No artigo anterior, "Como funciona a Lightning Network (2),“ exploramos os princípios de funcionamento da Lightning Network do Bitcoin. Essencialmente, a Lightning Network é um sistema de canal de pagamento cuidadosamente projetado que conecta canais de pagamento individuais em uma vasta rede de pagamentos interconectados. Isso permite que as partes que não estão diretamente conectadas façam pagamentos entre si por meio de roteamento multi-hop, com contratos como HTLC e PTLC garantindo a segurança das rotas.

Apesar de anos de desenvolvimento e progressos significativos tanto em tecnologia quanto em experiência do usuário, devemos enfrentar a realidade de que a Lightning Network ainda não atingiu o nível de adoção em larga escala. No artigo de hoje, vamos nos concentrar em um desafio-chave enfrentado atualmente pela Lightning Network: a questão da liquidez. Esse desafio pode ser dividido em dois aspectos: a falta geral de liquidez na rede e o problema da distribuição da liquidez.

Escassez geral de liquidez na rede

De acordo com as estatísticas mais recentes da Mempool, a Lightning Network do Bitcoin atualmente possui 12.389 nós e 48.000 canais de pagamento, com uma capacidade total de canal de 5.311,8 BTC.

A Rede Relâmpago é uma rede de liquidez P2P e, para alcançar uma verdadeira adoção em grande escala, o número de nós, canais de pagamento e capacidade geral do canal precisaria crescer centenas ou até milhares de vezes. Então, como podemos atrair mais nós para se juntarem à rede?

Primeiro, é crucial baixar as barreiras para configurar e manter nós da Lightning Network, tornando fácil para usuários sem conhecimentos técnicos executar um nó da Lightning Network. Várias equipes no ecossistema do Bitcoin já introduziram soluções de hardware plug-and-play, como a caixa de hardware da Umbrel, que suporta a execução de nós da Lightning Network do Bitcoin. Da mesma forma, o Fi5Box não só suporta a Lightning Network do Bitcoin, mas também permite a execução de nós para outras redes, como a Rede de Fibra da CKB. Esses dispositivos oferecem soluções de nós livres de manutenção para os usuários.

Em segundo lugar, a introdução de mecanismos de incentivo adicionais é fundamental para criar um ciclo de feedback positivo para a Lightning Network. Uma vez que um canal de pagamento é aberto na Lightning Network, os fundos ficam bloqueados. Por exemplo, se Alice quiser atuar como Provedora de Serviços Lightning (LSP) e abrir canais com 100 pessoas, alocando 1 BTC por canal, ela precisaria bloquear 100 BTC. Esses fundos só geram receita quando estão em movimento; fundos parados não o fazem. Isso ocorre porque a receita principal para os nós da Lightning Network vem das taxas de transação, que são tipicamente calculadas como “Taxa Base + Taxa por satoshi.” A taxa base é um valor fixo cobrado para cada transação, independentemente do seu tamanho, enquanto a taxa de taxa é a porcentagem cobrada por satoshi na transação.

De acordo com as estatísticas do Mempool, a taxa de base média atual na Lightning Network do Bitcoin é de 950 mSat (0,95 sat), e a taxa média de taxa é de 764 ppm (0,000764 Sat por satoshi). Isso significa que, para uma transação de 10.000 satoshis (0,0001 BTC, atualmente valendo cerca de $6,50), o nó de roteamento ganharia menos de 9 satoshis em taxas. Além disso, o volume de transações na Lightning Network ainda é relativamente baixo, e muitas transações não exigem nós de roteamento (porque as duas partes envolvidas têm um canal de pagamento direto). Como resultado, aqueles que possuem BTC e procuram retornos de investimento não estão escolhendo principalmente bloquear seus BTC na Lightning Network para ganhar taxas de transação. Em vez disso, eles preferem emprestar seus BTC em exchanges ou participar de projetos emergentes que oferecem oportunidades de Staking/Restaking.

Se mecanismos de incentivo adicionais puderem ser introduzidos para encorajar mais pessoas a executar nós da Lightning Network ou a se tornar LSPs, e se mais detentores de BTC forem motivados a depositar seus BTC na Lightning Network para ganhar recompensas, a questão da escassez de liquidez na rede poderia ser potencialmente resolvida. À medida que a Lightning Network se torna mais amigável ao usuário, ela atrairá ainda mais usuários, levando a transações aumentadas, o que, por sua vez, aumentará a receita de taxas dos nós de roteamento e incentivará mais pessoas a se tornarem LSPs. Isso eventualmente levaria a Lightning Network a um ciclo de feedback positivo.

Atualmente, no ecossistema do Bitcoin, a UTXO Stack anunciou sua transição para uma camada de staking para a Lightning Network. Através de um protocolo de staking descentralizado, tem como objetivo fornecer melhor liquidez e um modelo de rendimento aprimorado para a Lightning Network. Além disso, a UTXO Stack introduzirá um mecanismo de incentivo de token para encorajar os usuários a fazer staking de BTC e aprimorar a liquidez dos canais de pagamento da Lightning Network.

Problema de Distribuição de Liquidez

Mesmo que a escassez geral de liquidez seja resolvida, distribuir efetivamente essa liquidez continua sendo um desafio.

Vamos dar um exemplo em que Alice faz um pagamento para Carol através do nó de roteamento Bob. Inicialmente, tanto Alice quanto Carol têm 20.000 satoshis em seus canais, enquanto Bob tem 10.000 satoshis em cada canal. Após várias transações, a distribuição do saldo nos canais pode parecer assim (para simplificar, não estamos considerando as taxas de roteamento cobradas por Bob):

Se Alice e Carol ainda tiverem negócios no futuro, onde Alice precisa fazer mais pagamentos a Carol, o que pode ser feito? Bob não pode mais rotear pagamentos (pois Bob não tem mais fundos suficientes em seu canal com Carol para transferir dinheiro para ela). Neste caso, Bob precisa reequilibrar seu canal.

Este cenário é bastante comum para nós de roteamento na Lightning Network. Os operadores de nós devem constantemente equilibrar a liquidez entre seus canais. Se um canal não tiver fundos do seu lado, você não pode enviar pagamentos; se todos os fundos estiverem do seu lado, você não pode receber pagamentos.

No exemplo acima, uma opção seria fechar o canal entre Bob e Carol e abrir um novo. No entanto, essa abordagem não é custo-efetiva, uma vez que tanto o fechamento quanto a abertura de canais exigem transações on-chain, o que gera taxas de mineração de Bitcoin. O principal objetivo da Lightning Network é reduzir as operações on-chain e mover o máximo de transações possível para canais off-chain. Se milhões de canais fossem abertos e fechados na Lightning Network todos os dias, a blockchain do Bitcoin ficaria congestionada e as taxas de mineração disparariam.

Para resolver isso, a comunidade do Bitcoin propôs várias soluções inovadoras para resolver o problema da distribuição de liquidez:

Submarine Swap (troca de submarino)

Em termos simples, Submarine Swap permite que os usuários enviem BTC de seus canais para um serviço de câmbio dentro da Lightning Network. Em troca, o serviço de câmbio envia uma quantidade equivalente de BTC para um endereço de recebimento especificado na blockchain do Bitcoin, ou vice-versa: os usuários podem enviar BTC on-chain para o serviço de câmbio, que então envia BTC do canal para o nó de recebimento designado. Embora esse processo envolva o serviço de câmbio, ele é completamente sem confiança graças aos contratos HTLC (Hash Time-Locked Contracts).

A Submarine Swap também inspirou muitas inovações subsequentes, como o protocolo de ajuste de saldo de canal PeerSwap, que permite aos usuários realizar diretamente swaps de submarino com seus pares de canal. No exemplo acima, Carol pode atuar como serviço de troca. Bob transfere BTC on-chain para Carol e, em troca, Carol paga a Bob a quantidade equivalente de BTC do canal.

Especificamente, o processo funciona da seguinte forma:

1. Bob gera um valor secreto R (preimagem) e seu hash H.
2. Bob cria um HTLC na cadeia de blocos do Bitcoin usando o hash H: ele pagará Carol 10.000 satoshis, desde que possa revelar o segredo R dentro de 5 blocos; caso contrário, os fundos retornarão para Bob.
3. Carol cria um HTLC em seu canal de pagamento com Bob usando o mesmo hash H: ele pagará a Bob 10.000 satoshis do canal, desde que ele possa revelar o segredo R dentro de 4 blocos; caso contrário, os fundos retornarão para Carol (para simplificar, não estamos considerando quaisquer taxas de serviço cobradas pelo serviço de câmbio).
4. Bob usa o segredo R para desbloquear o HTLC no canal e leva 10.000 satoshis.
5. Depois que Bob retira os fundos, Carol também conhece o segredo R e o usa para desbloquear o HTLC na blockchain do Bitcoin para retirar 10.000 satoshis.

Em comparação com o fechamento do canal e a abertura de um novo, o Submarine Swap envolve apenas uma transação on-chain, tornando-o mais econômico e totalmente sem confiança.

Junção

A junção de canais é um método de reequilíbrio on-chain onde um nó fecha um canal e depois abre um novo canal em uma única transação, alterando assim o saldo bloqueado no canal. Quando um nó bloqueia mais fundos por meio desse processo, é chamado de "splice in"; se reduz os fundos bloqueados, é chamado de "splice out". No exemplo acima, o canal entre Bob e Carol pode ser estendido por meio da junção de canais.

A junção de canais é muito mais conveniente do que usar duas transações para fechar e reabrir um canal. No entanto, ainda requer a transmissão da transação pela rede, pagamento de taxas de mineração on-chain e espera pela confirmação da transação.

Pagamento de Múltiplos Caminhos (MPP)

Pagamentos de vários caminhos permitem que um pagamento seja dividido em várias partes, que podem ser simultaneamente retidos ou encaminhados por diferentes canais. Por exemplo, se Alice precisa pagar a Carol 10.000 satoshis e Bob não pode mais encaminhar pagamentos, Alice pode pagar a Carol 6.000 satoshis através do nó de roteamento David e 4.000 satoshis através do nó de roteamento Eva. Dessa forma, o pagamento de 10.000 satoshis de Alice pode ser concluído usando pagamentos de vários caminhos.

A intenção original da tecnologia de pagamento multi-path é superar as limitações dos pagamentos de único caminho, permitindo que pagamentos maiores sejam entregues dividindo-os em partes menores. Por exemplo, uma transação da Lightning Network de 1 BTC pode ser dividida em 100 transações de 0,01 BTC cada. Os pagamentos de vários caminhos beneficiam a descentralização da rede e a privacidade das transações. Em termos de segurança, a tecnologia de pagamento multi-path atômico (AMP) garante que, se um caminho falhar em completar o pagamento, então todos os pagamentos falharão, evitando confusão e fraudes.

Além disso, na Lightning Network, grandes transações também podem ser concluídas por meio de canais Wumbo. Os canais Wumbo removem o limite sobre a quantidade de Bitcoin que um canal regular da Lightning pode conter (0.1667 BTC), permitindo que os nós tenham capacidades de canal mais altas e, assim, suportem transações maiores.

Conclusão

A liquidez é um dos principais fatores que limitam o desenvolvimento da Lightning Network. Ao reduzir as barreiras para configurar e manter nós da Lightning Network e introduzir mecanismos de incentivo adicionais, a rede pode abordar o problema da liquidez insuficiente. Soluções como Submarine Swap, channel splicing e pagamentos de vários caminhos também contribuem para abordar a distribuição de liquidez dentro da rede.

Além dessas soluções, a comunidade Bitcoin propôs outras estratégias para otimizar a liquidez da rede, incluindo Lightning Pool (um mercado de leilão de aluguel de canais), Publicidade de Liquidez (um esquema de aluguel de canais) e pagamentos em loop (onde um nó se paga através de um loop formado por canais de pagamento para alcançar o reequilíbrio fora da cadeia).

O gerenciamento de liquidez é, sem dúvida, uma tarefa complexa para a Lightning Network. No entanto, com o avanço contínuo da tecnologia e os esforços contínuos da comunidade, temos motivos para acreditar que esses desafios de liquidez serão eventualmente resolvidos.

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