병 속의 번개: 번개 네트워크의 유동성

QUICK TAKE 

• 라이트닝 네트워크는 결제 채널을 중심으로 구축되기 때문에 네트워크에서 유동성 관리가 어렵습니다. 트램폴린 라우팅(Lightning Network는 트램폴린 노드로 라우팅을 아웃소싱하여 지불 프로세스에서 데이터 및 계산 부담을 줄임) 및 원자 다중 경로 지불(AmP)을 포함하여 네트워크 유동성을 개선하기 위해 많은 아이디어가 제안되었습니다.

• 혼잡 공격을 통해 악의적인 Lightning 사용자는 많은 양의 자금을 저렴하게 잠글 수 있습니다.

Karim Helmy 작성 번역자: Colin

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병 속의 번개

라이트닝 네트워크는 비트코인의 여러 문제, 특히 비트코인의 기본 레이어가 대량의 트랜잭션을 효율적으로 처리할 수 없는 문제를 해결합니다. 라이트닝 네트워크 거래는 즉각적이고 신뢰할 수 없지만 기본 결제 보장이 없습니다. 라이트닝 네트워크는 트랜잭션을 오프체인으로 전송하여 더 빠른 속도와 낮은 수수료를 제공하지만 네트워크 구조로 인해 유동성 관리도 더 어렵습니다.

라이트닝 네트워크는 양 당사자가 지불 채널의 체인에 있는 자금을 잠글 수 있도록 지원합니다.이 때 두 당사자는 기본 체인에 지불을 제출하지 않고 자유롭게 거래할 수 있습니다. 각 당사자가 보낼 수 있는 최대 순 트랜잭션은 해당 당사자가 채널에 잠근 초기 금액입니다.

사용자는 여러 채널로 구성된 경로를 통해 결제할 수 있으므로 결제 채널이 직접 열려 있지 않은 수신자에게 결제할 수 있습니다. 지불자는 지불 경로를 지정하고 중간 채널 운영자에게 소액의 수수료를 지불합니다. 거래는 중개 노드가 지불 당사자의 신원을 얻지 못하도록 양파를 사용하여 라우팅됩니다.

간접 지불을 하려면 지불자와 수취인 사이에 간접적인 경로가 필요하며 일반적으로 당사자 간에 비교적 양호한 네트워크 연결이 필요합니다. 지불 경로를 선택하는 데 사용되는 알고리즘은 Lightning Network 프로토콜에 의해 지정되지 않으며 프로토콜 작성자는 알고리즘을 구현 세부 사항으로 간주합니다.

라이트닝 네트워크는 트랜잭션을 체인 외부로 이동함으로써 기본 블록체인의 검증 가능성을 손상시키지 않으면서 비트코인 ​​네트워크를 확장합니다. 모든 새로운 기술과 마찬가지로 라이트닝 네트워크에는 많은 문제가 있으며, 현재 채널 용량 제한인 0.16 BTC와 같이 대부분은 결국 해결될 것입니다.

그러나 일부 문제는 Lightning Network 아키텍처에 내재되어 있습니다. 이러한 문제 중 일부는 라이트닝 네트워크 전용의 쌍방 결제 채널에서 비롯됩니다. 기본 미사용 거래 출력(UTXO)은 모든 거래에 대한 입력으로 사용할 수 있지만 한 채널의 사용자 잔액은 다른 채널의 수신자에게 직접 보낼 수 없습니다.

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채널 재조정

오프체인 결제가 가능하도록 하기 위해 사용자는 일련의 채널 재조정 기술을 사용할 수 있습니다. 사용자는 Lightning 채널을 통해 자금을 재할당하고 여러 가지 방법으로 온체인 잔액에서 새 자금을 가져올 수 있습니다.

라이트닝 네트워크에서 자금의 양을 늘리기 위해서는 비트코인의 최하층에서 자금을 이체해야 합니다. 이는 새 채널을 열거나 사용자가 채널을 닫았다가 다시 열어 채널의 균형을 높일 수 있는 스플라이싱이라는 기술을 통해 달성할 수 있습니다. 이 두 가지 방법 모두 온체인 트랜잭션 실행이 필요합니다.

아토믹 스왑은 완전히 실행되거나 완전히 중단된 암호화폐 트랜잭션입니다. 대부분의 비트코인에 대한 아토믹 스왑 기술의 가장 일반적인 구현은 해시된 시간 잠금 계약(HTLC)을 사용하는 것입니다. 계약은 한 당사자가 키를 제시하거나 잠금이 만료될 때까지 자금을 잠급니다. 사용자는 기본 레이어에 보관된 비트코인과 라이트닝 네트워크 채널에 보관된 비트코인 ​​간의 아토믹 스왑인 서브마린 스왑을 수행하여 채널 균형을 높일 수 있습니다. 이 기술을 사용하면 라이트닝 네트워크에 잠긴 총 자금은 동일하게 유지되지만 사용자의 총 잔액은 증가합니다.

라이트닝 네트워크 사용자는 또한 사용자가 한 채널에서 자금을 보내고 순환 경로를 통해 다른 채널에서 자금을 받는 순환 지불을 통해 채널 재조정을 달성할 수 있습니다. 이러한 방식으로 사용자는 수신 채널의 잔액을 늘리고 전송 채널의 잔액을 감소시켜 총 순 잔액을 더 낮은 수수료로 일정하게 유지합니다.

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라이트닝 네트워크 유동성 유지

결제 채널 연결, 딥 스왑 수행 및 새 채널 개설에는 모두 온체인 결제가 필요하며 반복 결제는 충분히 편리하지 않습니다. 따라서 채널 재조정은 많은 비용과 시간이 소요될 수 있습니다. 이를 극복하기 위해 채널 리밸런싱 빈도를 줄이고 채널 용량이 낮을 때 네트워크의 유동성을 향상시키기 위한 여러 기법이 제안되었다.

ACINQ 팀은 현재 라우팅 모드를 유지하면서 사용자에게 필요한 메모리 및 계산량을 줄이는 트램폴린 라우팅을 제안했습니다. 트램폴린 라우팅에서 사용자는 거래 및 의도한 수신자를 잘 연결된 트램폴린 노드로 보내고 대신 트램폴린 노드에 지불 경로를 계산하도록 요청합니다. 이러한 노드는 잘 연결되어 있기 때문에 사용자는 더 적은 수의 채널을 유지해야 하므로 유동성이 향상됩니다. 이 모드는 어느 정도의 중앙 집중화를 장려하며 사용자는 계산을 줄이는 대가로 다른 모드보다 더 높은 라우팅 수수료를 지불해야 할 수 있습니다.

트램폴린 라우팅은 단일 트램폴린 노드를 통해 지불이 라우팅되는 경우 이 노드가 최종 수신자의 정보를 알고 있기 때문에 사용자 개인 정보를 손상시킵니다. 이 문제를 해결하기 위해 프로토콜은 사용자가 여러 트램폴린 노드를 지정할 수 있도록 하여 중간 노드가 발신자의 요청에 따라 다음 수신자까지의 경로를 찾는 책임을 집니다. Trampoline 노드는 다음 수신기가 최종 수신기인지 다른 중간 노드인지 확실하지 않습니다.

또 다른 제안인 AMP(Atomic Multipath Payments)는 사용자가 지불을 원자적으로 분할하고 여러 경로를 통해 라우팅하여 비유동 채널을 통해 더 큰 거래를 보낼 수 있도록 합니다. 유동성 문제를 해결하는 것 외에도 이 기술은 중개 노드가 라우팅하는 지불 금액을 결정하기 어렵게 만들어 사용자 개인 정보 보호에 도움이 되는 추가 이점이 있습니다. 원자적 다중 경로 결제를 구현하려면 라이트닝 네트워크 사양에 대한 업데이트가 필요하지만 결제의 발신자와 수신자만 이 업데이트를 활성화해야 합니다.

채널 재조정 빈도를 줄이기 위해 몇 가지 다른 트랜잭션 라우팅 기술이 제안되었습니다. 한 학술 논문에서는 패킷 스위칭 프로토콜에서 영감을 받아 AMP와 같은 다중 경로 결제를 지원하는 Spider라는 기술을 사용할 것을 제안합니다. 그러나 Spider는 트랜잭션 원자화를 지원하지 않으므로 트랜잭션의 일부는 성공적으로 처리되고 다른 일부는 처리되지 않을 수 있습니다. 이 프로토콜은 또한 트랜잭션 일괄 처리를 도입하여 대기 시간이 증가하는 대신 처리량을 증가시킵니다.

"적시에 (JIT)"결점

결점

라이트닝 네트워크 프로토콜에는 유동성을 감소시키거나 유동성 개선 비전에 반하는 버그가 있습니다.

라이트닝 네트워크는 결제 채널에 의존하기 때문에 공격자가 오랫동안 다른 노드의 채널 용량을 잠그는 혼잡 공격에 취약합니다. 반복 지불을 사용하여 공격을 시작하는 데 필요한 자금의 양을 줄이는 공격의 변형이 최근에 제안되었습니다. 현재 네트워크 상황에서 이 공격 개발자는 공격자가 단 0.25 BTC의 수수료로 3일 동안 650 BTC의 유동성을 잠글 수 있다고 추정합니다.

공격의 실효성을 줄이기 위해 연구진은 결제 시 사용할 수 있는 최대 홉 수를 줄이고, 현재 라이트닝 네트워크에서 사용하는 메커니즘 대신 해시 타임락 계약 해결 메커니즘을 추가로 채택할 것을 제안했다.

연구원들은 또한 노드가 지불 경로를 따라 여러 번 나타날 때 라우팅 노드가 지불을 위한 라우팅 서비스 제공을 거부하는 루프를 피하기 위한 전략 구현에 대해 논의했습니다. 이러한 조치는 정직한 사용자가 반복 지불을 수행하는 것을 방지하고 재조정 기술 사용을 제한하며 적시 라우팅 구현을 제한합니다.

소수의 중개 노드만 포함하는 라이트닝 지불은 이러한 노드에 의한 트래픽 분석 공격에 취약할 수 있습니다. 이러한 공격에서 중개 노드는 거래 참여자의 지불 패턴에서 가능한 비익명화 정보를 학습합니다. 사용자는 의도적으로 더 긴 지불 경로를 선택하여 이 약점을 극복할 수 있지만 이로 인해 수수료와 복잡성이 약간 증가합니다.

트래픽 분석 공격은 대부분의 트래픽이 적은 수의 노드를 통과할 때 특히 효과적입니다. 따라서 중앙 집중화를 희생시키면서 유동성을 증가시키는 트램폴린 라우팅과 같은 기술은 이러한 공격을 악화시킬 것입니다.

트래픽 분석 공격을 통해 라이트닝 네트워크 사용자의 신원을 얻으려는 공격자가 직접 혼잡 공격을 시작할 수 있습니다. 공격자는 정체 공격을 사용하여 대체 경로의 채널 용량을 줄이고 사용자가 공격자의 노드로 트래픽을 넘겨주도록 하여 궁극적으로 트랜잭션을 보다 효과적으로 모니터링할 수 있도록 합니다.