Das Lightning Netzwerk: So funktioniert die Layer-2 Lösung des Bitcoins
Eine der größten Herausforderungen des Bitcoins ist die Skalierbarkeit. Wenn immer mehr Menschen das Netzwerk nutzen, reicht die Blockgröße einmal nicht mehr aus, um Zahlungen schnell und günstig abzuwickeln. Das führt zu langen Wartezeiten und hohen Gebühren bei Transaktionen. Deshalb hat die Bitcoin-Community das Lightning-Netzwerk entwickelt.
Dies soll das Problem lösen und schnelle und günstige Zahlungen ermöglichen. Dieses Netzwerk möchten wir dir im Folgenden einmal vorstellen.
Bitcoin Lightning Netzwerk – Das Wichtigste in Kürze
- Das Lightning-Netzwerk ist eine Layer-2-Operation des Bitcoinnetzwerks und ermöglicht es, über Zahlungskanäle schnell und günstig Transaktionen zu tätigen.
- Die Zahlungskanäle funktionieren über eine Multi-Signatur-Wallet, an die zuerst bestimmte Beträge als Sicherheit gesendet werden.
- Ist die Sicherheit hinterlegt, können nun viele kleine Transaktionen durchgeführt werden und die Zahlungen werden mit dem hinterlegten Geld verrechnet.
- Das Lightning-Netzwerk schreibt pro Zahlungskanal nur zwei Transaktionen in die Bitcoin-Blockchain und ist damit sehr sparsam.
- Das Netzwerk ist jedoch anfällig für Hackerangriffe und wird derzeit noch nicht im großen Stil von der Bitcoin-Gemeinschaft genutzt.
- Um das Lightning-Netzwerk zu nutzen, benötigt man eine Wallet, die mit diesem kompatibel ist.
1. Das Problem mit der Skalierbarkeit des Bitcoin-Netzwerks
Im Bitcoin-Netzwerk gab es immer ein Thema, über das sich ständig gestritten wurde: die Blockgröße. Anfangs war die Blockgröße noch unbegrenzt, wurde dann aber von Satoshi Nakamoto auf 1 MB festgelegt, um Hackerangriffe mit großen Mengen an Transaktionen schwieriger zu machen.
Die Begrenzung auf 1 MB pro Block bedeutet jedoch auch, dass nur sieben Transaktionen pro Sekunde durchgeführt werden können. Das Bitcoin-Netzwerk ist damit in seiner Skalierbarkeit eingeschränkt. Je mehr Menschen Bitcoin nutzen und diese transferieren wollen, desto langsamer wird das Netzwerk aufgrund dieser Beschränkung. Hinzu kommt, dass auch die Kosten für eine Transaktion mit steigender Nachfrage steigen.
Die Bitcoin-Community war deshalb immer in zwei Lager gespalten:
Das eine wollte eine On-Chain-Lösung, was bedeuten würde, die Blockgröße zu erhöhen.
Das andere eine Off-Chain-Lösung, also das Problem auszulagern.
Am Ende hat sich die Off-Chain Fraktion durchgesetzt. Doch es gab aufgrund dieser Thematik einige Hard Forks, wie beispielsweise Bitcoin Cash. In diesen neuen Währungen wurde die Blockgröße erheblich vergrößert.
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Die Lösung für das Problem im Bitcoin-Netzwerk war zunächst das Seg-Wit-Update, wodurch einige der Daten außerhalb des Blocks gespeichert werden, was zu mehr Platz in den Blöcken führt. Doch das Dilemma mit der Skalierbarkeit blieb. Deshalb wurde dazu noch das Lightning-Netzwerk ins Leben gerufen. Dies soll über Zahlungskanäle schnell und unkompliziert Transaktionen abwickeln können.
2. So funktioniert das Lightning Network
Um die geringe Blockgröße und die langsame Blockverarbeitungszeit zu umgehen, hat man das Lightning-Netzwerk als eine Layer-2-Lösung entwickelt. Layer-2 bedeutet, dass eine zusätzliche Schicht auf die Blockchain gebaut wird. Wie das genau funktioniert, schauen wir uns einmal im Detail an.
Im Lightning-Netzwerk werden Zahlungskanäle zwischen zwei Parteien eröffnet. Um so einen Kanal zu öffnen, müssen beide Fraktionen vorher eine ausgewählte Menge an BTC an eine Multi-Signatur-Wallet senden.
Multi-Signatur-Wallet
Ein Multi-Signatur-Wallet ist eine digitale Geldbörse, die mehrere Zustimmungen benötigt, um die enthaltenen Mittel von einer Bitcoin Adresse freizugeben. Man benötigt also die privaten Keys aller mitwirkenden Personen, um eine Zahlung zu autorisieren.
Das Geld wird dann also vorerst auf einem sicheren Multi-Sig-Wallet verwahrt und beide Parteien können sehen, dass dies vorhanden ist. Diese erste Zahlung wird auch „Funding-Transaktion“ genannt und auf der Blockchain gemined und verzeichnet. Dadurch, dass die Zahlung auf der Blockchain ist, können sich beide Personen sicher sein, dass die Zahlung erfolgen wird.
Jetzt können sich die Parteien Geld hin und her schicken und halten dies vorerst auf einer separaten Rechnung fest.
Ist der Saldo aufgebraucht oder eine der Parteien möchte den Zahlungskanal abbrechen, werden die Ein- und Ausnahmen zusammengerechnet und jeweils wieder von Multi-Sig-Wallet auf die Wallets der beiden Personen überwiesen. Diese Transaktion wird dann wiederum auch in die Blockchain geschrieben. So braucht das Lightning-Netzwerk immer nur zwei Zahlungen in die Blockchain zu schreiben; die ganzen kleinen Payments zwischendurch werden nur auf einer eigenen Rechnung festgehalten.
In der Praxis funktioniert das Ganze jedoch hauptsächlich automatisiert und wird von den Lightning-Wallets übernommen. Schauen wir uns zur besseren Verdeutlichung noch einmal ein Beispiel an:
Beispiel für die Funktionsweise des Lightning Netzwerks
Kaufe ich mir jeden Morgen Brötchen beim gleichen Bäcker und möchte gerne mit Bitcoin bezahlen, kann dies mit dem normalen Bitcoin-Netzwerk schnell recht teuer werden. Außerdem muss ich gegebenenfalls lange darauf warten, dass meine Zahlung bestätigt wird.
Jetzt kann ich aber mit diesem Bäcker einen Zahlungskanal im Lightning-Netzwerk einrichten. Ich würde dann beispielsweise 94.019 Satoshi, welche derzeit rund 50,00 € Wert sind, hinterlegen. Der Bäcker kann einfach 0,00 Satoshi an die Multi-Sig-Wallet senden. Jetzt kann ich so lange von meinen 50,00 € in Bitcoin Brötchen kaufen, bis das Geld entweder aufgebraucht ist oder der Kanal vom Bäcker oder mir geschlossen wird.
Habe ich beispielsweise alle meine 94.019 Satoshi ausgegeben, wird das Geld vom Multi-Sig-Wallet an den Bäcker überwiesen. Damit wurde nur die erste Überweisung von mir an die gemeinsame Wallet und die von der gemeinsamen Wallet an den Bäcker auf der Blockchain festgehalten. Die ganzen kleinen täglichen Transaktionen jedoch nicht.
Hashed-Time-Locked-Contracts
Für komplexere Zahlungsvorgänge werden im Lightning Netzwerk die sogenannten Hashed-Time-Locked-Contracts verwendet. Etwas vereinfacht beschrieben funktionieren diese so:
- Die eine Partei erstellt ein Pre-Image und einen dazugehörigen Hash-Wert.
- Die Person sendet einen Betrag, der zunächst durch den Hash-Lock gesperrt ist.
- Die zweite Person muss nun das Pre-Image offenlegen, um die Transaktion freizugeben und das Geld zu erhalten.
- Dies muss innerhalb einer bestimmten Frist geschehen, ansonsten geht das Geld zurück an den Sender.
3. So kannst du das Lightning-Netzwerk nutzen
Um das Lightning Netzwerk zu nutzen, benötigt man eigens dafür konzipierte Wallets. Alle Wallets haben ihre Vor- und Nachteile. In unserem Krypto-Wallet-Vergleich findest du eine weitere Auswahl an Wallets, die in unseren Tests gut abgeschnitten haben.
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Einige der hier vorgestellten Wallets sind jedoch Custodial, du hast also nicht die volle Kontrolle über deine Bitcoins. Auch verlangt das Lightning-Netzwerk, dass man online sein muss, um eine Zahlung zu erhalten.
Einige der bekanntesten Lightning-Wallets sind:
- Wallet of Satoshi: Ist ein sehr einfach zu bedienender Lightning Wallet. Der Wallet ist Custodial dein Private Key wird also vom Anbieter verwaltet. Dafür ist die Bedienung sehr einfach.
- Relai: Non-Custodial Lightning-Wallet eines schweizer Anbieters. Der Wallet zeichnet sich durch einfache Anwendung aus und bietet alle Funktionen des Lightning-Netzwerks.
- Electrum: Sowohl ein normaler als auch ein Lightning-Wallet. Electrum ist ein Open-Source-Projekt und eine der ältesten Bitcoin-Wallets. Der Wallet ist einfach zu bedienen und bietet eine Vielzahl an Funktionen. Neben der Nutzung für das Lightning-Netzwerk können Electrum-Wallets auch als Cold-Storage genutzt werden.
- BitBox 02: Ist ein Wallet-Anbieter aus der Schweiz, der Hardware-Wallets anbietet. Der Wallet unterstützt sowohl das Lightning-Netzwerk als auch die normale Bitcoin-Blockchain.
- Bluewallet: Ebenfalls ein gutes Lightning-Wallet, das einfach zu bedienen ist und alle nötigen Funktionen enthält. Es ist ebenfalls für das normale Bitcoin-Netz zu gebrauchen. Blue-Wallet ist eine Open-Source-Wallet, das Projekt wird also von vielen Programmierern vorangetrieben.
- Muun: Der Muun-Wallet verfolgt den Shared Custody Ansatz; man hat damit nur zur Hälfte die Kontrolle über seinen Private Key und seine Kryptowerte.
Custodial bedeutet, dass die Wallet von dem Anbieter verwaltet wird. Damit hat man keinen vollen Zugriff auf seinen Private Key und muss auf den Anbieter vertrauen, diesen sicher aufzubewahren. Bei non-custodial Wallets verfügt man selbst über seine Schlüssel und hat damit die volle Kontrolle über seine Kryptos.
Custodial-Wallets können ein wenig einfacher in der Bedienung sein, da der Anbieter alles rund um die Keys für einen übernimmt.
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4. Probleme des Lightning Netzwerks
Das Lightning-Netzwerk wird bislang als nicht wirklich massentauglich kritisiert. Das Netzwerk steht zudem vor einigen Herausforderungen. Zunächst hat das Projekt keinen Monopol-Anspruch, soll heißen: Es kann auch andere Projekte als Konkurrenten geben. Bislang gibt es jedoch keine ernsthafte Konkurrenz im Bitcoin-Netzwerk.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass es sehr aufwendig ist, eine Lightning-Node zu betreiben, da der Betreiber dafür andauernd online sein muss. Das macht es für viele Nutzer unattraktiv und sorgt dafür, dass nicht genügend Nodes vorhanden sind. Derzeit gibt es rund 13.000 Nodes im Netzwerk: Leider nicht genügend, um mit Garantie immer einen Zahlungskanal aufbauen zu können. Außerdem muss man auch für das Empfangen von Zahlungen online sein – anders als im normalen Bitcoin-Netz.
Das Handelsvolumen betrug in der letzten Woche laut mempool rund 5.000 BTC im Wert von 301 Millionen USD. Damit ist doch ein beachtliches Transaktionsvolumen im Lightning-Netzwerk vorhanden. Für Bitcoin beträgt das Handelsvolumen jedoch alleine heute (12.07.2024) schon etwa 28 Milliarden USD. Auch für den Bitcoin-Token WBTC (Wrapped Bitcoin) auf der Ethereum-Blockchain beträgt das Handelsvolumen am heutigen Tag schon 285 Millionen USD.
Wrapped BTC ist ein Token auf der Ethereum-Blockchain, der zu 100 % von Bitcoin gedeckt ist. Es ist also eine Art Stablecoin, nur mit dem Bitcoin als Reserve. Der Bitcoin selbst ist natürlich anders als beispielsweise der Dollar keine stabile Währung. Doch WBTC ermöglicht es so, alle Möglichkeiten des Ethereum-Netzwerks wie Decentralised Finance oder dApps mit dem Bitcoin zu nutzen.
Allein die Tatsache, dass das tägliche Handelsvolumen des WBTC fast so hoch ist wie das wöchentliche des Lightning-Netzwerkes, zeigt auf die noch geringe Nutzung des Lightning-Projektes hin. Nutzer scheinen Transaktionen, die schnell gehen sollen, lieber über die Ethereum-Blockchain abzuwickeln, anstatt dies über eine Lightning-Wallet zu tun.
Ferner ist das Lightning-Netzwerk auch für Hackerangriffe anfällig. Einige der bekanntesten sind:
- Flood and Loot Angriff: Löst die Schließung vieler Zahlungskanäle aus, wodurch die Zahlungen auf die Blockchain geschrieben werden. Da diese aber nicht die große Menge auf einmal verarbeiten kann, können nicht alle Transaktionen sofort verarbeitet werden. Cyberkriminelle nutzen dieses Loch dann, um so BTC zu stehlen.
- Griefing-Angriff: Legen einen oder mehrere Zahlungskanäle lahm. Angreifer können so versuchen, Opfer zu erpressen.
- Pinning-Hack: Bringt einen Nutzer dazu, seinen Zahlungskanal falsch zu schließen und so Transaktionen zu stehlen.
5. Hierfür ist das Lightning Network nützlich
Das Lightning-Netzwerk hat jedoch auch einige praktische Anwendungsfälle:
- Zahlungen können auch international sehr schnell abgewickelt werden.
- Die Mikrozahlungen, die durch die Kanäle ermöglicht werden, können auch in sozialen Medien oder im Gaming-Bereich eingesetzt werden.
- Das Lightning-Netzwerk ermöglicht Händlern und Dienstleistern eine schnelle Abrechnungsmöglichkeit.
- Freunde, Partner, Gemeinschaften, Vereine etc. können sich so unkompliziert und schnell BTC hin- und herschicken.
6. Vorteile und Nachteile des Lightning-Netzwerks
Im Folgenden findest du eine Übersicht der wichtigsten Vor- und Nachteile des Lightning-Netzwerks.
Vorteile des Lightning-Netzwerks
- Ermöglicht günstige und schnelle Micropayments
- Löst das Problem der Skalierbarkeit des Bitcoin-Netzwerks
- Nur zwei Transaktionen pro Zahlungskanal werden in die Blockchain geschrieben
Nachteile des Lightning-Netzwerks
- Das Netzwerk ist anfällig für Hackerangriffe
- Einen Node (Knoten) zu betreiben ist mit mehr Aufwand verbunden
- Nutzer müssen online sein, um Zahlungen zu erhalten
- Wird verhältnismäßig wenig genutzt
7. Häufig gestellte Fragen zum Lightning Netzwerk
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Die Autoren können in einige der beschriebenen Assets investiert sein und somit ein Interesse an deren Kursentwicklung haben.
