Depuis que le Bitcoin a franchi la résistance des 40 000 dollars le 3 décembre, la cryptomonnaie pionnière a retrouvé le niveau d'avril 2022. Cette période était coincée entre le début du cycle de relèvement des taux d'intérêt de la Fed et la chute de Terra (LUNA).

Bien qu'il soit encore incertain où le dernier mouvement haussier du Bitcoin nous mènera, il y a peu d'ambiguïté concernant autre chose : les frais de transaction du Bitcoin. Pendant la majeure partie de l'année, le coût moyen d'une transaction BTC est resté solidement en dessous de 5 dollars. L'intérêt renouvelé pour le Bitcoin, alimenté par l'excitation des approbations des ETF, l'a maintenant porté à un peu moins de 30 dollars par transaction.

Plus le bitcoin est populaire, plus les transferts de BTC sont coûteux. Crédit photo : ycharts

Cela n'est pas surprenant. À la suite du débat sur la taille des blocs de 2015 à 2017, la blockchain Bitcoin s'est stabilisée pour traiter des transactions peu fréquentes mais de grande valeur. En retour, la narration de "l'or numérique" a été confirmée.

Néanmoins, si le réseau Bitcoin est limité à 7 transactions par seconde, ce qui entraîne des frais élevés en cas de trafic élevé, comment pourra-t-il jamais être adopté en masse à l'échelle mondiale ? Qu'en est-il des micro-transactions fréquentes, des achats en ligne, des abonnements, des achats dans les jeux ou même des futures trading strategies?

Ces habitudes quotidiennes nécessitent peu de friction, avec les sommes d'argent les plus minimes possibles. Tellement minimes qu'on pourrait les négliger. La solution de mise à l'échelle de la couche 2 de Bitcoin, le Lightning Network, a fait d'énormes progrès pour résoudre ce problème de friction. Cependant, il reste encore quelques défis à résoudre.

Débloquer le potentiel de Bitcoin avec le Réseau Lightning

En tant que réseau de canaux de paiement hors chaîne, le Lightning Network contourne le goulot d'étranglement du réseau principal de Bitcoin. Le concept est assez simple. Deux parties à une transaction ouvrent un canal entre eux, qui est établi lorsque les fonds BTC sont déposés dans un registre hors chaîne.

Parce que le registre hors chaîne, en tant que réseau de niveau 2, n'enregistre pas les transactions sur le réseau Bitcoin, aucun mineur Bitcoin n'encourt de frais. Au lieu de cela, autant de transactions peuvent se produire avec une friction négligeable, presque instantanément.

The LN La Les frais du Lightning Network est inférieure de plusieurs ordres de grandeur. Image credit: 1ml.com statistics.

Une fois que le canal de paiement est fermé, manuellement ou automatiquement, ces transactions sont regroupées dans une seule transaction. Ensuite, cette transaction LN consolidée est diffusée sur le réseau principal de Bitcoin pour une confirmation finale, sous réserve de frais de mineurs. Mais que se passe-t-il si la partie B ne reconnaît pas la réception de la part de la partie A?

Lightning Network a résolu ce problème de confiance en intégrant une option de remboursement. Après le financement du canal de paiement, le remboursement peut être activé (débloqué) après une certaine période. Les deux parties signent les conditions de remboursement, qui peuvent donc être exercées unilatéralement.

Malheureusement, malgré la rapidité et la faible friction, les paiements sur le Lightning Network souffrent d'un inconvénient en raison de la manière dont les paiements BTC sont déplacés à travers les canaux.

Compréhension des Défis Actuels en Matière de Confidentialité du Lightning Networks

Une autre façon de présenter la mise à l'échelle du LN est de la décrire comme un transfert de garantie. Dans cette architecture, les nœuds LN servent d'intermédiaires et gagnent des frais d'hébergement de nœuds dans le processus. En retour, les nœuds ayant un temps de fonctionnement élevé et un routage efficace peuvent percevoir des frais plus élevés.

Actuellement, les nœuds LN permettent en moyenne 8,3 canaux de paiement, l'âge moyen des nœuds étant de deux ans. Comme on peut s'en douter, c'est dans le processus de routage que se produisent les frictions. Les utilisateurs sont incités à établir des liens indirects entre les canaux. Après tout, l'ouverture et la fermeture de canaux entraînent des frais pour la blockchain.

Dans cette optique, les paiements peuvent être routés via plusieurs canaux hébergés par des tiers. Ces frais de routage sont également inférieurs de plusieurs ordres de grandeur par rapport à une simple utilisation du réseau principal de Bitcoin. Mais au cours de ce processus de diffusion qui explore les possibilités de routage, des fuites d'informations utilisateur peuvent se produire.

En d'autres termes, la transmission des paiements de la manière la plus économique possible nécessite la collecte d'informations. Cette collecte d'informations, visant à déterminer l'état exact des canaux LN, s'appelle l'exploration des canaux. Elle permet non seulement d'améliorer la friction des paiements, mais aussi de réduire le risque de fraude.

Pendant l'exploration des canaux, les données de l'expéditeur sont protégées par un voile de confidentialité grâce au onion encryption routing. Mais il n'en va pas de même pour les récepteurs de paiement.

Pendant l'exploration des canaux, les données de l'expéditeur sont protégées par un voile de confidentialité grâce au onion encryption routing. Mais il n'en va pas de même pour les récepteurs de paiement.
— Tony Giorgio, Lightning Network developer

L'un de ces domaines d'amélioration consiste à faire passer les paiements par plusieurs intermédiaires afin d'obscurcir le routage, ce qui rend plus difficile de retracer la source du paiement. Les utilisateurs pourraient également rendre les paiements entrants "aveugles" grâce au cryptage. Lorsque le paiement est transmis, route blinding l'obscurcissement de l'itinéraire permet de s'assurer que seul le destinataire voit son trajet complet.

Mécanismes de Séparation et de Commutation des Paiements de la LN

Alors que Lightning Labs travaille à la mise en œuvre de l'amélioration de la protection de la confidentialité au niveau du protocole de base, une technique apparentée au brouillage des routes est le fractionnement et la commutation des paiements (PSS). Alors que le brouillage des itinéraires obscurcit certaines sections du chemin de paiement, le PSS le divise en portions plus petites.

Ces petits bits de paiement sont ensuite transmis par d'autres routes pour améliorer la confidentialité et augmenter les chances de succès du paiement. Le développeur de la technique PSS, Gijs van Dam, l'a expliquée de la manière suivante:

• Alice et Bob (l'intermédiaire) ouvrent un canal de paiement qui prend en charge les PSS.
• Alice divise le paiement qu'elle souhaite envoyer en deux parties.
• Une partie du trajet suit l'itinéraire original jusqu'à Bob, alors que l'autre partie prend un itinéraire alternatif.
• Alice va conserver l'itinéraire d'origine en passant par le HTLC - hashed-timelock-contract - avec un montant de BTC inférieur à celui demandé par Bob.
• En voyant la somme inefficiente, Bob attend un montant agréé, le deuxième versement, parce qu'il soutient le PSS.
• Alice envoie alors un nouveau paiement pour compléter la somme inefficiente, en utilisant le même hachage de transaction.

Bien sûr, lorsque Bob reçoit le paiement qui couvre également les frais de transmission, il est incité à transmettre le paiement original. Il le fera également par l'intermédiaire de HTCL. Il convient de garder à l'esprit que HTLC est le bloc de construction sous-jacent de LN. Ces contrats intelligents facilitent:

• Blocage de fonds
• Déblocage de fonds
• Routage hors chaîne
• Mécanisme de verrouillage du temps
• Engagement de préimage

L'engagement de préimage est une énigme cryptographique dont la solution unique n'est connue que d'Alice. En d'autres termes, Bob ne peut réclamer des paiements qu'avec une préimage révélée qui génère le hachage du paiement.

Dans l'ensemble, le PSS permet aux nœuds du LN de transmettre les paiements en utilisant n'importe quelle route disponible grâce à la "commutation de paquets localisée". La question est de savoir comment le PSS renforce la confidentialité du Lightning Network ?

Améliorer la Protection de la Confidentialité Grâce à la Séparation et à la Commutation des Paiements

Revenons au sondage du canal, qui est une exigence nécessaire de l'architecture LN. Si ce canal est désormais pris en charge par le PSS, comment les attaquants potentiels seront-ils contrecarrés ?

Avec la commutation de paquets PSS, l'attaquant doit tenir compte du fait que le paiement peut emprunter simultanément tous les itinéraires possibles entre Alice et Bob. Dans cette optique, l'attaquant devrait sonder la liquidité totale entre Alice et Bob.

Biryukov et al. (2022) ont mis au point le simulateur pour tester cette probabilité. Il peut être réalisé de deux manières :

Exploration directe - L'attaquant ouvre un canal vers l'un des deux nœuds (de chaque côté) du canal ciblé. Non seulement Alice/Bob devrait participer lors de l'ouverture du canal, mais l'attaquant devra payer des frais de chaîne pour chaque canal examiné.

Dans ce cas, le paiement passe par exactement deux nœuds. En tant que paiement à deux étapes, il est moins coûteux et est généralement utilisé pour les petites sommes.

Exploration à distance - l'attaquant renonce à une liaison directe. Au lieu de cela, il choisit le nœud à connecter afin d'éviter les frais de la chaîne.

Étant donné que l'interrogation à distance s'effectue par plusieurs sauts, l'attaquant peut recueillir des données sur des intermédiaires tels que Bob. Cependant, cette enquête risque d'échouer si l'intermédiaire ne dispose pas des fonds nécessaires pour relayer le paiement.

Sous forme de graphique, cela signifie que pour l'exploration directe et à distance, les informations gagnées sont réduites si le PSS est activé.

Image credit: Gijs van Dam∗

De plus, comme l'attaquant potentiel ne sait pas si le PSS est activé ou non, cela crée une autre couche d'incertitude. L'attaquant ne pourrait le savoir qu'en se connectant aux deux nœuds pairs de chaque côté du canal, ce qui entraînerait le problème susmentionné des frais sur la chaîne.

En général, les simulations réalisées par Gijs van Dam montrent que le PSS pourrait réduire le gain d'informations de 50 % pour l'exploration directe et de 62 % pour l'exploration à distance. De plus, la nouvelle technique PSS entraîne une telle complexité que les attaques de révélation du solde (Balance Disclosure Attacks - BDA) nécessitent du matériel de série pour être correctement mises à l'échelle.

Conclusion

Pour les utilisateurs habituels des services bancaires, il est difficile de comprendre ce que signifie un système open-source et sans permission de stockage et de paiement. Dans un tel système traditionnel, les parties ne recherchent pas la souveraineté. Au lieu de cela, elles établissent un contrat de garde avec permission.

Bitcoin a rompu avec ce paradigme en proposant un véritable stockage et transfert de richesse privé et sans permission. Cependant, pour garantir qu'un tel réseau reste décentralisé, un compromis a dû être trouvé sous la forme de tailles de blocs plus petites. Et si les tailles de blocs pour les transactions sont réduites, le débit du réseau est plus bas, entraînant éventuellement des frais de transfert plus élevés.

Le Lightning Network est intervenu en tant que solution d'évolutivité pour résoudre cela, transformant Bitcoin d'une réserve de valeur en une monnaie à faible friction. Cependant, certaines lois sont difficiles à contourner. Les données de transaction doivent encore être diffusées publiquement à travers les canaux du Lightning Network pour que les paiements puissent avoir lieu.

Au cours de cette diffusion, les informations relatives à l'utilisateur peuvent être désanonymisées. Parmi les nombreuses techniques de protection de la confidentialité, la séparation et la commutation des paiements (Payment Splitting and Switching - PSS) vient à la rescousse. Les attaquants potentiels doivent alors faire face à des coûts plus élevés et à une plus grande complexité pour la percer et réussir les attaques de révélation du solde (Balance Disclosure Attacks - BDA).

Bien qu'il ne soit pas parfait, le PSS montre que le LN dispose d'une grande marge d'amélioration. Plus important encore, il montre que le Lightning Network lui-même peut continuer à faire évoluer le réseau Bitcoin tout en conservant sa nature conservatrice.