Qu'est-ce que le Lightning Network ?

Quel problème résout le Lightning Network ?

Avant de découvrir ce qu'est le Lightning Network, nous vous invitons à en savoir plus sur le Bitcoin (BTC).

Par conception, la quantité de transactions réalisables sur le réseau Bitcoin est limitée par ce qu'on appelle la taille limite des blocs. La taille des blocs, qui sont les ensembles de transactions ajoutés à la blockchain, ne peut en effet pas dépasser 1 Mo actuellement.

Cela ne pose pas de problème lorsque l'usage du réseau reste bas : toutes les nouvelles transactions sont validées et incluses par les mineurs dans le bloc suivant, ce qui fait qu'une transaction sera confirmée en 10 minutes environ.

Cependant, lors des pics d'utilisation de Bitcoin, il arrive régulièrement que la limite soit atteinte et que les blocs soient pleins. Comme les mineurs cherchent à maximiser leur profit, ils privilégient les paiements possédant les frais les plus élevés, ce qui crée un mécanisme d'enchères.

On observe alors un accroissement des frais de transaction des utilisateurs les plus pressés et une augmentation des temps de confirmation des moins pressés. Cela s'est produit notamment en décembre 2017 où les frais médians dépassaient la dizaine d'euros et les temps de confirmation pouvaient se compter en jours.

Le réseau Bitcoin a donc un problème de scalabilité, c'est-à-dire qu'il s'adapte mal à la demande croissante d'utilisation. Pour résoudre ce problème, la solution la plus simple serait d'augmenter la taille limite des blocs, comme le font d'autres cryptomonnaies. Mais une grande partie de la communauté de Bitcoin préfère ne pas recourir à cette solution pour préserver une décentralisation maximale du réseau. Les développeurs de Bitcoin privilégient donc plutôt un passage à l'échelle hors-chaîne, qui se fait par l'intermédiaire de plusieurs solutions, dont le très plébiscité Lightning Network.

Vous êtes plutôt adepte d'une explication en vidéo ? Nous avons ce qu'il vous faut.

Comment fonctionne le Lightning Network ?

L'idée de base : les canaux de paiements

Le réseau Lightning se base sur ce qu'on appelle des canaux de paiement bidirectionnels. Ces derniers utilisent des smart contracts programmés grâce au langage de script de Bitcoin. Ils permettent d'effectuer des paiements répétés entre deux personnes sans qu'ils n'aient à payer de frais de transaction.

L'ouverture d'un canal de paiement consiste à mettre des fonds sous séquestre à l'aide d'un contrat multisignatures inclus dans une transaction d'ouverture réalisée sur la blockchain. Ce contrat multisignatures représente une sorte de coffre-fort partagé entre les deux personnes : le déblocage des fonds placés à l'intérieur nécessite les signatures des deux parties. On peut par exemple considérer le cas d'Alice et de Bob qui ouvrent un canal en plaçant 10 milli-bitcoins (mBTC) chacun.

Une fois le canal ouvert, les deux personnes sont libres de procéder à des transactions qui ne seront pas écrites sur la chaîne et ceci sans frais. Ces transactions sont cependant limitées par la capacité du canal : Alice et Bob ne peuvent pas envoyer plus de bitcoins qu'ils n'en possèdent.

À tout moment, le canal peut être fermé. La fermeture se fait normalement de façon consensuelle : si les deux parties sont honnêtes, elles se verseront ce qu'elles se doivent dans la transaction de fermeture. Ici, Alice recevra 6 mBTC et Bob 14 mBTC.

Qu'est-ce qui garantit qu'ils ne trichent pas ? Avant de signer et de diffuser la transaction d'ouverture, chacune des deux parties écrit une transaction d'engagement qu'elle transmet à l'autre. Ces transactions ne sont pas diffusées et sont simplement des contrats de garantie pour récupérer ses bitcoins en cas de litige. Les transactions d'engagement sont mises à jour à chaque paiement réalisé au sein du canal.

Bien évidemment, chacune des transactions (ouverture, fermeture, engagement) nécessite des frais de transaction payés aux mineurs.

Un réseau de canaux de paiement

Le Lightning Network est un réseau de canaux de paiements bidirectionnels. Les participants ouvrent des canaux de paiements deux à deux et ils sont mis en réseau grâce à des contrats d'engagement un peu plus complexes : les Hashed Time-Locked Contracts (souvent abrégés en HTLC). Ces contrats permettent à un membre du réseau d'envoyer des fonds à un autre sans nécessiter l'ouverture un nouveau canal. Pour ce faire, le paiement est relayé de manière sécurisée et confidentielle par les autres membres du réseau.

Supposons qu'Alice veuille envoyer 4 mBTC à Carole mais qu'elles n'ont pas ouvert de canal ensemble. Heureusement, Bob possède un canal de paiement avec chacune des deux personnes. La transaction peut donc avoir lieu en mettant à jour les deux canaux : Alice envoie 4 mBTC à Bob et Bob se charge d'envoyer 4 mBTC à Carole. Là encore, toute triche est rendue impossible par les transactions d'engagement. Notez également que Bob peut demander des frais de transaction pour servir d'intermédiaire.

La façon dont sont sélectionnés les intermédiaires est appelée le routage. Chaque paiement va emprunter une "route" en passant de participant en participant jusqu'à atteindre son destinataire. Ainsi, tout le monde peut envoyer des fonds à tout le monde, sous réserve que la capacité des canaux le permette.

Le Lightning Network aujourd'hui ?

Le Lightning Network a été présenté pour la première fois en février 2015 dans son livre blanc, écrit par Joseph Poon et Thaddeus Dryja. Cependant, il n'a pas pu être déployé sur le réseau principal de Bitcoin qu'après l'activation de la mise à jour SegWit en août 2017, qui corrigeait la malléabilité des transactions. Depuis mars 2018, le Lightning Network est toujours en version beta.

L'utilisation du Lightning Network est croissante. À l'heure de l'écriture de ces lignes, le réseau Lightning comporte plus de 86 500 canaux de paiements ouverts par plus de 20 000 nœuds actifs. Sa capacité totale est de plus de 3 350 bitcoins. En octobre 2018, il y avait seulement 12 000 canaux de paiements ouverts par 3500 nœuds, la capacité totale du réseau était également beaucoup plus faible, uniquement 115 bitcoins. On peut ainsi affirmer que le Lightning Network a connu un très fort développement au cours de ces dernières années.

Visuel du nombre de nœuds et de canaux ouverts sur le Lightning Network – Source : ACINQ

Ces derniers mois ont été marqués par deux éléments extrêmement important pour le réseau. Le premier concerne le lancement du service de paiement par cryptomonnaies sur Twitter. Le second est relatif au Salvador qui a donné cours légal au Bitcoin et où le controversé portefeuille Chivo est de plus utilisé, lequel repose précisément sur le Lightning Network.

Une adoption massive du Lightning Network

Nombreux sont les acteurs à avoir adopté le Lightning Network. Electrum a notamment été l’un des premiers wallets à prendre en compte les mécanismes du Lightning Network. Après avoir lancé le Tether (USDT) sur le réseau, la plateforme d’échange BitFinex l’a adopté en tant que support pour les transactions en bitcoins. Plus récemment, elle a lancé Synonym afin d’augmenter l’acceptation du Bitcoin grâce au réseau Lightning. Les plateformes Kraken, OkCoin, et OKX se sont également mises à la seconde couche du Bitcoin.

L’entreprise Fold permet de payer en BTC chez Amazon, Starbucks et Uber par le biais du Lightning Network. Bitrefill, un fournisseur de cartes cadeaux et de recharges téléphoniques, offre la possibilité à ses clients d’effectuer des paiements de manière instantanée grâce au réseau Lightning. Une application de messagerie décentralisée, Whatsat, a même été lancée sur l’architecture du réseau.

L’intérêt des utilisateurs est tel qu’ils pourraient être près de 700 millions en 2030 d’après un rapport d’Arcane Research. Face à cet engouement, Lightning Labs, la société travaillant sur le Lightning Network, a sorti une solution payante : Loop. Celle-ci permet aux startups et aux opérateurs de nœuds d’envoyer et de recevoir des fonds sur le réseau d’une manière plus efficace.

La firme d’investissement NYDIG a également acquis le service de micro paiement Bottlepay, une application qui permet de transférer des petites sommes en Bitcoin grâce à l’utilisation du Lightning Network. Une application similaire, Cash app, prend aussi en charge le Lightning Network.

Enfin, Chainalysis, l’entreprise spécialisée dans l’analyse des blockchains va ajouter le support du réseau Lightning à son logiciel de conformité Know Your Transaction (KYT) en février 2022. L'incidence d'une telle initiative est conséquente. En effet, nombreuses seront désormais les plateformes à pouvoir prendre en charge le Lightning Network car elles seront bien plus en conformité avec les réglementations en vigueur. Ainsi, l'utilisation du Lightning Network pourrait encore croître du fait de cette sécurité accrue.

Quel logiciel utiliser ?

Il existe diverses implémentations logicielles du protocole Lightning. Les trois principales sont :

• lnd développé par Lightning Labs ;
• c-lightning soutenu par Blockstream ;
• Éclair développé par la start-up française ACINQ.

Une version légère d'Eclair existe également pour Android. Cette implémentation est bien plus accessible pour l'utilisateur moyen, les autres étant plutôt réservées aux développeurs.

Qu'apporte le Lightning Network ?

Le réseau Lightning est une solution ingénieuse au problème de scalabilité de Bitcoin et présente des avantages certains :

• Les frais de transaction sont minuscules, ce qui autorise les micro-paiements, permettant même leur automatisation ;
• Les transactions sont quasi-instantanées puisque leur validation ne dépend que du temps de latence du réseau. C'est de là que le réseau Lightning tire son nom : les paiements se font à la vitesse de l'éclair ;
• Les transactions sont bien plus confidentielles que les transactions sur la chaîne principale. En effet, les transactions se produisent hors-chaîne, de sorte que les paiements soient pratiquement impossibles à suivre.
• L’extensibilité : Chaque canal du réseau peut traiter jusqu’à 500 opérations par seconde. Et plus les canaux sont nombreux, plus la bande passante est élevée ;
• L'interopérabilité avec d’autres projets de cryptomonnaies comme le Litecoin (LTC) par exemple que la startup ACINQ a grandement contribué à implanter sur le Lightning Network par la modification de ses paramètres de configuration. En effet, l'entreprise travaillant sur ce projet, Lightning Lab, œuvre beaucoup à rendre le réseau disponible pour toute blockchain qui souhaiterait l'implémenter.

Quels sont les défauts du Lightning Network ?

Bien que le Lightning Network soit opérationnel sur le réseau principal de Bitcoin, il est toujours en phase de développement. Le réseau est donc sujet à divers problèmes :

• La relative centralisation du réseau autour de moyeux centraux (hubs) très connectés, laquelle pourrait mener à un affaiblissement du réseau ;
• Les nœuds doivent toujours être en ligne. Cela signifie que si un nœud est mis hors ligne, qu'il est déconnecté, un autre utilisateur peut fermer le canal de paiement, lui permettant ainsi de prendre tous les fonds pour lui-même ;
• Si un nœud intermédiaire est déconnecté du réseau, la transaction peut être bloquée indéfiniment ;
• À l'image des mineurs, les canaux de paiement peuvent fonctionner comme des entreprises lorsque les personnes qui les ont ouverts décident de prendre des frais pour agir en tant qu'intermédiaire. Ces dernières pourraient alors commencer à favoriser les transactions dont les montants sont les plus élevés car la commission prélevée, généralement un pourcentage de l'opération initiale, sera mécaniquement plus importante. Cela défavoriserait les micro-paiements, quoiqu'il soit toujours possible pour les parties de choisir des canaux intermédiaires qui ne prennent aucun frais ;
• Les frais de transaction sur la chaîne principale : si Bitcoin était massivement adopté et que la taille des blocs n'était pas augmentée, on assisterait à une hausse record des frais, ne serait-ce que pour ouvrir et fermer un canal de paiement sur le Lightning Network, car il est nécessaire de passer une première transaction sur Bitcoin pour pouvoir utiliser le réseau. C'est un problème assez sérieux quand on sait qu'on peut être forcé de fermer (de façon non-consensuelle) un canal à tout moment.

Le dernier point négatif peut paraître ironique en ce qu’il est également un avantage du réseau, c’est qu’il s’agit d’un protocole dont l’évolution est constante. Cela crée donc des risques, si bien que ses créateurs recommandent toujours de ne pas utiliser le Lightning Network pour des opérations comprenant de grosses sommes d’argent.

Conclusion

Le Bitcoin tend de plus en plus à devenir une valeur refuge. Il connaîtra certainement dans les années à venir une hausse massive de son adoption. Le nombre des blocs étant limité comme leur taille, le problème de scalabilité est donc inhérent à cette cryptomonnaie qui peine à faire face à son nombre d’utilisateurs de plus en plus croissant.

Le Lightning Network essaie de résoudre cette problématique en proposant des transactions quasi-instantanées aux frais extrêmement faibles. Cette solution de seconde couche du réseau Bitcoin pourrait donc permettre une automatisation, en BTC, de tous les micro-paiements que l’on effectue quotidiennement à condition toutefois que les entités qui développent le Lightning Network parviennent à proposer une interface qui soit plus accessible pour l’utilisateur moyen.

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Cet article a été actualisé et complété par Adnan Valibhay le 2 février 2022.

Je suis fasciné par les cryptomonnaies et par l’impact qu’elles pourraient avoir sur nos vies. De formation scientifique, je m’attache à décrire leur fonctionnement technique de la façon la plus fidèle possible. Sur Cryptoast, je me propose de vous aider à mieux comprendre comment fonctionnent les cryptomonnaies (principalement Bitcoin, Bitcoin Cash et Ethereum) et quels sont les enjeux qui animent cet écosystème fascinant.

Ludovic Lars

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