A SZTAKI kutatói kimutatták: gond van a Bitcoin jövőjének szánt technológiával

A SZTAKI kutatói - Béres Ferenc és Benczúr András -, valamint az ELTE doktorandusza, Seres István hálózattudományi eszközökkel is megvizsgálták a Bitcoin problémáinak – lassúság, nehezen skálázhatóság – megoldására szánt, jelenleg legnépszerűbb úgynevezett fizetési csatornáját a Lightning Networköt. A végeredmény: a megoldás nem eléggé anonim, és egyáltalán nem biztos, hogy működni fog.

A Bitcoin, az Ethereum és más kriptopénzek új típusú, ún. bizalmat nem feltételező digitális fizetőeszközök, amelyek nagy előrelépést jelentenek a szükséges bizalom minimalizálásában: kriptopénzekkel anélkül lehet pénzt küldeni bárhova a világon, hogy ehhez meg kellene bíznunk bármilyen bankban vagy más pénzügyi közvetítőben. Ráadásul a rendszer teljes állapotát - beleértve az összes tranzakciót – eltárolják a blokkláncban, így az nyilvánosan ellenőrizhető.

A decentralizációnak és a nyilvános ellenőrizhetőségnek viszont ára van: a rossz skálázhatóság. A Bitcoin átlagosan másodpercenként 7 tranzakció feldolgozására képes, míg a legelterjedtebb, centralizált fizetési szolgáltatók (pl. Visa, Mastercard) csúcsidőben másodpercenként 40-50 ezer tranzakció feldolgozására képesek. Ráadásul, a kriptopénzes tranzakcióknál nem garantálható, hogy az elindításuk után azonnal teljesülnek, a tranzakciós díjak pedig nagyon volatirisek. A kriptopénzekkel foglalkozó közösség ezért folyamatosan megoldásokat keres a fenti problémák megoldására.

Fizetési csatornákkal a blokklánc skálázhatóságáért

Az egyik elterjedt skálázhatósági megoldás az úgynevezett fizetési csatorna hálózatok (payment channel networks) kiépítése: ezek plusz réteget képeznek a blokklánc felett. A fizetési csatornákon a felhasználók azonnal teljesülő kifizetéseket indíthatnak, és a legtöbb esetben a tranzakciós díjak is elhanyagolhatók.

A fizetési csatorna hálózatok megjelenése miatt a hálózattudomány is fontos szerephez jut a kriptogazdasági kutatásokban - ezen a ponton szálltak be a SZTAKI kutatói is: hálózattudományt használnak a Bitcoin fizetési csatornák kapcsolatainak feltérképezésére, és a rendszer gazdaságtanának jobb megértéséhez.

A fizetési csatornák rendszerét modellezhetjük irányított, súlyozott gráfokként, ahol a csomópontok a felhasználókat, míg az őket összekötő élek a fizetési csatornákat jelölik. Adott él súlya a fizetési csatornán lekötött kriptopénz mennyisége, azaz a kapacitás. Minden csatorna csak a saját kapacitását nem meghaladó összegű tranzakciók továbbítására képes. A felhasználók - a csatornakapacitásokat figyelembe véve - küldhetnek egymásnak kifizetéseket, amelyeknek érvényességét a csatornákon lévő fedezet garantálja. Ezzel, még ha nincs is közvetlen fizetési csatorna két résztvevő között, egy több csatornából álló út kijelölésével irányíthatnak kifizetéseket egymáshoz, akár nem megbízható feleken keresztül is. A kifizetéseket közvetítő csomópontok (router nodes) tranzakciós díjat szedhetnek a kriptopénz összegek továbbításáért, ezzel motiválva őket az általuk nyújtott szolgáltatásért.

Mi a Lightning Network?

A Lightning Network a Bitcoin egyik fizetési csatorna hálózata. Jelenleg ez a legnépszerűbb és legelterjedtebb fizetési csatornákra épülő rendszer: több ezer felhasználója és több tízezer csatornája van. Sokak szerint a Lightning Network megoldja a Bitcoin skálázhatósági és anonimizálási gondjait, mivel a használatával a legtöbb kifizetést nem tárolják el a nyilvános, lassú és költségesen karbantartható blokkláncban, csak a felette lévő rétegben.

A SZTAKI kutatóit az érdekelte, mennyire teljesülnek valójában ezek az ambiciózus ígéretek. Az első és legfontosabb kérdés, hogy a központi router csúcsok elég motiváltak-e a kifizetések továbbítására. SZTAKI kutatói megfigyelték, hogy a Lightning Network központosított gráf, ahol a kifizetések túlnyomó részének továbbításáért csak néhány csomópont felelős. Ha ezek a csomópontok nem működnek, az egész hálózat működésképtelenné válik.

SZTAKI kutatói megállapították, hogy a jelenlegi használati szint és tranzakciós díjak mellett a központi csomópontok lényegében nincsenek megfelelően ösztönözve a kifizetések továbbítására. Ha feltételezzük, hogy a fő közvetítő csomópontok pénzügyileg racionálisan viselkednek, nagyságrendekkel magasabb tranzakciós díjakra vagy forgalomra lenne szükség. Eredményeik alapján a Lightning Network – és néhány más, kisebb fizetési csatorna hálózat – valószínűleg csak néhány lelkes csomópont jóakarata miatt működik.

Nem egészen anonim

Minden monetáris rendszernél alapvető feltétel, hogy védje felhasználói pénzügyi adatait. Az egyének és cégek érdeke, hogy titokban tartsák egyenlegüket és teljes tranzakciós történetüket. Egyelőre minden, adott Bitcoin-címhez tartozó tranzakció nyilvános, ezért, ha a Bitcoin-címet sikerül személyhez kapcsolni, automatikusan kiderül, mennyi van a számláján és milyen tranzakciói voltak.

A Lightning Network anonimizálási megoldása az úgynevezett onion routing: egy közvetítő nem ismeri a fizetési útvonalban betöltött helyét. Például, ha Alice kifizetését egy router csomópont továbbította Bobnak, akkor a router nem tudhatja, hogy azt Alice, Alice valamelyik szomszédja vagy azok szomszédai kezdeményezték.

Sajnos az onion routing nem elegendő az anonimizáláshoz. A SZTAKI kutatói a hálózat topológiájának vizsgálatával kiderítették: csak gyakori tévhit, hogy a fizetési csatornák erős védelmet biztosítanak a felhasználóiknak.

Mivel a Lightning Network - a közösségi hálózatokhoz hasonlóan - kis átmérővel rendelkezik (ún. kisvilág-tulajdonságú), a legrövidebb és legolcsóbb út két résztvevő között gyakran csak két vagy három lépésből áll. A SZTAKI kutatóinak mérései szerint a router csomópontoknak erős statisztikai bizonyítékuk van egy kifizetés feladójáról és címzettjéről is a rajtuk átfolyó kifizetések több mint 50 százalékában – ami rontja a Lightning Network adatvédelmét és csökkenti a blokklánc helyettesíthetőségét. A SZTAKI kutatói arra számítanak, hogy eredményeik hatására még több hálózattudományi munka jelenik meg a kriptopénzek területén. Nagyon fontos megérteni és alaposan elemezni a kriptográfiai rendszereket hálózati szempontból is, mivel a kriptopénzek számos tulajdonsága (skálázhatóság, adatvédelem, résztvevők motiválhatósága) a tranzakciós hálózat topológiai tulajdonságaival áll kapcsolatban.