[블록체인] - Lightning Network_비트코인과 비교

 지난 글까지 Lightning Network의 작동원리, HTLC 등에 대해서 정리해 보았다. 이번 글에서는 Lightning Network를 마무리하며 비트코인과 어떤 차이점과 공통점이 있는지 정리해 보려고 한다.

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1. Lightning Network 신뢰 문제

 앞서 다뤘던 Lightning Network를 생각해보며 신뢰의 문제에 대해서 정리해 보려고 한다.

 

 Lightning Network의 특징들을 정리해 보면 다음과 같다.

• 채널을 open할 때, on-chain fees가 생긴다. 그 이유는 on-chain에 funding transaction을 등록시킬 때 수수료가 필요하기 때문이다.
  • 상대방이 channel을 열자마자 닫아버려 on-chain fee만 날리는 경우가 있을 수도 있지만, Lightning Network의 프로토콜이 강제하는 부분은 아니기 때문에 이 정도는 어느 정도의 신뢰가 필요하다.
• 채널을 Lightning Network에서 announce를 한 뒤, routing fee로 아주 소량의 돈을 벌 수 있다.

조금 더 자세히 설명하면, Funding transaction을 넣으면 수수료를 지불하게 되는데, 상대방이 채널을 즉시 닫아버리면 사실상 그 채널은 아무 의미 없이 on-chain 비용만 발생시킨 것이다. Lightning Network 자체가 이것을 완전히 금지하거나 강제할 수는 없으므로 초기 채널 생성 시점에는 미세한 신뢰 요소가 존재한다고 보는 것이다.

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2. Lightning Network와 Bitcoin 차이점

이제 본격적으로 Lightning Network와 Bitcoin의 차이점에 대해서 정리해 보려고 한다.

- Addresses vs. Invoices

• 비트코인: 노드들은 Bitcoin address을 획득한다
• Lightning Network: recipient쪽에서 payment를 위한 invoice를 생성하여 sender에게 준다.

 이때, 비트코인의 주소는 reusable, 재사용이 가능하다. 즉, 하나의 주소에 대해서 여러 트랜잭션을 발생시킬 수 있다.

 

 그렇지만, Lightning Network에서는 각 invoice는 특정 payment에 대해 딱 한 번씩만 사용될 수 있다. 동일한 invoice로 여러 번 결제를 시도할 수 없으며, 이미 결제가 완료되었거나 실패 처리된 invoice는 재사용이 불가능하다.

 

- Selecting Outputs vs. Finding a Path

• 비트코인: 비트코인 네트워크 내에서 트랜잭션을 만들기 위해 sender는 하나 또는 하나 이상의 UTXO를 사용해야 하므로, 사용할 UTXO를 선택해야 한다.
• Lightning Network: UTXO라는 개념이 필요 없으며, payment를 진행 한 결과가 channel의 balance 변동으로 나타난다.

+) Lightning Network에서 sender는 보내려는 돈이 현재 channel에서 자신이 보유한 balacne보다 높으면 안된다. 또한 sender는 자신과 상대방 사이에 직접적인 channel이 없다면, 라우팅 가능한 경로(path)를 찾을 수 있어야 payment가 성립한다.

 

- Change Outputs on Bitcoin vs. No Change on Lightning Network

• 비트코인: 비트코인 네트워크에서 트랜잭션을 만들기 위해 sender는 선택된 UTXO를 transaction fee를 포함해 한 번에 다 써야 한다.
• Lightning Network: funding transaction을 제외하고는 on-chain fee가 필요하지 않으며, off-chain 상에서 얼마든지 돈을 보내고 받을 수 있다. 또한, 비트코인과 달리 UTXO를 소비하는 구조가 아니기 때문에 change output이 존재하지 않는다.

+) change output: 잔액 output으로, 본인의 새로운 주소로 남은 돈을 다시 보내는 것을 의미한다.

 

- Mining Fees vs. Routing Fees

• 비트코인: 트랜잭션을 발생시키려는 사람은 채굴자가 자신의 트랜잭션을 블록에 포함시키게 해야 한다. 이를 위해 transaction fee를 발생시키는데, byte단위로 나타내진 트랜잭션의 사이즈 또는 얼마나 빨리 포함되길 원하는지 등에 따라 수수료가 결정된다.
•  Lightning Network: channel을 경유해서 payment를 보낼 때, payment를 하려는 사람은 경유하는 각 channel의 노드들에게 routing fee를 제공해야 한다. 이 routing fee는 중간 노드들이 HTLC를 전달하는 대가로 받는 작은 수수료이다.

- Varying Fees vs. Announced Fees

• 비트코인: 채굴자들은 블록 공간이 한정되어 있기 때문에, 트랜잭션 중 수수료가 높은 트랜잭션을 우선적으로 포함하려고 한다. 따라서 네트워크 혼잡도에 따라 transaction fee는 계속 변동한다.
• Lightning Network: 반면, Lightning Network에서는 각 채널이 정해진 capacity를 가지고 있고, 라우팅 노드들은 자신의 채널 정책에 따라 미리 announced된 routing fee를 네트워크에 알린다. 따라서 fee가 경쟁 기반으로 변동되는 구조가 아니라 경로 내 각 노드가 미리 설정해둔 fee를 기반으로 결제가 이루어진다.

- Public Bitcoin Transactions vs. Private Lightning Payments

• Bitcoin: 모든 트랜잭션은 Bitcoin 블록체에 기록되고, 전 세계 누구나 해당 트랜잭션을 확인할 수 있다.
• Lightning Network: 반면에, LN payment는 on-chain에 기록되지 않기 때문에 비교적 private하다. 개별 payment가 어떤 경로르 거쳐 전달되었는지, 어떤 금액이 오갔는지, 어떤 유저들 사이에서 결제가 이루어져있는지 외부에서 알 수 없다. 각 라우팅 노드는 자신을 거쳐가는 HTLC 정보만 알 수 있으며, 채널의 전체 balance 또한 공개되지 않는다. 네트워크에 공개되어 있는 정보는 채널이 존재한다는 사실과 capacity뿐이다.

- Waiting for Confirmations vs. Insatant Settlement

• Bitcoin 온체인 트랜잭션은 블록에 포함되어야 하고, 그 이후 더 많은 블록이 쌓일수록 트랜잭션 confirmation이 더 강해진다. 많은 블록이 채굴될수록 해당 트랜잭션이 되돌릴 수 없다는 점이 강화된다.
• Lightning Network: Confirmation이 필요한 시점이 funding transaction이 블록에 처음 포함될 때와 채널을 닫을 때 최종 commitment transaction이 블록체인에 포함될 때 뿐이다. 채널이 이미 열려 있다면 그 안에서 이루어지는 payment는 블록체인 개입 없이 즉시 정산된다. payment 역시 온체인 트랜잭션과 동일하게 한 번 완료되면 되돌릴 수 없다. 

- Sending Arbitrary Amounts vs. Capacity Restrictions

• Bitcoin: 사용자들은 그들이 보유한 비트코인을 capacity 제한과 상관없이 사용할 수 있다.
• Lightning Network: 사용자는 비트코인을 현재 존재하는 채널 참여자 자신의 balance만큼만을 사용할 수 있다. 

- Incentives for Large Value Payment vs. Small Value Payment

• Bitcoin: On-chain에서는 트랜잭션의 수수료가 전송 금액과는 무관하며 트랜잭션 데이터의 byte 크기에 따라 결정된다. 즉, 1000 BTC를 보내든 1BTC를 보내든 트랜잭션 구조가 같다면 수수료는 동일하다.
• Lightning Network: 라우팅 노드들이 고정 수수료, proportional fee를 미리 네트워크에 공표한다. 이 proportional fee가 payment 양에 비례해 계산되기 때문에 payment value가 클수록 routing fee가 증가하게 된다.

- Using Blockchain as a Ledger vs. as a Court System

• Bitcoin: 모든 트랜잭션은 결국 블록체인 상 블록에 등록된다. 그리고 한 번 블록체인에 포함된 트랜잭션은 변경 가능성이 사실상 없으며, 누구나 검증할 수 있는 최종적이고 명확한 기록으로 간주된다. 블록체인은 완전한 공개 장부 역할을 한다.
• Lightning Network: 특정 시간에 channel의 balance는 오직 채널 두 참여자에게만 알려져 있고,blockchain에 기록되지 않는다. 블록체인은 오직 분쟁이 발생했을 때 또는 채널이 닫힐 때에만 개입한다. 즉, 블록체인은 장부 역할이 아니라 필요할 때 개입하는 재판 기관같은 역할을 한다. 

- Offline vs. Online, Asynchronous vs. Synchronous

• Bitcoin: Bitcoin을 보낼때, 사용자들은 상대방이 online인지 offline인지 확인할 필요 없다. 트랜잭션은 네트워크에 전파되기만 하면 되고, 추가적인 상호작용이나 동기를 맞추기 위한 절차가 필요하지 않다. 
• Lightning Network: payment가 진행될 때, recipient는 online인 상태여야 payment를 완성할 수 있다. 채널 상태를 갱신하려면 두 노드가 동시에 서명, 교환 절차를 수행해야 하므로 recipient가 offline이면 payment를 완료할 수 없다. 즉, 두 노드 모두 online이어야 하고, 그 상태에서 서로 동기적으로 balance 업데이트가 이루어진다.

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3. Lightning Network와 Bitcoin의 동일한 점

이제부터는 두 네트워크의 동일한 점에 대해서 정리해 보려고 한다.

- Monetary Unit

비트코인과 LN 모두 같은 화폐 단위인 Bitcoin을 사용한다. LN에서 이루어지는 모든 결제는 결국 Bitcoin 자산의 이동이며, 새로운 자산 단위가 존재하지 않는다.

- Irreversibility and Finality of Payments

 비트코인 트랜잭션과 LN payment 모두 한 번 완료되면 되돌릴 수 없다. On-chain은 블록에 포함된 순간 사실상 최종이며, LN은 채널 내 상태가 업데이트되면 이전 상태로 되돌릴 수 없어 불변성을 가진다.

- Trust and Counterparty Risk

 비트코인과 LN은 모두 사람, 기업, 은행, 정부 같은 중개자를 신뢰할 필요가 없다. 대신 암호학, 디지털 서명, 프로토콜 규칙 등 수학과 소프트웨어만을 신뢰한다. LN은 비트코인 위에서 동작하기 때문에 같은 신뢰 모델을 공유한다.

- Permissionless(=Decentralization) Operation

 비트코인과 LN 모드 인터넷과 적절한 S/W(eg. walle)에 접근할 수 있는 누구나 사용할 수 있으며, 네트워크는 사용자가 참여할 때 permission, vetting, authrization이 필요 없다. 어떤 정부도 비트코인이나 LN의 전 세계 사용을 통제하거나 제한할 수 없다.

- Open Source and Open System

 비트코인과 LN 모두 전 세계 탈중앙화 커뮤니티에 의해 개발, 유지되는 오픈소스 시스템이다. 누구나 코드 검토, 개선, 구현에 참여를 할 수 있다.