Scaling Bitcoin: update Bitonic (deel 1)

De discussie rondom de schaalbaarheid van Bitcoin, de verschillende oplossingen en de verschillen in visie binnen de Bitcoin-community heeft een aantal verhelderende factoren naar boven gebracht.

Deze samenvatting is ook te lezen via medium.com

Onze constateringen en conclusies over de stand van zaken.

Zoals we in voorgaande communicatie hebben benadrukt: Bitcoin is mede door de decentraliteit een zeer waardevolle innovatie. Wij hebben al eerder aangegeven Bitcoin XT om deze reden niet te ondersteunen. We hebben veel vraagtekens en bezwaren bij de oplossingen die deze methode biedt, hoofdzakelijk de kans dat de mate van decentraliteit in gevaar komt met deze oplossing en daarbij het probleem niet voor de lange termijn oplost. Deze bezwaren hebben we hier toegelicht.

Dit artikel van Aaron van Wirdum, journalist bij Bitcoin Magazine, is een erg goede samenvatting van alle oplossing / voorstellen die er op dit moment zijn of aan gewerkt wordt.

Wat is de beste oplossing? Dit is een lastig vraagstuk waar de Bitcoin-community zich momenteel over buigt. Ook wij, als Bitonic, zijn hiermee bezig. Zo reisden twee van ons 12 en 13 september af naar Montreal, Canada om deel te nemen aan de Scaling Bitcoin Workshops.

Workshops Scaling Bitcoin - Part I

Een wereldwijde open-source community die bij elkaar komt om over problemen en oplossingen te praten is op zichzelf al iets om trots op te zijn en een absolute winst voor Bitcoin. Dit soort initiatieven zijn vanzelfsprekend van grote waarde.

Het doel van deze bijeenkomst was, in academische-stijl, verhelderen van de vereisten voor een oplossing. De nadruk lag op het helder krijgen welke factoren een rol spelen bij het bepalen van de blockgrootte. Het doel van deze workshop was niet het presenteren van daadwerkelijke oplossingen, maar input leveren voor oplossingen. Zoals ook Jeff Garzik het tijdens zijn presentatie stelde:

De volgende workshop in Hong Kong zal dienen als output, hier worden oplossingen gepresenteerd, terwijl deze eerste workshop dient als input voor die oplossingen.

De insteek van de eerste bijeenkomst heeft geleid tot een goede analyse van het probleem. Hieronder een korte toelichting van een aantal interessante presentaties en inzichten.

Mining gaps

Wanneer de block reward afneemt, zullen miners in meerdere mate afhankelijk worden van transaction fees voor hun inkomsten. Tegelijkertijd zijn er bepaalde kosten verbonden aan het genereren van een block. Wanneer deze kosten hoger zijn dan de inkomsten vanuit de block reward inclusief transaction fees (en uiteindelijk alleen maar transaction fees) is het voor de miners winstgevender om tijdelijk te stoppen met minen totdat er genoeg transacties gedaan zijn zodat de transaction fees het wél de moeite waard maken om te minen.

Hierdoor kan het bijvoorbeeld langer duren voordat transacties in de blockchain komen. Tevens is het een bedreiging voor de veiligheid van Bitcoin. Wanneer een aanvaller bereid is tijdelijk tegen verlies te minen gedurende een gap zal deze minder rekenkracht nodig hebben om toch de helft van de blocks te produceren. De rest van de miners staan immers uit tijdens een gap, waardoor een kwaadwillende miner telkens een voorsprong kan krijgen en met minder rekenkracht in langere tijd toch blocks produceert. Hierdoor wordt een 51%-aanval waarschijnlijker. De spreker, Miles Carlsten, omschrijft deze korte periodes waarin het generen van een block alleen maar tot verlies zal leiden als gaps en stelt dat dit probleem onderdeel moet zijn van de discussie over het schalen van Bitcoin.

(Mind the Gap: Security Implications of the Evolution of Bitcoin Mining)

Bepalen van de blockgrootte

Kort samengevat gaat deze presentatie in op de verschillende factoren die een rol spelen bij het valideren van transacties. Niet alleen de grootte van de blocks heeft effect op de kosten van het draaien van een node en de tijd die het kost om een block te valideren. Zo bestaan er blocks die binnen de 1 MB blockgrootte passen waarvoor veel meer rekenkracht nodig is dan gebruikelijk, zoals een block met veel spamtransacties erin. Andere factoren die hier effect op hebben zijn: het aantal UTXOs, hoeveel opcodes en elliptic curve-operaties er uitgevoegd moeten worden, hoeveel bytes er gekopieerd moeten worden (OP_DUP) en het aantal bytes dat gehashed moet worden. Mark Friedenbach, de spreker in deze presentatie, stelt dat een lineaire functie die met al deze factoren rekening houdt daarom een betere maat voor de blockgrootte is.

(Alternatives to block size as aggregate resource limit)

Fee Market

In deze presentatie gaat Peter R. Rizun niet in op de vraag of er een maximale blocksize moet zijn, maar stelt hij dat er een markt is voor transaction fees wanneer er geen sprake is van een maximale blocksize. Dit komt doordat miners naast het toevoegen van blocks aan de blockchain nog een andere taak hebben, namelijk het produceren van een digitaal goed: blockspace. De hoeveelheid blockspace die beschikbaar is staat in wisselwerking met de vraag naar dit goed. Wanneer er veel vraag is zullen mensen bereid zijn om hogere fees te betalen om te zorgen dat hun transctie wordt opgenomen in een block, miners zullen hierop inspelen met de beschikbare blockspace. Los van het debat over hoe groot de blocks nu moeten zijn, is het interessant om na te denken over de markt die kan ontstaan wanneer er een vrije interactie is tussen vraag en aanbod.

(A Transaction Fee Market Exists without a Block Size Limit)

Lightning Network

Naast verschillende oplossingen die draaien om variatie in de grootte van de blocks is er ook een oplossing die de meerderheid van alle bitcoin-transacties off-chain laat plaatsvinden. Deze is de moeite waard om alvast even te noemen: het Lightning Network. Dit is een netwerk van payment channels waarbij er vertrouwensloos talloze transacties tussen meerdere partijen plaats kunnen vinden. Dit gebeurt zonder dat de Bitcoin blockchain hierdoor belast wordt en zonder dat het vertrouwensloze karakter van Bitcoin in gevaar komt. Slechts een paar transacties vinden plaats op de blockchain: de transactie die benodigd is voor het openen van het kanaal en een transactie om het kanaal te sluiten waarbij de overdracht van waarde definitief wordt.

Graag vermelden we hierbij ook de werkzaamheden van Corné Plooy. Corné is sinds 2011 bezig met de ontwikkeling van Amikopay. De techniek hiervan in synoniem met Lightning Network en maakt ook gebruik van Payment Channels. Zelf omschrijft Corné het als:

A decentralized network for fast, secure, cheap and privacy-friendly off-blockchain Bitcoin transactions.

Concluderend

Vanuit verschillende invalshoeken is de kennis over de mogelijkheden en onmogelijkheden uitgebreid. Specialisten met verschillende disciplines hebben bijgedragen aan de input voor oplossingen. Om naast bovenstaande presentaties nog een aantal voorbeelden te noemen: Bram Cohen, architect/uitvinder van BitTorrent ~ Adam Back, architect/uitvinder van Proof-of-Work ~ Wladimir van der Laan / Gavin Andresen, Core-developers Bitcoin ~ Peter Wuille / Gregory Maxwell, Core-Developers Bitcoin & Blockstream.

Er moet nog veel gebeuren om gepaste oplossingen te realiseren en tot consensus te komen over welke oplossing het beste is. Daarom innoveert de Bitcoin-community gestaag verder.

We gaan aankomend weekend (6,7 december ’15) richting Hong Kong om de tweede workshop bij te wonen. Ook hier zullen we achteraf verslag van doen over onze bevindingen aldaar.