라이트닝 네트워크는 어떻게 작동하나요(2)?

출처: 바이트 메타 CKB

이전 글인 라이트닝 네트워크의 작동 원리(1)에서는 양방향 결제 채널의 보안과 관련된 기술과 라이트닝 네트워크의 원리에 대해 살펴보았습니다. 오늘 포스팅에서는 양방향 결제 채널을 라이트닝 네트워크로 확장하는 데 관련된 원리와 기술을 설명하며 라이트닝 네트워크에 대한 소개를 이어가겠습니다.

양방향 결제 채널을 라이트닝 네트워크로 확장: 멀티홉 라우팅

채널을 구축할 때 앨리스와 밥을 기본 배경으로 사용하고 있지만, 앨리스와 밥을 제외한 전 세계 모든 사람이 라이트닝 네트워크에 액세스하기를 원한다면 어떻게 해야 할까요? 모든 사람을 네트워크에 연결하고 네트워크의 모든 사람에게 결제가 시작될 수 있도록 하는 가장 좋은 방법은 무엇일까요?

이 문제를 해결하려면 양방향 결제 채널을 라이트닝 네트워크로 확장하고 멀티홉 라우팅 기술을 사용해야 합니다. "라우팅"은 말 그대로 "경로를 찾는 것"을 의미하며, 라이트닝 네트워크의 맥락에서는 특정 객체를 결제하기 위해 채널에서 앞뒤로 연결되는 경로를 찾는 것이 전부입니다.

앨리스가 데이비드에게 2,000 사토시를 지불하는 경우를 예로 들어 앨리스와 밥, 밥과 캐롤, 캐롤과 데이비드 사이에 결제 채널이 설정되어 있지만 두 사람 사이에 결제 채널이 설정되어 있지 않다고 가정해 봅시다. 이 경우 앨리스는 밥에게, 밥은 캐롤에게, 캐롤은 데이빗에게 돈을 송금할 수 있으며, 이는 앨리스에서 데이빗까지의 결제 채널을 실현하는 것으로 보이며 밥과 캐롤은 네트워크에서 라우팅 노드 역할을 합니다. 앨리스와 에바, 에바와 데이비드 사이에도 결제 채널이 설정되면 앨리스가 먼저 에바에게 송금한 다음 에바가 데이비드에게 송금할 수도 있습니다.

< p style="text-align: 왼쪽;">경로의 관점에서 보면 앨리스가 에바를 통해 데이비드에게 돈을 이체하는 것이 최단 경로 옵션인 것은 분명하지만,실제로는 채널의 용량, 라우팅 노드의 요금, 라우팅 노드가 온라인 상태인지 여부, 라우팅 노드가 항상 최선의 선택인 것은 아니기 때문에 최단 경로가 항상 최선인 것은 아닙니다. 노드의 온라인 상태 여부 등 다른 요소도 고려해야 하기 때문입니다.

현재 라이트닝 랩에서 개발한 LND와 블록스트림에서 개발한 CLN(코어 라이트닝)과 같은 주류 비트코인 라이트닝 네트워크 구현(클라이언트)은 라우팅 알고리즘에 Dijkstra 알고리즘의 일부 변형을 사용하고 있습니다. 라우팅 알고리즘에 Dijkstra 알고리즘의 변형이 사용되며, Nervos CKB의 라이트닝 네트워크인 Fiber Network도 최적의 라우팅 경로를 찾기 위해 Dijkstra 알고리즘을 사용합니다.

경로 확보: HTLC에서 PTLC로

위의 예에서 앨리스가 데이비드에게 송금하려는 경우, 중간 라우팅 노드가 게임을 하거나 악의적으로 자금을 보류하지 않도록 하려면 어떻게 해야 할까요? 기존 금융 시스템은 일반적으로 잘 알려진 대형 금융 중개자의 신용 보증에 의존하지만, 라이트닝 네트워크는 P2P 네트워크이며, 거래자와 독립적인 제3자가 신용 보증을 제공할 수 없기 때문에 거래의 보안을 보장하기 위해 다른 메커니즘이 필요합니다. 바로 이것이 바로 해시 타임 잠금 콘트랙트(HTLC)입니다.

HTLC는 해시 검증과 만료 검증의 두 부분으로 구성됩니다. 앨리스가 데이비드에게 2,000사토시를 지불하고 네트워크에서 라우팅 노드 역할을 할 밥과 캐롤을 선택하는 예를 통해 HTLC의 작동 방식을 이해해 보겠습니다.

1. 먼저, David는 어떤 단어나 숫자가 될 수 있는 비밀값 R을 생성한 다음 그 해시값 H를 계산하여 앨리스에게 보냅니다. 이 해시값 H는 트랜잭션의 출력에 잠금 스크립트로 설정되며, 이는 라이트닝 네트워크에서 '프리이미지'라고 하는 H에 해당하는 비밀값 R을 알고 있는 사람만 사용할 수 있습니다. 비밀값 R이 제시간에 공개되지 않으면 결제를 사용할 수 없게 되고 송금자는 모든 자금을 회수합니다.

2. 이후 앨리스는 수신한 해시 H를 사용해 타임록을 향후 5블록으로 설정하고 2,020사토시 중 20사토시를 라우팅 노드 밥에게 수수료로 출력하는 HTLC를 생성합니다. 쉽게 설명하자면, 앨리스는 5블록 이내에 비밀값 R을 제공할 수 있으면 밥에게 2020사토시를 지급하고, 그렇지 않으면 앨리스에게 돈을 돌려줍니다.

3. 밥은 앨리스와 자신의 채널에서 제공한 것과 동일한 해시값을 캐롤과 자신의 채널에서 사용합니다. 자신과 캐롤 사이의 채널에서 앨리스가 제공한 것과 동일한 해시 H를 사용하여 HTLC를 생성하며, 타임록은 미래 4블록으로 설정하고 출력량은 2010 사토시이며, 이 중 10 사토시는 라우팅 노드 캐롤에 지불하는 수수료입니다. 쉽게 설명하자면, 밥은 4블록 이내에 비밀값 R을 제공할 수 있다면 캐롤에게 2010 사토시를 지불하고, 그렇지 않으면 밥에게 돈을 돌려주게 됩니다.

4. 캐롤은 데이비드와 자신의 채널에서 동일한 방식으로 동일한 해시값 H를 사용합니다. 채널에서 동일한 해시값 H를 사용하여 HTLC를 생성하고, 타임록은 향후 3블록으로 설정하며, 출력은 2000 사토시입니다. 쉽게 설명하자면, 캐롤은 데이빗이 3블록 이내에 비밀값 R을 제공하면 2,000 사토시를 지불하고, 그렇지 않으면 캐롤에게 돈을 돌려줍니다.

5. 데이빗은 캐롤이 설정한 HTLC를 비밀값 R로 잠금 해제하고, 캐롤이 설정한 HTLC의 잠금을 해제합니다. 를 입력하여 캐롤이 설정한 HTLC의 잠금을 해제하고 2000 사토시를 가져갑니다.

6. 데이비드가 돈을 받은 후 캐롤도 비밀값 R을 알게 되고, 이를 사용해 밥이 설정한 HTLC를 잠금 해제하고 2010 사토시를 받습니다.

7. 캐롤이 돈을 받은 후 밥은 앨리스가 설정한 HTLC를 잠금 해제하고 2020 사토시를 받는 데 사용하는 비밀값 R도 얻게 됩니다.

이 메커니즘을 통해 앨리스는 직접 결제 채널을 설정할 필요 없이 데이비드에게 2,000사토시를 지급할 수 있었습니다. 양 당사자는 이 과정에서 서로를 신뢰할 필요가 없으며, 라우팅 노드는 정당한 수수료를 받습니다. 어느 시점에 결제가 중단되더라도 타임락 메커니즘으로 인해 어느 당사자도 손해를 보지 않으며, 잠금 시간이 지나면 자금이 자동으로 반환됩니다.

그러나 HTLC에는 잠재적인 프라이버시 문제도 있습니다. 동일한 비밀 값(원본 이미지)이 경로 전체에 사용됩니다. 한 주체가 결제 경로에서 여러 노드를 제어하는 경우, 다른 노드의 입력과 출력을 비교하여 전체 거래 정보를 유추하거나 심지어 지불자와 수취인을 추측할 수 있으며, 이는 라이트닝 네트워크가 어니언 라우팅을 통해 달성하는 개인 정보 보호 기능을 약화시킬 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 비트코인 커뮤니티는 PTLC(포인트 타임 잠금 콘트랙트)를 고안해냈습니다. PTLC 방식에서는 경로의 각 홉마다 다른 비밀값을 사용하여 어니언 라우팅을 통해 달성한 프라이버시를 보존할 수 있으며, Nervos CKB가 출시한 라이트닝 네트워크인 파이버 네트워크는 향후 PTLC를 도입하여 라이트닝 네트워크의 프라이버시 보호 기능을 더욱 강화할 계획입니다.

결론

결론

라이트닝 네트워크는 기술이 계속 발전함에 따라 계속 최적화되고 개선되고 있습니다. LN-Penalty에서 eltoo, Daric, HTLC, PTLC에 이르기까지 라이트닝 네트워크의 보안과 개인 정보 보호는 지속적으로 개선되고 있습니다. 앞으로 라이트닝 네트워크는 더 많은 혁신 기술을 적용하고 생태계를 개선하여 암호화폐의 대중화를 촉진하고 실제 P2P 경제에 기여하는 핵심 인프라가 될 것으로 기대됩니다.

참고자료

• https://www. btcstudy.org/2021/09/15/lightning-network-in-depth-part-1-payment-channels/

• https://www. btcstudy.org/2021/09/15/lightning-network-in-depth-part-2-htlc-and-payment-routing/

• https:/. /www.btcstudy.org/2022/01/27/breaking-down-the-bitcoin-lightning-network-eltoo/

• https://www .btcstudy.org/2024/02/07/lightning-network-technology-improvement-and-users-experience-part-2/

왼쪽;">https://www.btcstudy.org/2024/02/23/lightning-network-technology-improvement-and-users-experience-part-3/

• https://www.btcstudy.org/2024/02/23/lightning-network-technology-improvement-and-users-experience-part-3/

https://www.btcstudy.org/2022/08/19/what-are-ptlc/