Das Lightning Network (LN) wurde 2016 in einem Whitepaper vorgeschlagen und ist eine Layer-2-Lösung, die auf Bitcoin aufbaut. LN wurde als Reaktion auf Skalierbarkeitsprobleme von Bitcoin entwickelt, nämlich die Geschwindigkeit und die Kosten von Bitcoin-Transaktionen.

Die derzeit theoretische Maximalzahl an Transaktionen pro Sekunde (TPS) bei Bitcoin liegt bei 10, in Wirklichkeit sind es jedoch zwischen 3 und 7. Im Gegensatz dazu haben herkömmliche Zahlungsabwickler wie VISA im Jahr 2020 durchschnittlich 6.000 TPS abgewickelt (basierend auf der Angabe von VISA von 188 Milliarden Transaktionen pro Jahr).

Die Transaktionsgebühren von Bitcoin können je nach aktueller Nachfrage nach der Nutzung des Netzwerks stark variieren. Am 20. April 2021 lagen die durchschnittlichen Transaktionsgebühren beispielsweise bei über 50 US-Dollar, während sie am 9. August 2021 durchschnittlich bei etwa 2,50 US-Dollar lagen. Bei großen Transaktionen wie Banküberweisungen oder internationalen Geldüberweisungen sind Geschwindigkeit und Kosten von Bitcoin mit Alternativen vergleichbar oder diesen sogar überlegen. Aber wenn Bitcoin für alltägliche Zahlungen (sogenannte Mikrotransaktionen, z. B. eine Tasse Kaffee oder Benzin) verwendet werden soll, muss die Transaktionsgeschwindigkeit erhöht und die Transaktionskosten drastisch gesenkt werden.

Lightning Network in der Theorie

Um zu verstehen, wie LN funktioniert und welche aktuellen Herausforderungen es mit sich bringt, müssen wir über Bitcoin sprechen. Der limitierende Faktor des Bitcoin-Netzwerks ist, dass jede Transaktion in einen neuen Block in der Kette eingetragen werden muss. Da der Kette etwa alle 10 Minuten Blöcke hinzugefügt werden, gibt es eine harte Grenze für die Anzahl der Transaktionen, die möglich sind, ohne das Bitcoin-Protokoll wesentlich zu ändern.

Es gab schon früher Debatten über größere Überarbeitungen des Bitcoin-Protokolls, die zu „Hard Forks“ führten, insbesondere zur Schaffung von Bitcoin Cash. Das Lightning Network ist keine neue Blockchain, sondern eine Layer-2-Lösung. Das bedeutet, dass das Bitcoin-Protokoll relativ unverändert bleibt, aber die Vorteile bietet, die größere Überarbeitungen mit sich bringen könnten – zumindest theoretisch.

LN funktioniert, indem es einen Zahlungskanal zwischen zwei Parteien einrichtet, wobei nur die erste und die letzte Transaktion in die Bitcoin-Blockchain eingetragen werden. Jede beliebige Anzahl von Transaktionen zwischen der ersten und der letzten erfolgt außerhalb der Blockchain, was bedeutet, dass diese Transaktionen nicht durch das Bitcoin-Protokoll beschränkt sind.

Um einen Zahlungskanal zu starten, müssen beide Parteien einen bestimmten Bitcoin-Betrag bereitstellen. Dieser Bitcoin wird einbehalten und kann nicht freigegeben werden, solange der Zahlungskanal geöffnet bleibt. Der Gesamtbetrag an Bitcoin, der über diesen Kanal überwiesen werden kann, ist der Gesamtbetrag an bereitgestelltem Bitcoin. Sehen wir uns zur Veranschaulichung ein Beispiel an:

Alice und Bob möchten einen gemeinsamen Zahlungskanal einrichten. Alice zahlt 10 BTC und Bob zahlt 5 BTC in den Zahlungskanal ein. Eine Eröffnungstransaktion mit den insgesamt 15 BTC von Alice und Bob wird in die Bitcoin-Blockchain eingetragen. Sobald diese Transaktion zur Blockchain hinzugefügt wurde, was 10 Minuten oder länger dauern kann, können Alice und Bob eine unbegrenzte Anzahl von Transaktionen mit viel höherer Geschwindigkeit und praktisch ohne Kosten durchführen. Nachfolgend sind die Transaktionen zwischen Alice und Bob aufgeführt:

  1. Alice sendet Bob 1 BTC Alice: 9 BTC Bob: 6 BTC

  2. Alice sendet Bob 2 BTC Alice: 7 BTC Bob: 8 BTC

  3. Bob sendet Alice 3 BTC Alice: 10 BTC Bob: 5 BTC

  4. Bob sendet Alice 1 BTC Alice: 11 BTC Bob: 4 BTC

Wenn einer oder beide den Kanal schließen möchten, wird eine Abschlusstransaktion mit den Endsalden von Alice und Bob an die Blockchain gesendet. In diesem Fall beträgt Alices Endsaldo 11 BTC und Bobs 4 BTC.

Was passiert, wenn Alice eine Transaktion mit Carol durchführen möchte? Zufällig hat Bob einen Zahlungskanal mit Carol, sodass Alice eine Transaktion mit Bob durchführt und Bob die Transaktion an Carol weiterleitet. Beachten Sie, dass Bob in diesem Szenario möglicherweise eine kleine Zahlung für die Weitergabe der Transaktion erhält. Im Laufe der Zeit ermöglicht LN Alice gemäß der Theorie der sechs Trennungsgrade, Transaktionen mit anderen Personen durchzuführen.

Lightning Network in der Praxis

LN ist ein neues Protokoll, das sich noch in der Testphase befindet. Daher ist es mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert, die von der Benutzerfreundlichkeit bis zur Sicherheit reichen.

Es gibt Bedenken darüber, wie einfach es ist, einen LN-Knoten zu betreiben. Damit LN erfolgreich ist, ist ein robustes Netzwerk aus Bitcoin-Knoten erforderlich, auf denen das LN-Protokoll ausgeführt wird. Das Betreiben eines LN-Knotens kann ziemlich schwierig sein und es kann sein, dass es Probleme mit den Zahlungsanreizen für den Betrieb kleinerer Knoten gibt. Man kann jedoch argumentieren, dass das Betreiben von LN nicht viel schwieriger ist als das Betreiben eines vollständigen Bitcoin-Knotens. Da LN jedoch hauptsächlich auf Mikrotransaktionen ausgerichtet ist, erfolgt die alltägliche Erfahrung mit LN über LN-fähige Wallets. LN-fähige Wallets sind nicht sehr benutzerfreundlich und bei den meisten dieser Wallets wird darauf hingewiesen, dass es ratsam ist, nicht zu große Beträge einzuzahlen, da sie sich noch in der öffentlichen Testphase befinden. Anders als bei einigen der etablierteren Bitcoin-Wallets gibt es aufgrund der Neuheit dieser LN-fähigen Wallets Kompromisse zwischen verwahrten und nicht verwahrten Versionen. Die nicht verwahrten LN-Wallets sind etwas schwierig zu verwenden – verwirrender, weniger unkompliziert. Die Verwahrungsoptionen sind einfacher zu verwenden, aber Sie müssen sich bei Ihren Bitcoins auf einen Dritten verlassen.

Schließlich, und das ist das Besorgniserregendste, ist LN mit einer Reihe von Schwachstellen konfrontiert. Dazu gehören:

  • Griefing-Angriffe: Es gehen keine Gelder verloren, aber die Lightning-Gelder des Opfers werden eingefroren, sodass der Zahlungskanal keine Transaktionen verarbeiten kann.

  • Flood and Loot: Ein Angreifer zwingt viele Opfer, gleichzeitig ihre Gelder aus der Blockchain abzurufen (Flood). Der Angreifer nutzt diese Überlastung, um Gelder zu stehlen, die nicht vor Ablauf der Frist abgeholt werden konnten (Loot).

  • Zeitdilatationsangriffe: Ein Angreifer verlängert die Zeit, bis ein Opfer auf neue Blöcke aufmerksam wird, indem er die Blockübermittlung verzögert.

  • Pinning-Angriffe: Ein Angreifer bringt ein Opfer dazu, seinen LN-Kanal unrechtmäßig zu schließen und stiehlt einzelne Transaktionen.