Nicht zuverlässig, aber dafür zentralisiert

Das Lightning-Netzwerk macht es einem einfach, passende Bilder zu finden. Bild "Gewitter" von audiocomplex via flickr.com. Lizenz: Creative Commons

Zwei neue Studien widmen sich dem Lightning-Netzwerk. Die erste untersucht, wie zuverlässig Zahlungen durchs Netzwerk gehen und wie viele Knoten tatsächlich erreichbar sind. Die zweite analysiert, wie sehr sich das Netzwerk mittlerweile zentralisiert hat. Beide Studien bringen Ergebnisse hervor, die so ernüchternd wie enttäuschend sind.

Das LightningNetzwerk ist seit etwa 2015 die große Hoffnung darauf, Bitcoin zu einem Zahlungssystem zu machen, das mit Kreditkarten und PayPal mithalten kann, aber dabei vollkommen dezentral bleibt. Seit Anfang 2018 ist das Netzwerk live, und es ist möglich, damit zu bezahlen.

Die Erwartungen an Lightning waren gewaltig. Keine Technologie hat so viel Aufmerksamkeit der Bitcoin-Medien erhalten, noch bevor sie betriebsbereit war, keine Technologie ist Thema so vieler Konferenzen und Veranstaltungen, und keine Technologie hat in diesem Umfeld so viele Vorschuss-Lorbeeren bekommen. Die Bedeutung von Lightning für die Bitcoin-Szene manifestiert sich etwa darin, dass Elizabeth Stark von Lightning Labs auf einem Lightning-Hackathon in Berlin meint, ihr Team arbeite „federführend“ an der Zukunft von Bitcoin.

Nach etwa 2,5 Jahren im Einsatz lassen sich Anspruch und Wirklichkeit miteinander vergleichen. Das machen zwei Studien, die in der letzten Woche erschienen. Sie untersuchen, inwieweit Lightning den hohen Erwartungen gerecht wird.

„Nicht fähig, die Art von Zahlung zu verarbeiten, die man für alltägliche Zahlungen bräuchte“

Die erste Studie ist von Finnegan Waugh von der Universität Sydney und Ralph Holz von der Universität Twente. Die beiden Computerwissenschaftler führen den ersten großen Test durch, wie zuverlässig Zahlungen im Lightning-Netzwerk ans Ziel gelangen, und wie verfügbar die Knoten im Netzwerk sind. Das Paper erschien am 25. Juni online.

Dafür haben die Forscher einen C-Lightning auf einem Cloud-Server installiert und Payment Channels mit zwei hervorragend verbundenen Knoten über 100 und 20 Dollar eröffnet. Die beiden Knoten hatten 867 und 840 Channels und dürften damit zu den stärksten Knoten im Netzwerk gehören.

Danach haben die Forscher ein Plugin für c-Lightning installiert, mit dem man testen kann, ob eine Zahlung durchgeht oder nicht. Dieses Plugin haben sie zudem modifiziert, so dass es sukzessive den zu testenden Betrag erhöht und verschiedene Channels durcharbeitet. Sobald die Zahlung an einen Knoten erfolgreich ist, testet es dieselbe Zahlung bei dessen Peers, solange, bis kein Channel mehr zu erreichen ist.

Das Experiment begann am 3. November 2019 und endete am 25. November desselben Jahres. Insgesamt haben sie auf diese Weise 30.700 Channels ausprobiert, die zu 4626 Knoten gehörten. Dies macht beinah jeden zu dieser Zeit bekannten Knoten und Channel im Netzwerk aus. Von diesen 4626 Knoten waren allerdings lediglich 2055 in der Lage, irgendeine Art von Zahlung zu empfangen. Und selbst bei diesen variierte die Erfolgschance deutlich. Bei kleinen Zahlungen wie 1 Cent betrug sie 72 Prozent, doch sobald die Forscher den Betrag auf einen Dollar oder mehr erhöhten, sank sie dramatisch. Nur 17 Prozent der Zahlungen von 100 Dollar gingen durch, nicht mal 5 Prozent der Knoten sind in der Lage, eine solche Summe zu empfangen. Gescheitert sind Zahlungen vor allem aus zwei Gründen: Erstens, weil die Channels kein ausreichendes Guthaben hatten, zweitens, weil ein Knoten auf der Route zum Ziel keine Verbindung zum Folgeknoten hatte.

Das Resultat fassen die Forscher damit zusammen, dass Lightning als Zahlungssystem „enttäuschend“ sei. Das Netzwerk „ist derzeit nicht fähig, größere Zahlungen zu routen. Selbst moderate Zahlungen von nur 10 Dollar sind in weniger als der Hälfte der Versuche erfolgreich. Für größere Zahlungen von etwa 50 Dollar sinkt die Erfolgsrate auf weniger als 20 Prozent. Keines unserer Experimente war in der Lage, mehr als ein Drittel der Ziel-Knoten zu erreichen.“ Im derzeitigen Zustand sei das Lightning Netzwerk, so ihr hartes Urteil, „nicht fähig, die Art von Zahlung zu verarbeiten, die man für alltägliche Zahlungen bräuchte.“

Erfolgswahrscheinlichkeit einer Lightning-Zahlung abhängig von der Größe.

Nicht viel erfreulicher sind die Resultate aus ihrem zweiten Test. Sie haben im selben Zeitraum versucht, herauszufinden, wie viele der Knoten im Netzwerk auch tatsächlich verfügbar sind. C-Lightning erstellt eine Karte des Netzwerks, die anzeigt, welche Knoten bekannt sind. Die Software ist zudem in der Lage, veraltete Knoten aus dieser Karte zu löschen. Daher haben die Forscher erwartet, dass die meisten ihnen bekannten Knoten auch antworten werden, wenn sie ihnen Anfragen zuschicken wie etwa „dump nodeinformation“. Über IP-Scanner und einen Tor-Daemon haben die Forscher zudem geprüft, ob die ihnen bekannten Knoten erreichbar sind.

Laut dem Node der Wissenschaftler gab es 2251 öffentliche Knoten mit einer IP-Adresse sowie 1297 Knoten im Tor-Netzwerk. Das sind deutlich weniger als beispielsweise 1ml.com oder BitcoinVisuals anzeigen. Die Forscher erklären dies dadurch, dass etwa 1ml.com keine Knoten ohne aktive Channels löscht. Bei den Erreichbarkeitstests zeigte sich, dass auch von den von C-Lightning erkannten Peers längst nicht alle tatsächlich anwesend sind. Von 2178 getesteten Knoten mit einer IP-Adresse haben nur 875 an Port 9735 reagiert; von den 1297 Knoten im Tor-Netzwerk lediglich 546. So gesehen bestünde das Lightning-Netzwerk nicht aus fast 13.000 Knoten, wie 1ml.com anzeigt, sondern gerade mal aus 1421.

Am Ende des Papers präsentieren die Forscher einige Vorschläge, um die festgestellten Probleme zu mindern. Diese beinhalten Änderungen am Protokoll, sowie eine Reduktion der Privatsphäre der Knoten und eine verstärkte Zentralisierung.

Dabei ist das Lightning Netzwerk aber offenbar bereits jetzt sehr zentralisiert. Zumindest stellt dies ein zweites Paper fest, das am 26. Juni erschienen ist.

Eine „zunehmend zentralisierte Architektur“

Bei dem Paper „Lightning Network: a second path towards centralisation of the Bitcoin economy“ handelt es sich um eine Gemeinschaftsstudie von Jian-Hong Lin, Kevin Primicerio, Tiziano Squartini, Christian Decker, and Claudio J. Tessone. Die Wissenschaftler arbeiten an Universitäten in der Schweiz, in Italien, Kanada und Frankreich. Christian Decker dürfte vielen Bitcoinern ein Begriff sein; er ist einer von zwei Leitentwicklern des Lightning-Clients C-Lightning und arbeitet für Blockstream.

Ihre Ausgangsfrage war die: Lightning wurde „präsentiert als eine Lösung für das Skalierungsproblem von Bitcoin, das Schlüsseleigenschaften von Bitcoin, etwa die Dezentralisierung, nicht aufgibt, welche charakteristisch sind für Bitcoins Architektur (etwa die Anzahl von Computern, die das Netzwerk bilden), seine politische Organisation (etwa die Anzahl von Individuen, die das Netzwerk kontrollieren) und seine Verteilung von Wohlstand (etwa die Anzahl von Individuen, die die derzeitige Geldmenge kontrollieren), aber dennoch die Zirkulation und den Wechsel nativer Assets verbessert.“ Es sei nun jedoch unklar, „ob dieses Versprechen auch erfüllt wurde.“ Daher fragen die Autoren: „Wurde das Lightning Netzwerk zunehmend zentralisiert?“

Dafür haben die Forscher das Lightning Netzwerk 18 Monate lang beobachtet, vom 12. Januar 2018 bis zum 17. Juli 2019. Dabei haben sie tägliche und wöchentliche Schnappschüsse gemacht, um die topologischen Eigenschaften des Netzwerks zu untersuchen. Um irgendwie messen zu können, ob und wie sehr sich Lightning zentralisiert hat, verwenden sie einige Metriken:

  • Die „Grad-Zentralität“, welche die Anzahl von Nachbarn misst, die ein Knoten hat,
  • die „Geschlossenheits-Zentralität“, welche die Länge zwischen zwei Knoten angibt,
  • die „Dazwischen-Zentralität“, welche anzeigt, wie häufig ein Knoten Teil des kürzesten Pfades zwischen zwei anderen Knoten ist, sowie
  • die „Eigenvektor-Zentralität“, welche misst, die gut verbunden die Nachbarn eines Knotens sind.

Auf diese Metriken legen sie dann den Gini-Koeffizienten an, der darstellt, wie ungleich die Verteilung von Gütern sind. Ein Gini-Koeffizient von 0 signalisiert eine vollkommene Gleichheit, einer von 1 die maximale Ungleichheit.

Sternartige Struktur des Lightning-Netzwerks.

Das Ergebnis ist auch hier ernüchternd: Das Lightning-Netzwerk entwickle eine „zunehmend zentralisierte Architektur.“ Die Struktur erhalte mehr und mehr „sternenähnliche Substrukturen“, welche sich um die durch den Gini-Koeffizienten enthüllten „zentralen Hubs“ herum anordnen. Diese scheinen, spekulieren die Autoren, eine „unvermeidbare Konsequenz von der Weise zu sein, wie das Lightning Netzwerk designt wurde“: Die Akteure müssen Routen finden, und längere Routen sind teuer, weshalb Lightning-User natürlich den kürzesten Pfad auswählen. Daher haben Knoten „Anreize, so zentral wie möglich im Lightning-Netzwerk zu werden, um die Einnahmen durch Transaktionsgebühren zu maximieren.“

Die Zentralisierung sei durch Daten klar belegbar: 10 Prozent der Knoten halten 80 Prozent der Bitcoins im Netzwerk, 50 Prozent sogar 99 Prozent. Der durchschnittliche Gini-Koeffizient der Stärke der Knoten beträgt  0,88, was schon am recht weit oberen Ende des Spektrums liegt. „Das Ergebnis scheint die Tendenz der Lightning-Architektur zu bestätigen, ‚weniger verteilt‘ zu werden, ein Prozess, der die unerwünschte Konsequenz hat, dass Lightning zunehmend fragil gegen Angreifer und ein Scheitern wird.“

Ko-Autor Christian Decker kommentiert die Studie auf Twitter damit, dass es sich „um eine Momentaufnahme“ handle, die zeige, was „(noch) nicht optimal ist“. Das Ziel sei es nicht, Lightning-User und -Entwickler zu enttäuschen, sondern „Probleme offen zu diskutieren“. Denn nur so könne das Netz besser werden. Er selbst hätte in dem Paper gerne deutlicher herausgestellt, welche Unterschiede zwischen der Zentralisierung on- und offchain bestehen. Er blickt aber optimistisch in die Zukunft, da zahlreiche Verbesserungen geplant sind, etwa Multi-Path-Payments und mehr, die kleine Knoten in eine bessere Position versetzen werden.

Sowohl unzuverlässig als auch zentralisiert

Sowohl das eine wie das andere Paper liefert Ergebnisse, die an sich nicht zwingend neu sind. Kritiker von Lightning haben schon seit langem – sogar schon vor dem Start des Netzwerks – beklagt, dass Lightning Zahlungen nur einigermaßen zuverlässig verarbeiten könne, wenn es sich zentralisiere. Solcherlei Kritik wurde oft und gerne als ideologisch oder „bitcoin-feindlich“ abgetan, auch dann, wenn mehr und mehr Analysen diese Kritik bestätigt haben. Gleichzeitig hat sich in der Lightning-Community eine Kultur der Selbstkritik entwickelt.

Wenn man die beiden neuen Paper nun ernst nimmt, dann zeigt sich, dass sich das Lightning-Netzwerk noch schlechter entwickelt hat, als befürchtet: Es ist nicht entweder unzuverlässig oder zentralisiert – es ist beides. Natürlich kann sich das im Lauf der Zeit noch ändern. Zumindest kann man das hoffen. Denn mit den beiden Paper wurde es für die Lightning-Community vollends unmöglich, die bestehenden Schwachstellen des Netzwerks zu übersehen.

Über Christoph Bergmann (1877 Beiträge)
Das Bitcoinblog wird von Bitcoin.de gesponsort, ist inhaltlich aber unabhängig und gibt die Meinung des Redakteurs Christoph Bergmann wieder. Christoph hat vor kurzem ein Buch geschrieben: Bitcoin: Die verrückte Geschichte vom Aufstieg eines neuen Geldes. Das Buch stellt Bitcoin in seiner ganzen Pracht dar. Ihr könnt es direkt auf der Webseite Bitcoin-Buch.org bestellen - natürlich auch mit Bitcoin - oder auch per Amazon. Natürlich freuen wir uns auch über Spenden in Bitcoin, Bitcoin Cash oder Bitcoin SV an die folgende Adresse: 1BergmanNpFqZwALMRe8GHJqGhtEFD3xMw. Wer will, kann uns auch Hier mit Lightning spenden. Tipps für Stories sind an christoph.bergmann@mailbox.org immer erwünscht. Wer dies privat machen möchte, sollte meinen PGP-Schlüssel verwenden.

18 Kommentare zu Nicht zuverlässig, aber dafür zentralisiert

  1. DEM_Jensener // 2. Juli 2020 um 16:18 // Antworten

    Also mal ehrlich, statt diesem Artikel hättest du auch Mitte 2011 einen Artikel darüber schreiben können, dass Bitcoin die hohen Erwartungen leider nicht erfüllen konnte.

  2. friedrich jankowsky // 2. Juli 2020 um 16:51 // Antworten

    Erst jetzt kommen Sie mit dem Artikel raus. Das ist doch schon seit Jahren !! bekannt, dass Lightning zentralisiert und unzuverlässig ist. Christoph Bergmann outed sich wieder mal als Spätzünder. Kein Wunder als Bitcoin-Jünger muss man ja Bitcoin-Fan bleiben.

  3. Schade das hier kaum über andere Coins berichtet wird, die weit Fortschrittlicher sind.

    • Es ist ein Bitcoinblog, das sieht man doch an der Domain. Dass Christoph Bergmann einfach die Pressefreiheit gnadenlos ausnutzt, und fast nur über Bitcoin schreibt….donnerlittchen nochmal.
      Würde er über die viel fortschrittlicheren Coins schreiben, die du in deinem Portfolio hast, na dann würden die abgehen wie eine Rakete!

  4. Kommentare werden hier auch zensiert. Naja wird Zeit die Seite hier zu verlassen.

  5. Schickst du nun deinen neuen Raspi zurück? 😉

  6. Jetzt lasst doch einen Schreiber mal in Ruhe auf etwas hinweisen, was aus seiner Sicht verbessert/überarbeitet gehört. Die Studien sind jetzt erschienen und er bereitet sie journalistisch auf. Tötet nicht den Boten.

  7. Michael Würsch // 3. Juli 2020 um 6:57 // Antworten

    Was ist denn hier gerade für eine Trollarmee unterwegs? Zu Lighning, man sieht, woran noch gearbeitet werden muss.

  8. Schaut Euch die Marktkapitalisierung an und dann ist klar, dass der Großteil des Blogs über Bitcoin sein muss.

  9. Wenn das NUR ein Bitcoin-Blog ist, laut dem Kommentar oben, dann bitte keine News hier mehr von anderen Coins, wo nur gefährliches Halbwissen da ist. Wenns so ist, dann meinetwegen.

  10. Ich finde die Themenmischung prima… es gab ja auch mal eine Umfrage hierzu

  11. Ohne hier der Experte zu sein, ich fürchte die Zentralität steckt einfach im Design von Lightning. Für mich als (potentieller) User von Lighning bedeutet dies letztlich dass es keine privatere Alternative zu Paypal, Sofortüberweisunng und Co ist. Das ist aber kein Grund hier rumzutrollen, es es ist eher ein Grund nac Alternativen zu suchen! Wäre ich Lightning Entwickler so wäre es ein Grund Verbesserungspotential zu schaffen und zu schöpfen. Diskusionen nach dem Stil zu führen „Mein Moped ist besser“ ist einfach nur dämlich.

    Ein ganz anderes Thema ist Markapitalisierung und Verwendung sowie Streuung derselben. Bitcoin ist zu einem Asset verkommen, es war als Zahlungsmittel gedacht! Und die anderen Cryptowährungen haben keinen sehnlicheren Wunsch, als die gleiche Markapitilisierung zu erreichen, fände ih, wenn es wäre und bliebe schade!

  12. Paul Janowitz // 5. Juli 2020 um 13:49 // Antworten

    Ich frage mich, wo diese ganzen neuen(?) Trolls hervorgekrochen sind. Es ist eine Studie, an der sogar ein Blockstream Mitarbeiter beteiligt war. Klar, man könnte ihm unterstellen, dass er Lightning schlecht reden will, weil Liquid ja so viel geiler ist.

    Freut Euch, dass „der Bergmann“ sich durchgearbeitet hat und Ihr hier eine Zusammenfassung auf deutsch bekommt. Kostenlos, sogar (fast) ohne Werbung. Die Schlüsse daraus könnt Ihr durchaus andere ziehen „man muss noch dran arbeiten“ / „alles Scheiße“ / „Verge ist eh besser“

    Aber Lightning funktioniert eben nicht so, wie es vorgestellt wurde und wird es die nächsten Jahre auch nicht, denn die Entwicklung geht schleppend voran. Multi-Route Payments sind ja schonmal eine kleine Verbesserung, vielleicht werden dann ein paar Prozent mehr bei größeren Payments durchgehen. Oder es wird sich noch mehr zentralisieren auf ein paar Hände voll Akteure (Wallet Anbieter, Börsen und Paymentdienstleister), die untereinander jeweils riesige Channels unterhalten werden und als Custodial Wallets den Usern auch entsprechende Liquidität bieten. Dann kann man es das Experiment aber als gescheitert ansehen und ich frage mich wirklich, warum man sich in diese Sackgasse verrannt hat, Skalierbarkeit nur auf Layer2 zu verlagern. Pruning, Slicing, Sharding, Hashed Merkle Trees usw. sind sehr spannende Ansätze, wie man Layer1 skalieren könnte, wenn man denn wollte, ohne Serverfarmen zu benötigen, um einen Node zu betreiben.

    Mehr Pragmatismus wäre schön und Religion bitte raushalten. Wenn ich dann höre, ein Pruned Node nütze dem Netzwerk nichts, weil neue User ihn nicht zum initialen Sync nutzen können, kann ich mir nur an den Kopf fassen. Natürlich stimmt das für stupides Pruning aller Blöcke älter als X, wie es bei Bitcoin implementiert wurde. Bei Monero hat man sich lange den Kopf zerbrochen, wie man das lösen könnte und man hat eher ein „Slicing“ als Pruning und die Blockchain wird in (aktuell) 8 Stücke „geschnitten“ und ein Pruned Node behält nur einen davon (abhängig von den ersten Bytes des Blockhashes), 7/8 löscht er nach der Verifizierung, dazu behält er alle Blöcke neuer als X und natürlich alle Key Images (ähnlich UTXO, nur leider kann man nicht feststellen, welche schon ausgegeben wurden). Sollte es zu mehr Adoption und Nodes kommen, wird man wahrscheinlich die Anzahl der Slices auf 16, 32 oder mehr vergrößern. Trotzdem hilft jeder dieser Nodes einem neuen beim initialen Sync und signalisiert gleich beim Connect, welchen Slice er hat. Im besten Fall braucht der neue Node also 8 Connections, um die gesamte Blockchain zu synchronisieren.

    Das Problem ist, dass ich bei Bitcoin mittlerweile eine Ignoranz gegenüber allen anderen sehe und solche Innovationen werden es nie in den „Upstream“ zu Bitcoin schaffen, auch wenn Monero kein Fork von Bitcoin ist, sind es doch irgendwie alle Kryptowährungen von der Idee her. Mittlerweile hat auch ein Andreas Antonopoulos diese Innovationen zwar teilweise erkannt, sieht das mit dem Einzug in den „Upstream“ zu Bitcoin etwas anders als ich: http://www.youtube.com/watch?v=2drAbyWS7yI&t=18m16s

    Ich habe auch gar nichts gegen diese Experimente auf Layer2 und habe die Entwicklung Lightnings mit Spannung beobachtet, aber man sollte die Scheuklappen ausziehen und in alle Richtungen denken. Eher habe ich etwas dagegen, wenn z.B. die Tokenisierung Bitcoins auf anderen Chains wie Liquid oder Ethereum „Lösungen“ für die Skalierbarkeit verkauft werden. Das ist doch eher eine Bankrotterklärung dessen, was ich von Bitcoin erwartet habe…

    • Michael Würsch // 6. Juli 2020 um 14:48 // Antworten

      Man muss ja immer die Frage stellen, welche Verwendung/Anwendung ist das Ziel, und ist es dafür geeignet? Bei Bitcoin, bei Lighning, bei Altcoins.
      Da gibt es natürlich keine einfache Antwort. Genau so, was ist „Erfolg“ ?
      Da kann man Bücher drüber schreiben, aber jeder sollte es beim Schreiben von Artikeln/Kommentaren im Hinterkopf haben.
      Mögliche Punkte:
      – Verbreitung
      – Easy to use
      – Kurs
      – Anonymität
      – Preis einer Transaktion
      – usw…

      Kommentatoren haben oft nur „Kurs“ als wichtigstes Ziel. Für die eine oder andere Währung.

      • Paul Janowitz // 6. Juli 2020 um 15:06 //

        Das stimmt natürlich, aber sind diese aufgezählten Punkte nicht in einer gewissen Form miteinander verknüpft?

        Verbreitung kann eine Währung nur bekommen, wenn sie einfach nutzbar ist. Bei steigender Verbreitung und damit Nachfrage müsste auch der Kurs steigen (auch wenn mir das persönlich relativ egal ist) und die Prviatsphäre halte ich für eine Grundvoraussetzung einer Währung, denn bis auf ein paar vereinzelte Proleten möchte sich niemand in die eigenen Finanzen schauen lassen. Den Preis einer Transaktion sehe ich als „Ease of use“ und psychologisch sehe ich in Deutschland irgendwo bei 10 Cent eine Grenze, die eine breite Adoption im Keim ersticken dürfte, in weniger wohlhabenden Ländern dürfte diese noch niedriger liegen (auch wenn die Menschen dort meist leidensfähiger sind).

Schreiben Sie einen Kommentar

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Wechseln )

Google Foto

Du kommentierst mit Deinem Google-Konto. Abmelden /  Wechseln )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Wechseln )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Wechseln )

Verbinde mit %s