Арк и Спарк: Новые решения для масштабирования каналов в Lightning-сети

Арк и Спарк: Фабрики Каналов, которые мы ждали

Видения будущих технологий часто проницательны в общих чертах, но запутываются в деталях. Планшеты в «2001 году: Космическая одиссея» действительно похожи на iPad, но вы никогда не видите астронавтов, платящих подписки или теряющих часы на Candy Crush.

Фабрики каналов — это одно из видений, появившихся на раннем этапе истории сети Lightning, чтобы решить некоторые проблемы, с которыми она сталкивалась с самого начала. Несмотря на то что она стала самой успешной решением второго уровня для масштабирования Bitcoin с моментальными и низкими понижениями комиссий, масштаб Lightning ограничен ее зависимостью от платежных каналов.Хотя Lightning перемещает большинство транзакций за пределы цепи блоков, каждый платежный канал все равно требует транзакции в цепи для открытия и (обычно) еще одной для закрытия. С ростом популярности, давление на блокчейн увеличивается. Необходимость более масштабируемого подхода к управлению каналами ясна. Фабрики каналов должны были удовлетворить эту потребность, но где же они?

В 2025 году появляются подсети, которые возрождают импульс фабрик каналов с некоторыми новыми деталями, которые значительно увеличивают их потенциал. Они нативно взаимодействуют с Lightning и достигают большего масштаба, позволяя группе участников открыть совместный мультиподписной UTXO и создать несколько двухсторонних каналов, что снижает количество транзакций в цепи и улучшает эффективность капитала. Добиваясь большего масштаба за счет уменьшения сложности, Арк и Спарк выполняют ту же функцию, что и традиционные фабрики каналов, но с новыми проектами и дополнительными возможностями на основе совместных UTXO.

Фабрики Каналов 101

Фабрики каналов существуют с самого начала сети Lightning. Фабрика — это многопартнёрское соглашение, в котором несколько пользователей (не только двое, как в канале Дрижи-Пуна) совместно блокируют средства в одном мультиподписном UTXO. Они могут открывать, закрывать и обновлять каналы вне цепи без обновления блокчейна для каждой операции. Только когда участники покидают фабрику или фабрика распускается, требуется транзакция в цепи.

Фабрики каналов предлагают ряд важных преимуществ. Позволяя создавать несколько внецепочных каналов из одной транзакции в цепи, они значительно снижают нагрузку на основную цепь. Участники могут эффективно перераспределять средства между собой, не касаясь цепи: новые каналы могут быть созданы по запросу внутри фабрики, без дополнительных затрат, кроме уже оплаченных при создании фабрики. Возможность изменять соотношение каналов к транзакциям в цепи делает фабрики каналов одним из самых капиталосберегающих подходов к масштабированию, доступных для Lightning на сегодняшний день.

Тем не менее, не случайно, что фабрики каналов в значительной степени оставались на чертежной доске, несмотря на свои обещания. Фабрика канала обычно требует, чтобы все участники были онлайн и сотрудничали для обновления ее состояния, если только не предусмотрены специальные соглашения или протоколы для работы с асинхронностью. Например, поставщики сервисов Lightning (LSP) не могут использовать фабрики каналов для управления нижестоящими каналами со своими пользователями, поскольку все участники должны быть известны на момент создания фабрики. Без возможности постепенно добавлять участников в существующую фабрику модель становится непрактичной для узлов, масштабируемость которых встроена в их бизнес-модель, как это происходит с LSP. Более того, управление выходами из фабрики, особенно когда участники не отвечают или являются злонамеренными, включает в себя сложные механизмы, которые могут требовать от участников предварительной подписи большого дерева потенциальных транзакций выхода, охватывающих каждую возможную комбинацию кооперативного и некорпоративного поведения. Представьте фабрику из пяти человек, где один участник отключается или становится подлым — каждому из оставшихся участников нужны будут заранее согласованные, предварительно подписанные пути выхода для каждого случая. Без автоматизации или поддержки ковенанта управление этим становится комбинаторским и операционным кошмаром. Эти технические и пользовательские ограничения затрудняют создание безупречного пользовательского опыта или масштабирование таких систем в производстве.

С 2019 года мы видели несколько предложений по оптимизации фабрик каналов, с продолжающимся интересом, но с небольшим внедрением в производство — до сих пор.Краткая История Предложений Фабрики Каналов

Одно из ранних и очень всеобъемлющих предложений для фабрик каналов было предложено Конрадом Бurchertом, Кристианом Деккером и Роджером Ваттенхофером в их работе 2017 года «Масштабируемое финансирование сетей микротранзакционных каналов Bitcoin». Их конструкция позволяет группе участников блокировать средства в одном мультипартнёрском UTXO и открывать несколько каналов вне цепи между парами участников. Каждая смена состояния (открытие канала, закрытие или перераспределение) требует полного набора предварительно подписанных транзакций. Это гарантирует, что у каждого участника есть криптографически безопасный способ выйти из фабрики в случае необходимости.

Однако конструкция Бurcherte-Деккера-Ваттенхофера имеет серьезное ограничение по масштабируемости: любое обновление состояния фабрики требует, чтобы каждый участник был онлайн и подписал изменение. С увеличением числа участников число требуемых подписей и предварительно подписанных путей выхода возрастает экспоненциально, как и накладные расходы на координацию, нагрузка на хранение и головные боли.

Попытки улучшить эту модель использовали новые функции Bitcoin. Taproot упрощает структуру транзакций выхода, позволяя заключать их условия в дерево Меркла скриптов, при этом только путь расходования раскрывается при погашении. Это уменьшает как размер транзакции, так и утечку конфиденциальности. OP_CHECKTEMPLATEVERIFY (OP_CTV), предложенный мягкий форк, значительно упростит фабрики, позволяя заранее фиксированные пути выхода без необходимости исчерпывающего предварительного подписания. С OP_CTV фабрика могла бы зафиксировать набор транзакций выхода в момент создания. Каждый участник знал бы, что может выйти в одностороннем порядке определенным образом, что снижает как взаимодействие, так и операционную сложность.

Несмотря на такие достижения, практическое внедрение отстает. Препятствия для полной интерактивности участников и сложных схем подписания, особенно в отсутствие OP_CTV, слишком высоки.Арк и Спарк: Фабрики Каналов П 다음 대에서

Два недавних проекта, Арк и Спарк, заново представляют фабрику канала с различными компромиссами. Хотя ни один из проектов явно не рекламирует себя как «фабрику канала», их архитектуры фактически реализуют многие цели, к которым стремились ранние предложения фабрики канала. Поскольку оба проекта основаны на совместном UTXO и оба нативно совместимы с Lightning, Спарк и Арк представляют современные инкарнации фабрик каналов, которые используют современные инструменты и предположения. Наконец-то! Оба проекта направлены на сохранение преимуществ фабрик каналов (уменьшение использования цепи, масштабируемое распределение ликвидности), решая ключевые слабые места в отношении живучести, интерактивности и сложности выхода. Что более важно, оба проекта подходят к масштабированию прагматично. Они работают в рамках текущих правил консенсуса Bitcoin, избегая необходимости в мягких форках или новых опкодах, чтобы быть полезными уже сегодня.

Обмен UTXO

Арк вводит модель обмена UTXO, построенную вокруг концепции виртуальных UTXO (VTXO). Вместо того чтобы назначить пользователям индивидуальные выходы в цепи, Арк позволяет им вести транзакции вне цепи, используя общий пул ликвидности, управляемый сервером Арк. Пользователи делают транзакции, запрашивая, чтобы новое распределение VTXO было включено в следующий раунд, когда сервер Арк создает «блок Арк», агрегируя недавнюю активность пользователей и публикуя новый общий UTXO в блокчейн. Таким образом, Арк позволяет пользователям передавать VTXO между собой и периодически производить расчет распределения VTXO в общем UTXO через пакетные анкерные транзакции в блокчейне.

Пользователи также могут выполнять транзакции вне раунда, которые мгновенно перемещают VTXO между пользователями без ожидания следующего раунда анкерных транзакций. В этом случае сервер Арк подписывает внеранговый платеж, который может быть скомпрометирован, если сервер Арк и отправитель согласятся на двойные траты VTXO. Тем не менее, получатель может принять решение, принимать ли риск на основе репутации сервера Арк, и взять средства сразу или подождать следующего раунда.

Спарк идет другим путем к совместным UTXO, основываясь на концепции statechains. Ключевым моментом совместного протокола подписи Спарк являются операторы Спарк (SO), которые объединяются в консорциум, называемый сущностью Спарк (SE). Когда пользователь присоединяется к Спарку, он вносит средства в адрес с общей подписью, контролируемый им самим и SE. SE и пользователь заранее подписывают транзакцию на вывод средств, обеспечивая возможность выхода пользователя в одностороннем порядке. Платеж происходит, когда появляется новая транзакция на вывод средств, которая создает новое текущее состояние. Со временем история транзакций принимает древовидную структуру, отрасль от первоначального общего UTXO, и каждая конечная транзакция, принадлежащая пользователю, называется «листом». Естественно, после каждого изменения операторы SO должны удалить прошлые ключи, используемые для предыдущего владельца (т.е. обрезка старых листьев), и лишь один из SO в SE должен это сделать, чтобы система работала безопасно. Это позволяет Спарк предлагать минимизированные по доверию, самостоятельные внецепочные платежи, сохраняя базовый UTXO неизменным.

Как и Арк, Спарк также вводит некоторые новые предположения относительно доверия. Спарк требует, чтобы как минимум один SO (или некоторый более высокий настраиваемый порог) в SE действовал добросовестно и удалил устаревшие транзакции на вывод средств. Результатом является модель доверия «мгновение во времени», при которой доверие требуется только в момент передачи: Система поддерживает идеальную предсказуемую безопасность, пока операторы удаляют свои доли ключей после передачи. Как только ключи удалены, даже скомпрометированный или злонамеренный оператор не может ретроактивно повлиять на прошлые транзакции или украсть средства, а удаление любым SO учитывается для всех SO в SE, распределяя ответственность среди нескольких операторов.

Совместимость с Lightning

Чтобы взаимодействовать с Lightning, как Спарк, так и Арк полагаются на обмены, обеспечиваемые LSP. Эти LSP должны участвовать в определенной сущности Арк или Спарк, чтобы действовать в качестве мостов: они выполняют платежи Lightning от имени пользователей в обмен на активы внутри соответствующих систем — VTXO в Арк и листья в Спарк. Процесс защищен атомарностью: LSP получает VTXO или лист, только когда может доказать, что платёж Lightning был успешно завершен, предоставив предизображение. Это позволяет пользователям производить платежи Lightning, не управляя узлом Lightning самостоятельно, и надежно связывает обе системы с более широкой экосистемой Lightning.

Если это выглядит как утка…

Фабрики каналов увеличивают масштаб, используя совместные UTXO, чтобы усилить масштабируемость Lightning. Следовательно, Арк и Спарк однозначно являются фабриками каналов, хотя и обладая последними модными изделиями в технологии VTXO и statechain. Учитывая то, что такие модели совместных UTXO уже достигают, мы можем ожидать больших вещей от лабораторий фабрики каналов в ближайшем будущем — особенно в случае добавления новых опкодов к L1.

Оба проекта Арк и Спарк сами по себе являются значительными достижениями, но они также подтверждают Lightning. Без возможности взаимодействовать с другими подсетями — Liquid, Fedimint, Cashu и т.д. — эти обновленные фабрики каналов были бы гораздо менее ценными. И именно Lightning позволяет им взаимодействовать практически везде, куда может попасть Bitcoin. Появление Спарк и Арк не является признаком ограничений Lightning, а свидетельствует о его незаменимости в сегодняшней экономике Bitcoin.

Не упустите свой шанс заполучить номер журнала The Lightning Issue — с эксклюзивным интервью с соавтором Lightning Таджем Дрижей. Он погружается в самую мощную уровень масштабирования Bitcoin. Ограниченный тираж. Доступен только пока запасы не исчерпаны.

Это произведение является статьей, опубликованной в последнем печатном выпуске журнала Bitcoin Magazine, The Lightning Issue. Мы делимся им здесь, чтобы показать идеи, изученные на протяжении всего выпуска.

Этот пост `Арк и Спарк: Фабрики Каналов, которые мы ждали` впервые появился в журнале Bitcoin Magazine и написан Роем Шейнфельдом.