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Canal de pagos en Lightning Network: formas de su aplicación para el rápido intercambio de bitcoin

La empresa Bitlum, que se dedica al desarrollo de aplicaciones sobre Lightning Network, especialmente para el registro de ForkLog ha creado una serie de artículos sobre el trabajo de esta red. En el artículo anterior, se examinaron tipos de smart contratos que son necesarios para la comprensión del concepto de Lightning Network: 2×2 multisig, time-lock, htlc.

En el cuarto artículo se explicará el concepto del canal de pagos y su aplicación para el rápido intercambio de bitcoin

Todo el ciclo de artículos consta de las siguientes partes:

Lightning Network Parte 1: Introducción: descripción de las premisas de la creación del concepto de Lightning Network, un análisis comparativo con otros sistemas de pago.

Lightning Network Parte Nº 2: Aplicaciones: descripción superficial de la tecnología y ejemplos de uso en los diferentes ámbitos.

Lightning Network Nº de Parte 3: Smart-contratos: explicación de los principales bloques necesarios para profundizar en la descripción técnica de los conceptos.

Lightning Network nº de Parte 4: Canal de pagos: una explicación del concepto del canal de pagos y su aplicación para el intercambio rápido de bitcoin.

Lightning Network Parte nº 5: La solución del problema de la escala. Explicación del uso de canales de pago para la construcción de una cadena de pago y la solución del problema de la escala.

En este artículo se dará una definición completa del canal de pago, explicado la evolución del desarrollo de los smart contratos que se encuentran en su base.

Hay tres procesos que se relacionan con el trabajo del canal de pago:

La apertura de un canal: el proceso de registro del canal de pago en blockchain, así como la formación del estado inicial.

La utilización de un canal: el proceso de uso de los sistemas smart contratos para la realización de los pagos fuera de blockchain (off-chain).

El cierre del canal: el proceso de registro del estado final de los balances de los usuarios en blockchain.

La apertura y el cierre del canal

Para abrir el canal, Alicia y Bob deben:

Bloquear su dinero en un propia caja fuerte (multisig) a través de la creación y el envío a la red de la transacción financiera (funding transaction).

Formar una transacción (commitment transaction), que refleja el estado actual y distribuye el dinero de la cuenta general de la caja total a la proporción inicial.

Guardar la transacción generada en ambos lados, y no enviar esta transacción a la red en el procesamiento de los mineros.

Nombraremos a la transacción, que gasta el dinero de la cuenta general de la caja fuerte, la transacción del estado. Con esta transacción, Alicia y Bob pueden devolver el dinero de la cuenta general de la caja fuerte. En cierto sentido, la transacción del estado — es un contrato entre dos partes, que en cualquier momento pueden cumplir a través del envío por la red a los mineros.

El envío de la transacción del estado de la red y el reparto del dinero de la cuenta general equivale al cierre de un canal. En este caso, si hacemos esto, dividiremos el dinero de la cuenta general a la proporción inicial.

Como se mencionó anteriormente, en la transacción del estado se almacenan smart contratos para cada una de las cajas de seguridad, en la que está establecido el principio de su ulterior dapertura. En este caso, la caja de seguridad bajo el número tres puede abrir Alicia, bajo el número cuatro — Bob.

Es importante señalar que debido a que contamos con un caja fuerte general (multisig), para la formación de una nueva transacción del estado se requiere la firma electrónica de ambas partes, por lo tanto, ninguna de las partes puede formar un nuevo estado sin el consentimiento de la otra parte.

El proceso de la formación de la caja general de la transacción inicial, el estado ocupa como mínimo 10 minutos y se llama apertura de un canal. El envío de la transacción del estado de la

red y el reparto del dinero en una indicada proporción se denomina cierre de canal y tarda como 10 minutos. Veamos cómo este tipo de estructura permite hacer los pagos sin el uso de blockchain.

La utilización de un canal

Definimos el pago como un proceso de cancelación de una vieja transacción del estado y la creación de una nueva, en la que, de la caja general, uno de los participantes obtendrá más, en comparación con la situación anterior.

El proceso de transición del antiguo al nuevo estado dura unos segundos, ya que esto no requiere ninguna entrada en blockchain y sólo está limitado por la velocidad de internet-conexiones entre los nodos. A través de esto se logra la velocidad en el concepto de Lightning Network.

La desventaja de esta idea es que el número máximo que puede ser transferido a otro lado, no puede exceder de la cantidad de dinero, bloqueados en la caja general. Esta limitación puede ser parcialmente reducida mediante el aumento de la caja fuerte y reequilibrio de los canales.

Después de que la interacción entre los participantes ha terminado, remiten la última transacción del estado de la red y cierran el canal, de ese modo recibiendo el dinero de vuelta, pero ya en otra proporción.

Ejemplo: Supongamos que usted quiere vender 10 BTC en la bolsa de valores, pero hay algunos requisitos:

1. Usted no desea guardar el dinero en la bolsa de valores.

2. Quiere que cuando venga la hora X, usted pueda transferir el dinero a la bolsa de valores y hacer el cambio.

Para ello, debe crear un canal con el mercado de valores, en la que por su parte invierte 10 BTC. Ya que tiene la transacción del estado inicial, entonces usted no tendrá que preocuparse de su dinero, usted podrá recogerlo. Cuando llega el momento de la venta, usted produce el cambio de estado y asigna a la bolsa de valores 1 BTC. Por su parte, la bolsa ve que en el nuevo estado, tiene 1 BTC y puede darle a usted el derecho a la compra de otro activo. Después de haber realizado una cantidad suficiente de operaciones en la bolsa, cierra el canal y, de la caja general, la bolsa de valores obtiene la cantidad de dinero que usted ha traducido.

En la imagen nº 5 muestra muy simplificada de obtener dinero, no proporciona un mecanismo de cancelación de estado. Pasaremos a explicar el proceso de cancelación de la transacción del estado y implementaremos mecanismos adicionales al smart contrato.

La cancelación del estado

Problema: con esta estructura de transacción del estado, al pasar a un nuevo estado, el participante que se quedó con menos dinero, puede enviar el viejo estado a la red, así anulando su gasto.

Tarea: así como no podemos asegurar que la otra parte borra la transacción del estado durante la transición al nuevo, debemos asegurarnos de que el envío del viejo estado fuese económicamente desventajoso. Esto se puede hacer mediante la introducción de un mecanismo de multa: si una de las partes envía a la red el viejo estado, la otra podrá tomar todo su dinero.

Cambio nº 1: haremos que la nueva caja de Alicia (3) pueda abrir y Bob. Para abrir la caja fuerte de Alicia, Bob tendrá que proporcionar su firma electrónica, así como una clave adicional, que originalmente posee solamente Alicia. Lo mismo haremos con la caja fuerte de Bob. Al pasar a un nuevo estado, Alicia y Bob tienen que intercambiar claves, por lo tanto, cancelando el estado anterior.

Modificación nº 2: en esta etapa haremos una situación peor: al pasar a un nuevo estado ambos lados enviarán el viejo estado y se llevarán su dinero y el de otras personas, ya que intercambiaron las claves secretas.

Hay que hacer así, para que si Alicia envía el viejo estado, Bob puede recoger su dinero, y viceversa. Esto se puede lograr a través del almacenamiento de diferentes transacciones del estado en el lado de Alicia y Bob.

Si Alicia envía su antigua transacción del estado, Bob podrá toma su dinero, así como el de Alicia, ya que Alicia le entregó la llave de la cancelación, y lo mismo para Bob. Con esta configuración, ninguna de las partes tiene la motivación de enviar su antiguo estado a la red.

Modificación nº 3: sigue siendo un problema: una de las partes puede aprovechar el hecho de que la otra parte esté offline y enviar el viejo estado, llevándose el dinero primero. Por lo tanto, hay que introducir el mecanismo time-lock.

Si Alicia envía su nuevo estado, podrá retirar su dinero, no de inmediato, sino después de un tiempo, y Bob no tendrá tal limitación. En este caso, si Alicia quiere aprovecharse de la ausencia de Bob, él tendrá ventajas para multar a Alicia.

El cierre cooperativo

Problema: los cambios que hicimos en la transacción del estado llevó a un nuevo problema: si Alicia y Bob querrán cerrar el canal de forma cooperativa, ninguno de ellos tendrá la motivación para hacer esto primero, porque en este caso no podrán recoger el dinero de inmediato, debido a la presencia del mecanismo time-lock.

Solución: dividiremos el proceso de cierre en dos tipos: forzoso y cooperativo.

En el momento actual, ambas partes mantienen diferentes transacciones de estado que garantizan que podrán devolver el dinero discutido, así como contener los mecanismos necesarios para su cancelación en el caso de la transición a un nuevo estado.

Todos los mecanismos que hemos añadido para una segura cancelación, sólo se necesitan cuando se cambia a un nuevo estado. En el caso del cierre cooperativo del canal de pago, las partes pueden generar un nuevo estado, que refleja la misma balanza, pero no contienen mecanismos de cancelación. La recibida transacción cooperativa del estado será equivalente a la versión original (Fig. Nº 5). El proceso anterior se basa en el cierre de la cooperativa (close).

Si una de las partes se ha ido offline y no hay posibilidades de cerrar de forma cooperativa el canal, entonces la otra parte todavía puede obtener su dinero mediante el envío de la última transacción del estado, pero en este caso, recibirá el dinero al finalizar el período time-lock. El envío de la última transacción del estado a la red se llama cierre (force close).

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