Als Peer-to-Peer (P2P)-Netzwerk hat das Bitcoin-Mainnet einen schweren Stand, um über die Wertaufbewahrung hinaus zu wachsen. Stellen Sie sich vor, dass Sie bei jeder Online-Transaktion mit einem Dollar zusätzliche (volatile) Gebühren zahlen müssen. Das ist der Preis für dezentralisiertes Geld, das immun gegen die Fallstricke der Zentralbanken ist.

Und viele halten dies für einen akzeptablen Preis. Die Bitcoin-Blockkriege sind ein Dauerbrenner und haben Bitcoin Cash (BCH) und Bitcoin SV (BSV) mit viel größeren Blöcken für Transaktionen hervorgebracht, aber sie haben sich kaum durchgesetzt. Ein wahrscheinlicheres Szenario für die Bitcoin-Skalierung wird von Layer-2-Lösungen wie dem Lightning Network kommen.

Das Lightning Network löst das Problem der Skalierung von Bitcoin, ohne dessen Dezentralisierung zu gefährden, über Zahlungskanäle. Über sie werden On-Chain-Transaktionen Off-Chain durchgeführt, soweit es die BTC-Finanzierung zulässt, um dann als Stapel im Bitcoin-Mainnet zurückgegeben und abgerechnet zu werden.

Leider stellt LN einen Zwischenschritt dar, der selbst ein inhärentes Hindernis für die Massenakzeptanz jeglicher menschlicher Unternehmungen ist. Um Bitcoin in ein reibungsloses Geld zu verwandeln (vernachlässigbare Gebühren), muss LN zudem einige Kompromisse eingehen, von denen einer das Problem der „letzten Meile“ ist.

Bei näherer Betrachtung zeigt sich jedoch, dass die ursprüngliche Vision von Satoshi Nakamoto, Bitcoin als „Peer-to-Peer-Electronic-Cash-System“ zu entwickeln, näher an der Verwirklichung ist als je zuvor.

Das „Last-Mile“-Problem im Lightning-Netzwerk 

Damit Computernetze maximal effizient sind, müssen sie maximal zentralisiert sein. Da ein einziger Kontrollpunkt Ressourcen und Datensätze koordinieren kann, ohne dass ein Konsens zwischen mehreren Knotenpunkten erzielt werden muss, ist die Reaktionszeit schneller und die Latenzzeit geringer. Und wenn ein Engpass auftaucht, kann ein zentralisiertes Netz die Lastverteilung optimieren, um eine Überlastung zu vermeiden.

Deshalb wäre eine CBDC effizienter als Bitcoin als reibungsloses Zahlungsmittel. Vor diesem Hintergrund hat das Lightning Network theoretisch das Potenzial, das Spielfeld auszugleichen. So sehr, dass die Federal Reserve Bank of Cleveland im Juni 2022 ein Papier mit dem Titel „The Lightning Network: Turning Bitcoin into Money“ veröffentlicht hat.

Das Papier kam zu dem Schluss, dass „das Lightning Network eine wesentliche technologische Einschränkung lockert, indem es schnellere Abwicklungen von Zahlungen ermöglicht“. Allerdings gibt es ein Problem, das im LN selbst steckt. Dieses sogenannte „Last-Mile“-Problem resultiert aus dem zugrunde liegenden Netzwerkdesign. Ähnlich wie bei Glasfaser-Internet, das vom zentralen Knotenpunkt bis zu den einzelnen Haushalten richtig verteilt werden muss, ist zusätzliche Infrastruktur erforderlich, um eine reibungslose Verteilung zu gewährleisten.

Ebenso fügt die Verteilung von Waren aus einem zentralen Lager, das seine Lieferungen per Zug von Häfen erhält, eine zusätzliche Schicht an logistischer Komplexität und Kosten hinzu. Das „Last-Mile“-Problem des Lightning Networks entsteht durch die Verteilung von Liquidität über Zahlungskanäle. Um Zahlungen effizient zu ermöglichen, muss in diesen Kanälen jederzeit genügend Liquidität vorhanden sein. Diese Verteilung der Liquidität stellt eine Herausforderung dar, da es schwierig ist, sie gleichmäßig und schnell durch das Netzwerk zu leiten, ähnlich wie die logistischen Hürden beim Verteilen von Waren vom Lager zum Endverbraucher. 

Wenn ein Benutzer einen Lightning-Network-Kanal öffnet, geschieht dies durch das Binden von BTC-Mitteln. Diese Mittel stellen die ausgehende Liquidität dar, die an die andere Partei gesendet werden kann.

Um Zahlungen zu erhalten, muss ein Benutzer auf die in den LN-Kanälen, die mit seinem Knoten verbunden sind, gebundene BTC-Liquidität zurückgreifen. Dies ist die eingehende Liquidität im Lightning-Network.

Das erwähnte Papier aus Cleveland beschreibt dieses System als ein „Nettoabwicklungssystem, das an Bitcoins Bruttoabwicklungssystem angehängt ist“, mit dem wichtigen Vorbehalt, dass es „Liquidität spart, aber das Gegenparteirisiko einführt“. Aber warum wäre das der Fall?

Nehmen wir an, dass es mehr ausgehende Liquidität über die LN-Kanäle gibt. Das würde bedeuten, dass die Fähigkeit der Benutzer, rechtzeitig Zahlungen zu erhalten, abnimmt, was das Last-Mile-Problem verstärkt. Die Lösung ist offensichtlich – ein verwahrter Wallet, der die Liquiditätskanäle der Benutzer im Hintergrund verwaltet.

Das bedeutet jedoch auch, dass die Benutzer das wichtigste Merkmal von Bitcoin verlieren – das Eigentum an ihren eigenen Mitteln. Zum Beispiel ist das Wallet of Satoshi im Lightning Network ein verwahrter Wallet, der automatisch die Kapazität der eingehenden und ausgehenden Kanäle ausgleicht. 

Es kann dies durch Partnerschaften mit anderen LN-Knoten erreichen, die bereitwillig Liquiditätsinfrastruktur bereitstellen. Leider erfordert diese Art der automatisierten Verwaltung, dass die Kontrolle über die privaten Schlüssel aufgegeben wird.

Mit anderen Worten, die verwahrten Wallets wie Wallet of Satoshi oder Blue Wallet lösen das große Problem der Benutzererfahrung im Lightning Network, tun dies jedoch auf Kosten des „Gegenparteirisikos“. Am Ende erkennt sogar das Cleveland-Papier an, dass „die Überlastung im LN, hätte es 2017 schon gegeben, um 93 Prozent geringer hätte sein können.“

Glücklicherweise stehen Lösungen in Aussicht, um das Last-Mile-Problem im Bereich der Selbstverwahrung zu lösen.

Aktuelle und künftige Lösungen

Derzeit ist es nicht vernünftig, eine massenhafte Akzeptanz des Lightning Networks mit selbstverwahrenden Wallets zu erwarten, da dies ein hohes Maß an Liquiditätsmanagement von den Benutzern erfordert. Theoretisch könnten Benutzer private Chatgruppen nutzen und mit vertrauenswürdigen Gegenparteien die Neuausbalancierung von Kanälen vereinbaren, um dieses Problem zu entschärfen.

Das ist auch nicht als standardisierte Praxis zu erwarten. Doch eine Weiterentwicklung dieses frühen Ansatzes steht bereits zur Verfügung.

Lightning Channel-Marktplätze

Offensichtlich gibt es eine Nachfrage nach Liquiditätsanbietern innerhalb des Lightning Networks. Für ihren P2P-Zahlungsrouting-Service erhalten sie Anreize in Form von Gebühren. Aber wie weiß der Endbenutzer, welche Gebühr die beste ist? Wie immer kommt die Lösung aus einem Marktplatz, der die verfügbaren konkurrierenden Anforderungen preislich bewertet. 

Ein Beispiel hierfür ist der Magma-Marktplatz, der mit dem Lightning Explorer Amboss Nutzern ermöglicht, LN-Kanäle über alle Client-Typen hinweg zu kaufen oder zu verkaufen. Bisher war er recht erfolgreich und hat über 3672 geöffnete Kanäle Liquidität im Wert von 178,96 BTC bereitgestellt.

Obwohl dieser Prozess optimiert ist, lässt sich argumentieren, dass er einen weiteren mühsamen Schritt darstellt, der die Benutzererfahrung beeinträchtigt. Hier kommt die Interaktivität der Wallets ins Spiel.

Wallet Interaktivität Innovationen

Zum Zeitpunkt dieses Artikels müssen LN-Teilnehmer, die den selbstverwahrenden Ansatz bevorzugen, zusätzlich zum Liquiditätsmanagement einen weiteren Schritt bewältigen. Jedes Mal, wenn Benutzer eine LN-Zahlung durchführen möchten, muss der empfangende Knoten online sein, um einen Hash-zeitgesteuerten Vertrag (HTLC) zu signieren.

Treue zu den P2P-Ursprüngen von Bitcoin macht der HTLC Zwischenhändler überflüssig, indem er bedingte Transaktionen ermöglicht. Der Hashlock erfordert vom Empfänger, einen kryptografischen Nachweis in Form eines geheimen Preimages vorzulegen, um die gesendeten Mittel zu beanspruchen. Darüber hinaus legt der Timelock die Frist für die Transaktion fest. Wird die Frist nicht eingehalten, erhält der Absender automatisch eine Rückerstattung seiner BTC-Mittel.

Es genügt zu sagen, dass der HTLC das Gegenparteirisiko erheblich minimiert, da er als vertrauensloser Mechanismus fungiert und somit ein entscheidendes Element der Selbstverwahrung darstellt. Auf der anderen Seite können Benutzer von verwahrten LN-Wallets eine 24/7-Verfügbarkeit des Knotens genießen. Um die Benutzererfahrung auszugleichen, gehört die Entwicklung von asynchronen Zahlungen zu den obersten Prioritäten.

Die Async Payments-Initiative würde es ermöglichen, Transaktionen zu initiieren, selbst wenn der Knoten des Empfängers offline ist. Die Last würde von einem Zwischenknoten übernommen, der nur aktiviert wird, sobald der Empfänger sich wieder mit dem Lightning Network verbindet.

Um das offensichtliche Vertrauensproblem dieser zusätzlichen Schicht zu bekämpfen, schlug Matt Corallo eine Lösung in Form von immer aktiven Lightning Service Providers (LSP) vor. Dies würde durch die Nutzung von LNURL funktionieren. Wie das Akronym andeutet, ist LNURL ein zusätzliches Protokoll, das auf HTTP aufbaut und die Kommunikation zwischen LN-Clients erleichtert. 

LSPs würden LNURL verwenden, um den Online-/Offline-Status der Zahlungsempfänger zu signalisieren. Insbesondere könnten LSPs die Zahlung halten, bis ein solches Signal empfangen wird. Sobald das LNURL den Wiederverbindungsstatus des Empfängers signalisiert, würden die „gesperrten“ Mittel erst dann weitergeleitet, wodurch der selbstverwahrende Ansatz beibehalten wird und gleichzeitig die Nützlichkeit der ständigen Verfügbarkeit erreicht wird.

Da LSPs technisch gesehen keine Mittel verwahren, sondern lediglich die Zahlung weiterleiten, um ein Überschreiten der Frist zu vermeiden, könnten sie rechtlich gesehen nicht einmal als Verwahrer eingestuft werden.

Abschließend kommt eine neue Entwicklung zur Verbesserung der Wallet-Interaktivität durch statische Zahlungen. Diese Funktion, die bereits in der Version 0.13.0-beta von Atomic Multi-path Payments (AMP), möglich ist, ermöglicht es Benutzern, einzelne Zahlungen zu fragmentieren und sie dann über mehrere Zahlungskanäle weiterzuleiten.

Da die Fragmente gleichzeitig übertragen werden und der Empfänger nur alle Fragmente gleichzeitig beanspruchen kann, schlägt die Transaktion entweder fehl oder wird vollständig abgewickelt. AMP stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, da die Fragmente die Liquiditätsbeschränkungen der Kanäle umgehen. Gleichzeitig kann ein Benutzer eine statische Rechnung ausstellen, da diese durch mehrere kleinere Zahlungen erfüllt werden kann.

Blockchain-Interaktivitätslösungen

Während Lösungen zur Wallet-Interaktivität vielversprechend sind, müssen selbstverwahrende LN-Benutzer weiterhin mit der anfänglichen Einrichtung umgehen. Wiederum haben verwahrte LN-Benutzer keine Kosten, solange ihre Wallets aktiv sind, da sie auf die bereits etablierte Infrastruktur angewiesen sind.

Im Gegensatz dazu müssen selbstverwahrende LN-Teilnehmer, die Wallets wie Phoenix, Zap, Breez oder Muun verwenden, um mit ihrem ersten Zahlungskanal zu beginnen, eine On-Chain-Transaktion durchführen, wodurch Blockchain-Gebühren anfallen. Schließlich liegt es an ihnen, die Liquidität bereitzustellen, die Off-Chain verarbeitet werden soll.

Die Folge davon ist, dass selbstverwahrende LN-Benutzer, wenn sie mehr Zahlungen an verschiedene Händler tätigen müssen, für weitere On-Chain-Gebühren bezahlen müssten, was nicht nach einer reibungslosen Skalierung des Geldes klingt.

Das entscheidende Mittel zur Lösung dieses Problems ist der seit langem bestehende Vorschlag der Channel Factory, der erstmals im Papier „Scalable Funding of Bitcoin Micropayment Channel Networks“ von Conrad Burchert, Christian Decker und Roger Wattenhofer aus dem Jahr 2017 vorgestellt wurde. 

Einfach ausgedrückt erweitert eine Channel Factory die Multisignatur-Zuweisung von Mitteln. Wenn es beispielsweise eine 10-von-10-Multisig-Fabrik (Adresse) gibt, könnten die Parteien innerhalb dieses gemeinsamen Liquiditätspools Kanäle miteinander einrichten. Dadurch müssten sie keine einzelnen On-Chain-Transaktionen broadcasten, was es ihnen ermöglicht, die damit verbundenen Gebühren zu umgehen.

Die Channel Factory führt auch das Konzept des Liquiditäts-Splicing ein, da Benutzer Mittel untereinander umverteilen oder neue Teilnehmer hinzufügen können, ohne dass neue On-Chain-Transaktionen erforderlich sind. Sobald sie sich entscheiden, diesen gemeinsamen Pool zu schließen, wird die endgültige Transaktion als ein einzelnes Batch aller durchgeführten LN-Abwicklungen On-Chain abgewickelt. 

Es ist leicht zu erkennen, wie solche großen Pools gebildet werden könnten, die sich um Handelsstrategien gruppieren, wobei Handelsalarme als Auslöser für die Durchführung von Zahlungen dienen.

Der Ansatz der Channel Factory würde effektiv die On-Chain-Gebühren und Wartezeiten für On-Chain-Bestätigungen bei selbstverwahrenden Wallets beseitigen. Obwohl er alle Kriterien als endgültige Lösung für die Selbstverwahrung erfüllt, erfordert er die Bereitstellung von Covenants.

Covenants als Vorläufer für Selbstverwahrung in großem Maßstab

Da Fabriken signaturbasiert sind, erzeugen sie einen UTXO-Flaschenhals. Wenn auch nur ein einzelner Benutzer nicht unterschreibt, bricht die gesamte Channel Factory zusammen. Infolgedessen erhöhen zusätzliche Benutzer die Anzahl der möglichen Fehlerquellen. 

Die Lösung hierfür sind einfache Covenants mit Timeout-Bäumen. Theoretisch würde dies die Anbindung von Kanälen für Millionen von Benutzern unter einem einzigen UTXO-Dach erleichtern. Ein solcher Ansatz berücksichtigt Gelegenheitsbenutzer, die nicht mit Unterschriften bestätigen müssen, und auch asynchrone Empfänger (diese müssen nicht 24/7 online sein).

Stattdessen würden diese Covenants mit Timeout-Bäumen verwaltet. Durch die Nutzung von Bedingungen und Zeitverriegelungen würden Benutzer Strafen erhalten, wenn sie versuchen, einen alten Zustand On-Chain zu setzen. Covenant-Skripte könnten sogar für die Extraktion von Rechnungsdaten aus Transaktionsberichten, fortgeschrittene Risikoanalysen, automatisierte Berichterstattung und mehr verwendet werden.

Derzeit kommt der Fortschritt im Bereich der Covenants von Ark. Dieses Projekt umgeht die vertrauensbasierten Probleme von Verwahrungen innerhalb des Lightning Networks, indem es virtuelle UTXOs (VTXOs) einführt. Der virtuelle Teil lässt sich leicht anhand eines Beispiels verstehen:

Für die eingezahlten BTC erhält Alice einen Scheck mit einem Ablaufdatum (Zeitverriegelung) von vier Wochen.

Dieser virtuelle Scheck dient als Zahlungsmittel, erfordert jedoch keine Interaktion mit dem Bitcoin-Hauptnetz.

Durch die Interaktion mit dem Ark-Protokoll erneuert Alice die Gültigkeit des Schecks monatlich. Andernfalls wird der Scheck automatisch in Bitcoin im Bitcoin-Hauptnetz eingelöst.

Obwohl ein Covenant für das Funktionieren von Ark nicht notwendig ist, ergänzt er es perfekt, wenn Bedingungen zum VTXO-Skript hinzugefügt werden, da es sich um Off-Chain-Darstellungen von ungenutzten Bitcoin-UTXOs handelt. Diese Ark-basierte Konstruktion von Covenants umfasst einen Rahmen, in dem eine Vorausunterzeichnung nicht einmal erforderlich ist, um Benutzer anzubinden. 

Mit anderen Worten, die Benutzer müssten nicht mit Ark Service Providers (ASPs) interagieren, wodurch die Benutzererfahrung mit der von verwahrten Wallets vergleichbar wird. 

Sind aufkommende selbstverwahrende Lösungen von Bedeutung?

Ähnlich wie die Kosten für Batterien ein großes Hindernis für die massenhafte Einführung von Elektrofahrzeugen darstellen, sieht sich das Lightning Network mit demselben Problem konfrontiert, wenn Benutzer mit dem Management der Kanal-Liquidität umgehen müssen. In einer Welt, in der die meisten Menschen es gewohnt sind, einfach ihre Visa-/Mastercard in der Nähe eines PoS-Geräts zu schwenken, ist das durchaus verständlich. 

Auf manuelles Liquiditätsmanagement zurückzugreifen, wird als primitiv und rückschrittlich wahrgenommen. Daher überlagert dieses Hindernis das Potenzial des LN, Bitcoin zu einer alltäglichen, reibungslosen Währung zu skalieren. Verwahrte Wallets umgingen dies, indem sie das grundlegende Selbstverwahrungsmerkmal von Bitcoin abschafften. 

Dennoch profitieren die Benutzer solcher Wallets von der ständigen Verfügbarkeit von Zahlungseingängen, da sie die belastenden Liquiditätskanäle im Hintergrund umgehen. Das gesagt, sind Lösungen eindeutig in Sicht, um beide Probleme anzugehen, einschließlich Zeus Pay, das Rechnungen „hält“ und dabei den zuvor genannten Ansatz der statischen Rechnungen nutzt.

Ein weiterer cleverer Ansatz stammt von Aqua Wallet, das die Liquid-Sidechain mit LN integriert. Die selbstverwahrende Wallet wechselt automatisch Gelder in Liquid, als L-BTC, wann immer LN-Benutzer Gelder erhalten. Um die Benutzererfahrung weiter zu verbessern, kümmert sich Aqua's Boltz um die Wartung des Lightning-Knotens.

Wo lässt das das LN-Ökosystem insgesamt? In einem Bereich von Kompromissen. Selbst die Liquid-Sidechain ist nicht mit der Souveränität des Bitcoin-Hauptnetzes vergleichbar. Auch andere Lösungen bieten keinen klaren Weg zur selbstverwahrenden Skalierung.

Letztendlich ist es sehr wahrscheinlich, dass verwahrte Wallets dominant bleiben werden, mit einem geschätzten Verhältnis von 1:8 zugunsten von verwahrten Wallets. Dieser Trend entspricht allen anderen menschlichen Bestrebungen, bei denen der Weg mit dem geringsten Widerstand der am häufigsten begangene ist.