Layer 2 protocols in bitcoin

Abstract

Bitcoin és una criptomoneda descentralitzada que basa el seu funcionament en la utilització d’una cadena de blocs que distribueix, entre tots els participants del sistema, el llibre comptable on hi figuren totes les transaccions realitzades a la xarxa. L’interès principal d’aquest sistema és que permet el manteniment d’aquest registre de transaccions sense dependre d’intermediaris. No obstant això, l’enregistrament de les transaccions en la cadena de blocs no ofereix el dinamisme esperat i està lluny de la velocitat que ofereixen sistemes de pagament comercials consolidats, com ara Visa o Paypal.

Aquetes mancances indicades fan que l’adopció de Bitcoin com a mètode de pagament sigui poc viable i, per aquest motiu, s’ha desenvolupat una xarxa de pagament de nivell superior, anomenada Lightning Network (LN) que permet augmentar el volum de transaccions que el sistema pot gestionar fent transaccions de pagament fora de la cadena, oferint una opció ràpida i dinàmica i, per tant, superant així els obstacles d’escalabilitat de la xarxa Bitcoin.

En aquest treball pretenem analitzar la LN i proposar millores en dos fronts. En primer lloc, oferim un enfocament analític per definir el valor d’alguns paràmetres del sistema. Finalment, determinem mètriques alternatives per avaluar la centralitat de la xarxa de pagaments que forma la LN.

Així, per oferir una millora a la LN, avaluem l’impacte d’ajustar els paràmetres dels nodes de la LN utilitzats en els pagaments multi-salt en la seguretat i el rendiment de la xarxa. A més, proposem un modelat de la LN basat en teoria de grafs que permet definir un conjunt de mètriques de centralitat per determinar la centralitat dels nodes de la xarxa dins d’aquest model. Aquestes mesures permeten establir el grau de centralització dels diferents nodes i de la LN en el seu conjunt.

Como criptomoneda descentralizada, Bitcoin se basa en la cadena de bloques al distribuir el libro de contabilidad entre pares para compartir un conocimiento global de las transacciones realizadas en la red sin depender de intermediarios. Sin embargo, el registro de las transacciones en blockchain carece de dinamismo y está lejos de la velocidad que ofrecen los sistemas de pago comerciales consolidados como Visa y Paypal.

Debido al desaliento de adoptar Bitcoin como método de pago, una novedosa red de pagos paralelos, conocida como Lightning Network (LN) para Bitcoin, irrumpió en escena para impulsar la transaccionalidad dentro de la cadena al hacer que las transacciones de pago fuera de la cadena sean rápidas y escalables. Por lo tanto, LN supera los obstáculos de la escalabilidad y el procesamiento financiero dinámico, además de reducir la carga sobre la cadena de la red Bitcoin.

La transición de esta red Bitcoin restringida a un método de pago viable depende de cómo se compara LN con los sistemas de pago tradicionales. Nuestro objetivo es analizar LN y proponer mejoras en dos frentes. Primero, proporcionamos un enfoque analítico para definir el valor de algunos parámetros del contrato. Finalmente, determinamos métricas alternativas para evaluar la centralidad de esta red peer-to-peer (P2P).

Por lo tanto, para brindar una mejora a LN, evaluamos el impacto de ajustar los parámetros del contrato utilizados en pagos de múltiples saltos en la seguridad y el rendimiento de la red. Además, propusimos un modelo basado en gráficos para LN y un conjunto de métricas de centralidad para medir la centralidad de los nodos dentro de este modelo. Por lo tanto, el objetivo principal de esta investigación es mejorar la confiabilidad de protocolos bien establecidos implementados en la LN.

As a decentralized cryptocurrency, Bitcoin builds on the blockchain by distributing the ledger among peers to share a global awareness of transactions made on the network without relying on intermediaries. However, the recording of transactions on the blockchain lacks dynamism and is far from the speed offered by well-established commercial payment systems such as Visa and Paypal.

Due to the discouragement of adopting Bitcoin as a payment method, a novel parallel payment network, referred to as the Lightning Network (LN) for Bitcoin, burst onto the scene to boost on-chain transactionality by making off-chain payment transactions fast and scalable. LN therefore overcomes the hurdles of scalability and dynamic financial processing, as well as lessening the burden on the Bitcoin network chain.

Transitioning this restricted Bitcoin network into a viable payment method depends on how LN compares to traditional payment systems. We aim to analyze LN and propose improvements on two fronts. First, we provide an analytical approach to define the value of some contract parameters. Finally, we determine alternative metrics to evaluate the centrality of this peer-to-peer network (P2P).

Thus, to provide an improvement to LN, we evaluated the impact of adjusting the contract parameters used in multi-hop payments into the security and performance of the network. Also, we proposed a graph-based model for the LN, and a set of centrality metrics to measure node centrality within this model. Hence, the main goal behind this research is to enhance the reliability of well-established protocols deployed on the LN.