Análise da Evolução Topológica da Rede Lightning de Canais de Pagamento

  • Gustavo F. Camilo UFRJ
  • Gabriel Antonio F. Rebello UFRJ / Sorbonne Université
  • Lucas Airam C. de Souza UFRJ
  • Maria Potop-Butucaru Sorbonne Université
  • Marcelo Dias Amorim Sorbonne Université
  • Miguel Elias M. Campista UFRJ
  • Luís Henrique M. K. Costa UFRJ

Resumo


As redes de canais de pagamento (Payment Channel Networks - PCN) oferecem uma alternativa rápida, segura e distribuída para efetuar pagamentos, evitando os lentos mecanismos de consenso em correntes de blocos. Nessa nova tecnologia, a topologia da rede estabelecida entre canais de pagamentos influencia diretamente o desempenho, custo e o sucesso das transações dos participantes. Este artigo analisa a topologia da Rede Lightning, principal rede de canais de pagamentos da atualidade, avaliando e discutindo a evolução da rede. O artigo reconstrói o grafo da rede a partir de dados reais de um conjunto de mensagens de fofoca (gossip) de anúncios de canais e pagamentos coletadas entre janeiro de 2020 e agosto de 2021. Os resultados mostram uma forte tendência de centralização de renda e conectividade, em que 0,38% dos nós concentram 50% da capacidade da rede, expondo desta forma uma vulnerabilidade a ataques direcionados. Assim como na criptomoeda Bitcoin, a centralização encontrada na prática conflita diretamente com a proposta inicial de uma rede par-a-par, ou seja, descentralizada. Além disso, a baixa transitividade da rede compromete o uso de técnicas de rebalanceamento de canais, que contribuem para a estabilidade do sistema. Identifica-se assim a necessidade de novas políticas de conexão que priorizem maior descentralização e robustez da rede, além de priorizar a criação de ciclos para rebalanceamento efetivo de canais.

Palavras-chave: corrente de blocos, rede de canais de pagamentos, Rede Lightning

Referências

Beres, F., Seres, I. A. e Benczur, A. A. (2019). A cryptoeconomic traffic analysis of Bitcoin’s lightning network.

BitcoinWiki (2019). Bitcoin Scalability. https://en.bitcoin.it/wiki/Scalability. Acessado em 18 de janeiro de 2022.

BitInfoCharts (2022). Bitcoin Average Transaction Fee Chart. https://bitinfocharts.com/comparison/bitcoin-transactionfees.html. Acessado em 3 de fevereiro de 2022.

Blockchain.com (2022). Transaçõoes não confirmadas. https://www.blockchain.com/btc/unconfirmed-transactions. Acessado em 3 de fevereiro de 2022.

CloudTweaks (2021). How Bitcoin Brought The Lightning Network To El Salvador. [link]. Acessado em 3 de fevereiro de 2022.

Decker, C. (2021). Lightning network research; topology datasets. https://github.com/lnresearch/topology. Acessado em 29 de dezembro de 2021.

Gudgeon, L., Moreno-Sanchez, P., Roos, S., McCorry, P. e Gervais, A. (2019). Sok: Off the chain transactions. IACR Cryptol. ePrint Arch., 2019:360.

Khalil, R. e Gervais, A. (2017). Revive: Rebalancing off-blockchain payment networks. Em Proceedings of the 2017 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, CCS ’17, página 439–453, New York, NY, USA. Association for Computing Machinery.

Lange, K., Rohrer, E. e Tschorsch, F. (2021). On the impact of attachment strategies for payment channel networks. Em 2021 IEEE International Conference on Blockchain and Cryptocurrency (ICBC), p ?aginas 1–9. IEEE.

Li, L., Alderson, D., Doyle, J. C. e Willinger, W. (2005). Towards a theory of scale-free graphs: Definition, properties, and implications. Internet Mathematics, 2(4):431–523.

Lin, J.-H., Primicerio, K., Squartini, T., Decker, C. e Tessone, C. J. (2020). Lightning network: a second path towards centralisation of the bitcoin economy. New Journal of Physics, 22(8):083022.

Malavolta, G., Moreno-Sanchez, P., Kate, A. e Maffei, M. (2016). Silentwhispers: Enforcing security and privacy in decentralized credit networks. Cryptology ePrint Archive.

Pickhardt, R. e Nowostawski, M. (2020). Imbalance measure and proactive channel rebalancing algorithm for the lightning network. Em 2020 IEEE International Conference on Blockchain and Cryptocurrency (ICBC), páginas 1–5. IEEE.

Poon, J. e Dryja, T. (2016). The bitcoin lightning network: Scalable off-chain instant payments.

Poon, J. e Osuntokun, O. (2021). BOLT #2: Peer protocol for channel management. [link].

Prihodko, P., Zhigulin, S., Sahno, M., Ostrovskiy, A. e Osuntokun, O. (2016). Flare: An approach to routing in lightning network. White Paper, página 144.

Rebello, G. A., Potop-Butucaru, M., de Amorim, M. e Duarte, O. C. (2021). Protegendo redes de canais de pagamento sem fio com janelas de tempo de bloqueio mínimas. Em Anais do XXI Simpósio Brasileiro em Segurança da Informação e de Sistemas Computacionais, páginas 295–308, Porto Alegre, RS, Brasil. SBC.

Rohrer, E., Malliaris, J. e Tschorsch, F. (2019). Discharged payment channels: Quantifying the lightning network’s resilience to topology-based attacks. Em IEEE EEuroS&PW.

Roos, S., Moreno-Sanchez, P., Kate, A. e Goldberg, I. (2017). Settling payments fast and private: Efficient decentralized routing for path-based transactions. arXiv preprint arXiv:1709.05748.

Seres, I. A., Gulyás, L., Nagy, D. A. e Burcsi, P. (2020). Topological analysis of bitcoin’s lightning network. Em Pardalos, P., Kotsireas, I., Guo, Y. e Knottenbelt, W., editors, Mathematical Research for Blockchain Economy, páginas 1–12, Cham.

Sivaraman, V. et al. (2020). High throughput cryptocurrency routing in payment channel networks. Em 17th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI 20), páginas 777–796.

Tikhomirov, S., Moreno-Sanchez, P. e Maffei, M. (2020). A quantitative analysis of security, anonymity and scalability for the lightning network. Em 2020 IEEE European Symposium on Security and Privacy Workshops (EuroS&PW), páginas 387–396. IEEE.

TrustNodes (2018). Lightning Network DDoS Sends 20% of Nodes Down. https://www.trustnodes.com/2018/03/21/lightning-network-ddos-sends-20-nodes. Acessado em 3 de fevereiro de 2022.

Zabka, P., Förster, K.-T., Schmid, S. e Decker, C. (2021). Node classification and geographical analysis of the lightning cryptocurrency network. Em International Conference on Distributed Computing and Networking 2021, páginas 126–135.
Publicado
12/09/2022
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CAMILO, Gustavo F.; REBELLO, Gabriel Antonio F.; DE SOUZA, Lucas Airam C.; POTOP-BUTUCARU, Maria; AMORIM, Marcelo Dias; CAMPISTA, Miguel Elias M.; COSTA, Luís Henrique M. K.. Análise da Evolução Topológica da Rede Lightning de Canais de Pagamento. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SEGURANÇA DA INFORMAÇÃO E DE SISTEMAS COMPUTACIONAIS (SBSEG), 22. , 2022, Santa Maria. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2022 . p. 71-84. DOI: https://doi.org/10.5753/sbseg.2022.225320.

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