Pickhardt Payments, czyli jak przesyłać duże kwoty w Lightning Network

Lightning Network znacząco przyczyniło się do rozpowszechnienia płatności bitcoinem. Rozwiązanie drugiej warstwy umożliwia wykonywanie małych transakcji BTC praktycznie bez opłat, jednak może nie być optymalne do przesyłania większych kwot. Pickhardt Payments powstało, by rozwiązać ten problem.

Przepływ transakcji w Lightning Network

Lightning Network zostało zaprojektowane w 2015 roku, lecz pierwszego uruchomienia doczekało się dopiero w 2018 roku. Od tamtego czasu rozwiązanie błyskawicznie zyskało na popularności. Według danych TXstats.com obecnie istnieje ponad 88 000 kanałów publicznych posiadających ponad łącznie ponad 4200 bitcoinów. Sieć drugiej warstwy odnotowała znaczny wzrost użytkowników zwłaszcza w ciągu ostatniego roku, po przyjęciu bitcoina jako prawnego środka płatniczego przez Salwador. Stało się powszechnie jasne, że ​​bitcoin rzeczywiście może być używany do kupowania codziennych produktów. Globalna adopcja Lightning Network zaczęła wydawać się realistycznym celem, a protokół ugruntował swoją pozycję jako główne rozwiązanie skalowania płatności w największej kryptowalucie.

Jednak ze względu na konstrukcję połączonych kanałów Lightning Network, płatności wysyłane przez sieć nie mają gwarancji powodzenia. Konieczne jest priorytetyzowanie przepływu płatności, chociażby poprzez ustalanie opłaty za routing. Będąc nadawcą musisz wybrać ścieżkę, która pozwoli na zminimalizowanie kosztów opłat.

Ścieżka w sieci Lightning odnosi się do trasy, jaką przebyła płatność od nadawcy do odbiorcy przy użyciu różnych kanałów. Routing umożliwia dokonanie transakcji między danym nadawcą a odbiorcą bez konieczności otwierania kanału między sobą. Istniejące węzły kierują płatność przez swoje kanały w zamian za określoną opłatę. Wybór najtańszej trasy działa dobrze w przypadku małych płatności. Jednak gdy kwota płatności wzrasta, maleje prawdopodobieństwo jej powodzenia. Innymi słowy, prawdopodobieństwo, że tańsza trasa – i ogólnie Lightning Network – może z powodzeniem dostarczyć daną płatność, maleje wraz ze wzrostem jej wielkości.

Problemy z płynnością w Lightning Network

Problem ten wiąże się z kwestią płynności, która jest niezbędna do przepływu środków zarówno z punktu widzenia nadawcy, odbiorcy, jak i każdego kanału pośredniego. Oczywiście im większa płatność, tym większe zapotrzebowanie na płynność w kanałach Lightning. W przypadku małych płatności nie ma to większego znaczenia. Prawdopodobieństwo, że pojemność kanału wystarczy do przetworzenia niewielkiej płatności, jest wysokie, ale spada wraz ze wzrostem ilości wysyłanych BTC. Dlatego nadawcy małych ilości bitcoinów wysyłanych przez Lightning zazwyczaj nie muszą martwić się zbytnio o płynność. Niemniej jednak nawet niewielkie płatności są podatne na niepowodzenie. Zwiększenie wiarygodności zarówno małych, jak i dużych płatności wydaje się naturalnym etapem w rozwoju LN.

Myśląc o tym problemie, Rene Pickhardt rozpoczął poszukiwania sposobów optymalizacji pod kątem prawdopodobieństwa powodzenia płatności. Podstawowym zagadnieniem przyświecającym badaczowi stało się pytanie: gdzie jest płynność? Niestety, nie ma jednej odpowiedzi na to pytanie. Nawet jeśli znasz pojemność publicznego kanału Lightning, nie jest łatwo określić, w jaki sposób jest ona podzielona między dwa składające się na niego równoległe kanały. Zdolność nadawcy do dokładnego określenia płynności potrzebnej do pomyślnego przeprowadzenia płatności jest praktycznie niemożliwa.

Szacowanie prawdopodobieństwa powodzenia transakcji

Z powodu tej niepewności Pickhardt stwierdził, że najlepszą odpowiedzią jest prawdopodobieństwo. Pickhardt Payments sprowadza niepewność związaną z płynnością do prawdopodobieństwa, mapując wszystkie możliwe ścieżki dla danej płatności. Następnie wybierana jest ta, która ma największe prawdopodobieństwo powodzenia. Innymi słowy, Pickhardt Payments stara się wybrać ścieżkę o najniższym poziomie niepewności.

Model probabilistyczny używany przez Pickhardta szacuje prawdopodobieństwo istnienia określonej ilości płynności w kanale Lightning Network. Płatność jest następnie przesyłana ścieżką, która powinna zawierać największą ilość płynności — dążąc do optymalizacji pod kątem niezawodności. Jeśli płatność się nie powiedzie, model uczy się na swoim błędzie, aktualizując swoje przekonanie o sieci.

Podejście Pickhardta wykorzystuje wieloletnie badania informatyczne. Mówiąc dokładniej, badacz Lightning czerpie z pracy nieżyjącego już ojca teorii informacji, Claude’a Shannona, na temat kanałów komunikacyjnych, aby określić ilościowo niepewność komunikacji za pomocą rozkładów probabilistycznych.

Wyzwanie optymalizacyjne Pickhardt Payments

W sieci Lightning przesyłanie dużych kwot odbywa się dzięki rozbiciu ich na mniejsze płatności. Są one kierowane przez poszczególne kanały do odbiorcy, a jeśli wszystkie z nich się powiodą, pierwotna płatność również zakończy się sukcesem. Co za tym idzie, im większa ilość cząstkowych płatności, tym mniejsze prawdopodobieństwo sukcesu. Tworzy to rodzaj paradoksu, ponieważ teoretycznie im mniejsza transakcja, tym większa szansa na powodzenie operacji. W związku z tym pojawia się wyzwanie optymalizacyjne polegające na znalezieniu prawidłowego podziału płatności.

Pickhardt Payments dąży do zwiększenia prawdopodobieństwa powodzenia pierwotnej płatności poprzez dążenie do tej optymalizacji. Mówiąc dokładniej, model wykorzystuje MCFP, dobrze zbadane narzędzie z dziedziny OR (badań operacyjnych), do modelowania i przeprowadzania optymalnej wieloczęściowej płatności Lightning. W ten sposób znacznie usprawniany jest proces podejmowania decyzji dotyczących podziału transakcji. Krótko mówiąc, założenie jest takie, że istnieje nieodłączny koszt związany z niepewnością dotyczącą informacji o płynności dla każdego kanału. Koszty niepewności można traktować jako koszt alternatywny przy wypróbowaniu danej ścieżki. Teoretycznie im wyższy koszt niepewności, tym wyższy koszt alternatywny, ponieważ jest mniej prawdopodobne, że płatność się powiedzie. Ilościowe określenie tej niepewności pozwala Pickhardt Payments zminimalizować koszt alternatywny i wybrać ścieżkę, która zmaksymalizuje szanse na sukces. Taka optymalizacja umożliwia wysyłanie dużych płatności Lightning, które wcześniej były niemożliwe.

Pickhardt Payments priorytetowo traktuje obniżenie kosztów niepewności, ponieważ dąży do zwiększenia prawdopodobieństwa dostarczenia płatności. Oznacza to, że ​​opłaty za dokonanie transakcji mogą stać się stosunkowo wysokie w porównaniu z tymi, które są zwykle płacone na Lightning. Dopracowany algorytm Pickhardta ma w przyszłości oferować również opcję optymalizacji opłat. Jest to jednak trudne obliczeniowo, biorąc pod uwagę istnienie opłaty bazowej LN. Wyzwaniem będzie znalezienie optymalnej równowagi między poszczególnymi kosztami przeprowadzenia transakcji.

Jak skorzystać z Pickhardt Payments?

Korzystanie z Pickhardt Payments jest obecnie możliwe za pośrednictwem LND manageJ firmy Carsten Otto. Alternatywnie, Pickhardt rozwija bibliotekę, która obecnie umożliwia symulacje i testy produkcyjne. Chociaż nie ma jeszcze prostego sposobu, w jaki zwykły użytkownik może skorzystać z Pickhardt Payments, dostępność powinna niebawem wzrosnąć. Programiści nadal pracują nad algorytmem, aby ostatecznie zaprezentować jak najbardziej niezawodny i bezpieczny produkt.