Lightning Network is een second layer technology (tweede laagtechnologie) voor cryptocurrencies zoals bitcoin. Het maakt gebruik van micropayment channels (microbetalingskanalen) om zo de transactiesnelheid te verhogen en de hoeveelheid transacties die per seconde verwerkt kunnen worden te vergroten.

Door de transacties weg te nemen van de bitcoin blockchain, wordt verwacht dat het lightning network bitcoin kan ontlasten en de transactiekosten aanzienlijk kan verlagen. Het resultaat is een netwerk dat honderdduizenden transacties per seconde kan verwerken.

Wanneer je een transactie verstuurt via de bitcoin blockchain, duurt het minimaal 10 minuten voordat de transactie is verwerkt. Dit heeft te maken met de manier waarop bitcoin is ontworpen. Transacties die worden uitgevoerd op het lightning network zijn echter vrijwel onmiddellijk verwerkt, wat het nut van bitcoin als dagelijks betaalmiddel aanzienlijk verbeterd.

Lightning network kan ook worden gebruikt om verschillende cryptovaluta met elkaar te verhandelen, zonder tussenkomst van een derde partij. Cryptocurrency exchanges zijn niet meer nodig en transacties gaan buiten de blockchain om (off chain). Dit soort uitwisselingen worden ook wel atomic swaps genoemd en komen steeds meer in de belangstelling.

Wie heeft het lightning network bedacht?

Het Lightning Network werd voor het eerst voorgesteld door Joseph Poon en Thaddeus Dryja in 2016. Het netwerk is nog in ontwikkeling maar zou tussen 2019 en 2020 klaar moeten zijn voor gebruik. Je kunt wel al toegang krijgen tot het netwerk en transacties versturen.

Het probleem en de oplossing

Als bitcoin (of welke andere cryptomunt dan ook) zijn ware potentie wilt bereiken als betaalmiddel voor de hele wereld, dan moet het in staat zijn om miljoenen, zo niet miljarden transacties per dag te kunnen verwerken. De aard van de gedecentraliseerde technologie achter cryptocurrency, die consensus vereist van alle knooppunten binnen zijn netwerk, levert echter problemen op.

Zodra het aantal transacties op het bitcoin netwerk toeneemt worden de transacties duurder en kost het meer tijd om ze allemaal te verwerken. Een toename in transactieaantallen vereist ook een grote verbetering in de verwerkingscapaciteit van computers, die nodig zijn om transacties met bitcoin uit te voeren.

Voorbeeld:
Tijdens het einde van 2017 werden er voor recordaantallen aan bitcoin transacties verstuurt. Een enkele transactie kon soms wel meer dan 20 euro kosten. Voor sommige transacties duurde het meerdere dagen voordat zij eindelijk verwerkt werden door de miners. Met dit soort problemen is bitcoin geen levensvatbaar betaalmiddel. Stel je voor dat je een kop koffie wilt betalen met bitcoin en er nog eens 20 euro bovenop komt, simpelweg omdat het netwerk het zo druk heeft.

Lightning network lost het schaalprobleem op door een tweede laag op de blockchain van bitcoin te maken. Die tweede laag bestaat uit meerdere betaalkanalen (payment channels) tussen bitcoin gebruikers. Een lightning network payment channel is een transactiemechanisme tussen twee partijen. Via deze kanalen kunnen zij betalingen met elkaar uitvoeren.

Transacties via het lightning network worden anders verwerkt dan de standaard transacties die plaatsvinden op de blockchain van bitcoin. Ze worden alleen bijgewerkt op de blockchain wanneer twee partijen een kanaal openen en sluiten.

Zolang een betalingskanaal open staat, kunnen de partijen eindeloos geld uitwisselen zonder de blockchain over hun activiteiten te informeren. Dit versnelt de snelheid van een transactie enorm omdat alle transacties niet door alle knooppunten in een blockchain hoeven te worden goedgekeurd.

Individuele betaalkanalen tussen verschillende partijen vormen samen een netwerk van lightning nodes (knooppunten) die onderling transacties kunnen verifiëren. De verbindingen tussen verschillende betaalkanalen vormt het Lightning Network.

Hoe werkt het lightning network?

Het lightning network zorgt ervoor dat centrale instellingen zoals banken en creditcardmaatschappijen niet meer nodig zijn voor het controleren van transacties. Net als blockchain technologie zet het deze partijen buiten spel.

Hier is een praktisch voorbeeld van hoe een transactie over het lightning network functioneert.

Heidi opent een kanaal met haar favoriete kapper en stort er voor € 50 aan bitcoin in. Haar transacties met de kapper zijn direct omdat ze er een rechtstreeks kanaal mee heeft.

Peter, die een kanaal open heeft met de supermarkt die hij het vaakst bezoekt, gaat ook naar dezelfde kapper als Heidi. De verbinding tussen Heidi, de kapper en Peter zorgt ervoor dat Heidi geld van haar saldo kan gebruiken in de kapper om boodschappen te kopen in de winkel van Peter. En Peter kan zijn saldo in de supermarkt gebruiken om transacties uit te voeren met bedrijven in het netwerk van Heidi.

Als Peter zijn kanaal sluit met de supermarkt (en er zijn geen andere gemeenschappelijke klanten tussen de kapper en de supermarkt), moet Heidi een ander kanaal openen bij de supermarkt om daar aankopen te doen. Op deze manier wordt een web van transacties gecreëerd en gerouteerd tussen meerdere knooppunten op een gedecentraliseerde manier.

Het systeem achter het lightning network maakt gebruik van slimme contracten (smart contracts).

Als een kanaal wordt gecreëerd wordt er een zogeheten ‘Funding Transaction’ gestuurd. In het voorbeeld deed Heidi dit met haar € 50 in bitcoin. Normaal gesproken (in een multi-sig omgeving) worden er in eerste instantie twee master keys (hoofdsleutels) uitgewisseld, een publieke sleutel en een privésleutel. Bij een lightning knooppunt worden deze sleutels echter niet uitgewisseld. De reden hiervoor is dat op deze manier de ‘Funding Transaction’ niet kan worden herkent door de blockchain. In plaats daarvan wisselen de twee partijen een enkele sleutel uit die wordt gebruikt voor het valideren van transacties tussen elkaar.

De twee partijen kunnen oneindig transacties tussen zichzelf en andere knooppunten in het lightning network uitvoeren. De master keys worden alleen uitgewisseld als het kanaal is gesloten.

Kosten van het lightning network

Er zijn vergoedingen die betaald moeten worden voor het gebruik van het lightning network. Deze bestaan uit een combinatie van routingkosten voor het routeren van betalingsinformatie tussen lightning nodes en bitcoin transactiekosten om kanalen te openen en te sluiten.

Op moment van schrijven worden de routingkosten op nul gezet omdat er zeer weinig knooppunten in het netwerk zijn. In de toekomst wordt verwacht dat ze zullen toenemen. Als de kosten verbonden aan het lightning systeem te duur worden, hebben bitcoin gebruikers altijd nog de mogelijkheid om over te stappen naar de onderliggende blockchain en daar hun transacties uit te voeren.

Problemen met het lightning network

Zoals eerder al werd aangegeven is het lightning network nog steeds in ontwikkeling. Er zijn nog een aantal problemen die moeten worden opgelost voordat de technologie klaar is om op grote schaal gebruikt te worden.

Het probleem waar de meeste mensen het over hebben is het feit dat lightning networks ervoor kunnen zorgen dat cryptocurrency wordt gecentraliseerd, terwijl het juist de bedoeling van cryptogeld is om de boel te decentraliseren.

In het huidige model zijn banken en financiële instellingen de belangrijkste intermediairs via welke alle transacties plaatsvinden. In het lightning network kunnen grote bedrijven soortgelijke centrale punten in het netwerk worden. Als er een paar bedrijven zijn (zoals Facebook en Google) die een groot deel van de transacties verwerken, dan wordt het netwerk gedomineerd door een paar centrale nodes. Een storing op zo’n knooppunt kan gemakkelijk een aanzienlijk deel van (of het hele) netwerk crashen.

Het tweede probleem dat in lightning networks wordt onderzocht, is de mogelijkheid van een verhoging van transactiekosten. Ze vormen een belangrijk bestanddeel van de totale kosten van het netwerk. Als bijvoorbeeld de bitcoin transactiekosten stijgen, kan een tweede laag overbodig worden omdat het goedkoper wordt om transacties uit te voeren op blockchain van bitcoin.

Het wordt ook verondersteld dat een lightning network kwetsbaar is voor hacks en diefstal, omdat ze ten alle tijden online moeten zijn. Cold storage, het offline opslaan van cryptomunten is (nog) niet mogelijk in dit systeem.