 완전히 도달했을 때만 결제가 완료되고 잠금이 해제됩니다.

4단계: 결제 전달

• 앨리스가 먼저 는 HTLC에 잠긴 채 밥에게 결제를 보냅니다.

• 밥은 이 결제가 캐롤에게 전달될 것이라는 것을 알고 새 HTLC를 생성하여 캐롤에게 보냅니다.

• 캐롤도 같은 방식으로 동일한 작업을 수행하여 HTLC를 생성하여 Dave에게 보냅니다.

각 단계에서 결제는 새 HTLC에 잠기고, 각 노드는 결제 사전 이미지를 알고 있는 경우에만 해당 자금을 잠금 해제할 수 있습니다.

5단계: 결제 잠금 해제

• 데이브가 결제를 받으면 가 결제를 받으면 캐롤에게 결제 미리 이미지를 제공하여 자신이 보유한 HTLC를 잠금 해제하고 자금을 받습니다.

• 캐롤은 이 결제 미리 이미지를 사용하여 밥이 보낸 HTLC의 잠금을 해제하고, 결제 미리 이미지를 밥에게 전송하여 자신이 받아야 할 자금을 잠금 해제합니다.

• 밥은 마지막으로 결제 프리이미지를 사용하여 앨리스가 준 HTLC를 잠금 해제하여 전체 결제 프로세스를 완료합니다.

6단계: 승인 및 종료

전체 결제 체인이 완료되고 모든 중간 HTLC의 잠금이 해제되면 모든 사람이 받을 자격이 있는 자금을 받게 됩니다. 결제가 확인되고 모든 참여 노드가 결제 채널 상태를 업데이트합니다.

라이트닝 네트워크의 장단점 분석 및 발전 전망

앞선 소개를 바탕으로 라이트닝 네트워크는 기술적으로 비트코인 네트워크의 일부 문제를 해결하며 즉각적인 거래, 낮은 거래 수수료, 높은 확장성, 고가용성 등의 장점을 가지고 있다고 말할 수 있습니다. 수수료, 높은 확장성 및 거래 빈도, 더 나은 개인 정보 보호, 소액 결제 지원 등의 장점이 있습니다. 이러한 이유로 라이트닝 네트워크와 같은 기술 혁신을 통해 비트코인은 단순한 가치 저장 통화가 아닌 진정한 전자 화폐가 될 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

그러나 동시에 라이트닝 네트워크의 기술적 복잡성도 존재합니다. 네트워크 구축에는 기술적인 요소뿐만 아니라 사용자의 수용과 채택도 매우 중요합니다. 비트코인의 가치에 대한 폭넓은 인식에도 불구하고 라이트닝 네트워크의 전반적인 용량은 아직 높지 않으며, 다음과 같은 몇 가지 약점이 네트워크의 발전에 걸림돌이 될 것입니다.

• 온라인 요건: 결제를 받으려면. 결제 요청이나 사기 시도에 실시간으로 대응하기 위해 사용자의 기기가 온라인 상태를 유지해야 합니다.

• 자금 잠금: 결제 채널의 자금은 채널이 폐쇄될 때까지 잠기므로 일정 기간 동안 자금을 자유롭게 사용할 수 없습니다.

• 복잡성 및 사용자 환경: 결제 채널을 설정하고 관리하는 것은 일반 사용자에게는 복잡할 수 있으며, 특히 채널을 통해 자금을 관리하고 라우팅할 때 더욱 그렇습니다.

• 네트워크 유동성 및 라우팅 문제: 이론적으로 라이트닝 네트워크는 많은 수의 트랜잭션을 처리할 수 있지만, 실제로는 네트워크 내 결제 채널의 분포와 자금 유동성에 따라 효율성이 크게 달라집니다. 효율적인 결제 경로를 찾는 것은 때때로 어려울 수 있습니다.

• 중앙화 위험: 라이트닝 네트워크는 탈중앙화를 지향하지만, 대규모 노드나 중앙화된 서비스 제공자가 대량의 트래픽을 통제할 수 있으며, 이는 네트워크의 어느 정도 중앙화로 이어질 위험이 있습니다.

비트코인 생태계가 진화하고 다양한 BTC 레이어2 시나리오가 도입되었지만, 동시에 전반적인 성장으로 인해 라이트닝 네트워크에 전례 없는 기회가 주어지고 있습니다. 사용자 경험의 레이아웃, 네트워크 크기 및 다른 기술과의 결합의 라이트닝 네트워크 레이아웃이 큰 돌파구를 가지면 라이트닝 네트워크가 봄을 맞이할 것이라고 믿습니다.