Desde que o Bitcoin quebrou a resistência de US$ 40.000 no dia 3 de dezembro, a criptomoeda pioneira recuperou o nível de abril de 2022. Esse período foi imprensado entre o início do ciclo de aumento das taxas de juros do Fed e a queda do Terra (LUNA).

Embora ainda seja incerto para onde irá a última corrida de alta do Bitcoin, há pouca ambiguidade sobre outra coisa – as taxas do Bitcoin. Durante a maior parte do ano, a taxa média de transação do BTC esteve firmemente abaixo de US$ 5. O renovado interesse pelo Bitcoin, aproveitando o hype das aprovações do ETF, agora o elevou para pouco menos de US$ 30 por transação.

 Quanto mais popular o Bitcoin fica, mais caras são as transferências de BTC. Crédito da imagem: ycharts

Isto não é surpreendente. Após o debate da Blocksize War de 2015 a 2017, a blockchain do Bitcoin decidiu processar transações pouco frequentes, mas de alto valor. Por sua vez, a narrativa do “ouro digital” foi afirmada.

No entanto, se a rede Bitcoin estiver limitada a 7 transações por segundo, incorrendo assim em taxas elevadas durante tráfego intenso, como poderá alguma vez receber uma adoção global em massa? E quanto a micro-gorjetas frequentes, compras on-line, assinaturas, compras em jogos ou até mesmo em futuras estratégias de negociação?

Esses hábitos diários exigem pouco atrito, com perdas de pequenas somas de dinheiro. Tão pequenos que uma pessoa pode nem fazer caso. A solução de escalonamento da camada 2 do Bitcoin, Lightning Network, fez grandes avanços para resolver esse problema de atrito. Mas ainda existem alguns desafios a serem resolvidos.

Desbloqueando o Potencial do Bitcoin com a Lightning Network

Como uma rede de canais de pagamento fora da cadeia, a Lightning Network contorna o gargalo da rede principal do Bitcoin. O conceito é bastante simples. Duas partes envolvidas na transação abrem um canal entre elas, que é estabelecido quando os fundos BTC são depositados num livro-razão fora da cadeia.

Por causa do livro-razão fora da cadeia, como uma rede de camada 2, não regista transações na rede Bitcoin, nenhum minerador de Bitcoin incorre em taxas. Em vez disso, muitas transações podem ocorrer com atrito insignificante, quase instantaneamente.

As taxas da LN são muito menores. Crédito da imagem:1ml.com statistics.

Somente após o encerramento do canal de pagamento, manual ou automaticamente, essas transações são acumuladas numa única transação. Em seguida, essa transação consolidada da LN é transmitida para a rede principal do Bitcoin para confirmação final, sujeita às taxas do minerador. Mas o que acontece se a parte B não acusar o recebimento da parte A?

A Lightning Network resolveu esse problema de confiança com uma opção de reembolso integrada. Após o financiamento do canal de pagamento, o reembolso pode ser ativado (desbloqueado) após um determinado período. Ambas as partes assinam os termos do reembolso, podendo este ser exercido unilateralmente.

Infelizmente, apesar da velocidade e do baixo atrito, os pagamentos na LN sofrem uma desvantagem devido à forma como os pagamentos BTC são movimentados através dos canais.

Compreendendo os Atuais Desafios de Privacidade da Lightning Network

Outra maneira de enquadrar o escalonamento da LN é descrevê-lo como encaminhamento colateral. Nessa arquitetura, os nodes da LN atuam como intermediários, ganhando taxas de hospedagem de nodes no processo de roteamento. Por sua vez, nodes com um registro sólido de tempo de atividade e roteamento eficiente podem ganhar taxas mais altas.

Atualmente, os nodes da LN facilitam em média cerca de 8,3 canais de pagamento, com idade média dos nodes de dois anos. Como se pode imaginar, o atrito acontece no processo de roteamento. Os utilizadores são incentivados a vincular indiretamente os canais. Afinal, abrir e fechar canais exige uma taxa de blockchain.

Para esse fim, os pagamentos podem ser encaminhados através de vários canais hospedados por terceiros. Essas taxas de roteamento também são muito mais baixas do que simplesmente usar a rede principal Bitcoin. Mas durante o processo de conversa banal que investiga o roteamento, as informações do utilizador vazam.

Por outras palavras, o próprio acto de encaminhar pagamentos de forma mais económica exige a recolha de informações. Essa coleta de informações, para determinar o estado preciso dos canais LN, é chamada de sondagem do canal. Isso não apenas melhora o atrito no pagamento, mas também reduz o risco de fraude.

Durante a sondagem do canal, os dados do remetente têm uma cobertura de privacidade devido ao roteamento de criptografia cebola. No entanto, o mesmo não se aplica aos destinatários do pagamento.

Durante a sondagem do canal, os dados do remetente têm uma cobertura de privacidade devido ao roteamento de criptografia cebola. No entanto, o mesmo não se aplica aos destinatários do pagamento. — Tony Giorgio, desenvolvedor da Lightning Network

Uma dessas áreas de melhoria é encaminhar os pagamentos através de múltiplos intermediários para ofuscar o encaminhamento, tornando mais difícil o rastreamento do pagamento na origem. Os usuários também podem tornar os pagamentos recebidos “cegos” através de encriptação. À medida que o pagamento é encaminhado, o cegamento da rota garante que apenas o destinatário visualize todo o seu caminho.

Mecanismos de Divisão e Troca de Pagamentos da LN

À medida que a Lightning Labs trabalha para implementar o melhoramento da privacidade no nível do protocolo principal, uma técnica relacionada ao cegamento de rotas é a divisão e troca de pagamentos (PSS). Embora a ocultação da rota obscureça algumas seções do caminho de pagamento, o PSS o divide em porções menores.

Esses bits de pagamento menores são então encaminhados por rotas alternativas para aumentar a privacidade e aumentar a probabilidade de sucesso do pagamento. O desenvolvedor da técnica PSS, Gijs van Dam, explicou-a nas seguintes etapas:

• Alice e Bob (o intermediário) abrem um canal de pagamento que suporta PSS.
• Alice divide o pagamento que deseja enviar em duas partes.
• Uma parte segue a rota original até Bob, enquanto a outra parte segue uma rota alternativa.
• Alice confirmará o encaminhamento da rota original através de HTLC - hashed-timelock-contract - com um valor de BTC menor do que o exigido por Bob.
• Ao ver o valor ineficiente, Bob aguarda um valor combinado, a segunda parcela, pois suporta o PSS.
• Alice então envia um novo pagamento para preencher a soma ineficiente, usando o mesmo hash da transação.

É claro que, quando Bob recebe o pagamento que também cobre a taxa de encaminhamento, ele é incentivado a encaminhar o pagamento original. Ele também faria isso através do HTCL. É importante ter em mente que o HTLC é o alicerce subjacente do LN. Estes contratos inteligentes facilitam:

• Bloqueio de fundos
• Desbloqueio de fundos
• Roteamento fora da cadeia
• Mecanismo de bloqueio de tempo
• Compromisso de pré-imagem

O comprometimento de pré-imagem é um quebra-cabeça criptográfico com uma solução única que só Alice conhece. Em outras palavras, Bob só pode reivindicar pagamentos com uma pré-imagem revelada que gere o hash de pagamento.

Ao todo, o PSS possibilita que os nodes do LN encaminhem pagamentos usando qualquer rota disponível via “comutação de pacotes localizada”. A questão é: como o PSS aumenta a privacidade da Lightning Network?

Melhorar a Privacidade com Divisão e Troca de Pagamentos

Voltemos à sondagem de canal, como requisito necessário da arquitetura LN. Se esse canal agora for compatível com PSS, como os invasores em potencial seriam frustrados?

Com a comutação de pacotes PSS, o invasor teria que levar em conta que o pagamento poderia passar por qualquer rota Alice-Bob possível simultaneamente. Com isso em mente, o invasor teria que investigar a liquidez total entre Alice e Bob.

Biryukov et al. (2022) desenvolveu o Simulador de Sondagem LN para testar tal probabilidade. Pode ser realizado de duas maneiras:

Sondagem direta - o invasor abre um canal para um dos dois nós (num dos lados) do canal alvo. Não apenas Alice/Bob teria que participar ao abrir o canal, mas o invasor sofreria taxas na rede para cada canal investigado.

Nesse caso, o pagamento seria roteado por exatamente dois nodes. Como o pagamento em 2 saltos é o mais barato, normalmente é usado para quantias menores.

Sondagem remota - o invasor renuncia ao link direto do canal. Em vez disso, ele escolhe a que node conectar para evitar taxas na rede.

Como a investigação remota é executada através de vários saltos, o invasor pode coletar dados de intermediários como Bob. Contudo, esta investigação provavelmente falhará se o intermediário não tiver fundos para retransmitir o pagamento.

Na forma de gráfico, isso significa que tanto para sondagem direta quanto remota, o ganho de informação é reduzido se o PSS estiver habilitado.

 Crédito da imagem: Gijs van Dam∗

Além disso, como o potencial invasor não sabe se o PSS está habilitado ou não, isso cria outra camada de incerteza. O invasor só seria capaz de saber isso se estivesse vinculado a ambos os nodes pares em ambos os lados do canal, o que causaria o problema de taxas na cadeia mencionado acima.

No geral, as simulações conduzidas por Gijs van Dam mostram que o PSS poderia reduzir o ganho de informação em 50% para sondagem direta e 62% para sondagem remota. Além disso, a nova técnica PSS leva a tal complexidade que os Balance Disclosure Attacks (BDA) exigiriam hardware próprio para poderem ser ampliados adequadamente.

Conclusão

Para utilizadores normais dos bancos, é difícil avaliar o que significa ter um sistema de pagamento e armazenamento de código aberto e sem permissão. Num sistema tão tradicional, as partes não procuram a soberania. Em vez disso, eles firmam um contrato de custódia permitida.

O Bitcoin quebrou esse paradigma com armazenamento e transferência de riqueza verdadeiramente privada e sem permissão. No entanto, para garantir que tal rede permanecesse descentralizada, foi necessário um compromisso sob a forma de tamanhos de blocos mais pequenos. E se os tamanhos dos blocos para transações forem pequenos, o rendimento da rede será menor, eventualmente incorrendo em taxas de transferência mais altas.

A Lightning Network surgiu como uma solução escalonável para resolver isso, atualizando o Bitcoin de reserva de valor para moeda de baixo atrito. Ainda assim, algumas leis são difíceis de contornar. Os dados das transações ainda precisam ser transmitidos publicamente através dos canais do LN para que os pagamentos sejam realizados.

Durante esta transmissão, as informações do utilizador podem ser desanonimizadas. Entre muitas técnicas para proteger a privacidade, a divisão e troca de pagamentos (PSS) vem em seu socorro. Os possíveis invasores terão então que lidar com maiores custos e complexidade para superá-lo e ter sucesso em Balance Disclosure Attacks (BDA).

Embora não seja perfeito, o PSS mostra que a LN tem muito espaço para melhorias. Mais importante ainda, mostra que a própria Lightning Network pode continuar a escalar a rede Bitcoin, mantendo a sua natureza conservadora.