1/ Quel problème résout le Lightning Network ?

Avant d'explorer ce qu'est le Lightning Network, il est essentiel de comprendre d'abord le Bitcoin. Le réseau Bitcoin a une limite quant au nombre de transactions qu'il peut traiter en raison de la taille maximale des blocs. Actuellement, cette taille est fixée à 1 Mo, ce qui limite le volume de transactions que chaque bloc peut contenir. Cette limitation n'est pas problématique lorsque le réseau est peu sollicité : toutes les transactions peuvent être validées et incluses par les mineurs dans le bloc suivant, permettant une confirmation en environ 10 minutes. Cependant, lors des périodes de forte utilisation du réseau Bitcoin, la capacité maximale est souvent atteinte, et les blocs deviennent saturés. Pour maximiser leurs profits, les mineurs donnent la priorité aux transactions avec les frais les plus élevés, créant ainsi un système d'enchères.

Cela entraîne une augmentation des frais de transaction pour ceux qui souhaitent une confirmation rapide, tandis que les autres utilisateurs doivent patienter plus longtemps. En décembre 2017, par exemple, les frais médians dépassaient les dix euros et les temps de confirmation pouvaient atteindre plusieurs jours. Ainsi, le réseau Bitcoin fait face à un problème de scalabilité, c'est-à-dire une difficulté à s'adapter à une demande croissante. Pour résoudre ce problème, la solution la plus simple serait d'augmenter la taille des blocs, comme le font certaines autres cryptomonnaies. Toutefois, une large partie de la communauté Bitcoin préfère éviter cette option pour maintenir une décentralisation maximale du réseau. Les développeurs de Bitcoin privilégient donc une mise à l'échelle hors chaîne via plusieurs solutions, parmi lesquelles le très populaire Lightning Network.
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2/ Comment fonctionne le Lightning Network ?

L'idée de base : les canaux de paiement

Le Lightning Network repose sur un concept appelé canaux de paiement bidirectionnels. Ces canaux utilisent des contrats intelligents programmés avec le langage de script de Bitcoin, permettant d'effectuer des paiements répétés entre deux parties sans frais de transaction. Pour ouvrir un canal de paiement, des fonds sont placés sous séquestre à l'aide d'un « contrat multisignatures » inclus dans une transaction initiale sur la blockchain. Ce contrat multisignatures fonctionne comme un coffre-fort partagé entre les deux parties, où le déblocage des fonds nécessite la signature des deux parties. Par exemple, Claire et Tom pourraient ouvrir un canal en déposant chacun 10 milli-bitcoins (mBTC).

Une fois le canal ouvert, Claire et Tom peuvent effectuer des transactions entre eux sans qu'elles ne soient enregistrées sur la blockchain et sans frais de transaction. Ces transactions sont cependant limitées par la capacité du canal, c'est-à-dire les bitcoins disponibles dans le canal. Claire et Tom ne peuvent pas envoyer plus de bitcoins qu'ils n'en ont déposés. Le canal peut être fermé à tout moment, généralement de manière consensuelle. Si les deux parties sont honnêtes, elles se répartiront les fonds selon leurs transactions respectives au moment de la fermeture du canal. Par exemple, Claire pourrait recevoir 6 mBTC et Tom 14 mBTC.

Mais qu'est-ce qui empêche Claire et Tom de tricher ? Avant de signer et de diffuser la transaction d'ouverture, chaque partie rédige une transaction d'engagement qu'elle transmet à l'autre. Ces transactions d'engagement ne sont pas diffusées immédiatement, mais servent de garantie pour récupérer ses bitcoins en cas de litige. Elles sont mises à jour à chaque transaction effectuée au sein du canal.

Enfin, chaque type de transaction (ouverture, fermeture, engagement) nécessite des frais de transaction payés aux mineurs.
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3/ Un réseau de canaux de paiement

Le Lightning Network est un réseau composé de canaux de paiement bidirectionnels. Les participants ouvrent des canaux de paiement entre eux et ces canaux sont interconnectés grâce à des contrats d'engagement plus complexes, appelés Hashed Time-Locked Contracts (HTLC). Ces contrats permettent à un membre du réseau d'envoyer des fonds à un autre sans avoir besoin d'ouvrir un nouveau canal. Pour ce faire, le paiement est relayé de manière sécurisée et confidentielle par d'autres membres du réseau.

Par exemple, supposons que Claire veuille envoyer 4 mBTC à Georges, mais qu'elles n'aient pas de canal de paiement direct entre elles. Heureusement, Tom a un canal de paiement avec chacune des deux personnes. La transaction peut donc se réaliser en mettant à jour les deux canaux existants : Claire envoie 4 mBTC à Tom, qui ensuite envoie 4 mBTC à Georges. La sécurité de cette transaction est garantie par les transactions d'engagement, empêchant toute tentative de triche. Notez également que Tom peut demander des frais de transaction pour jouer le rôle d'intermédiaire.

La sélection des intermédiaires dans ce processus est appelée routage. Chaque paiement emprunte une "route" en passant de participant en participant jusqu'à atteindre son destinataire final. Ainsi, il est possible pour tout le monde d'envoyer des fonds à n'importe qui, à condition que la capacité des canaux le permette.
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4/ Le Lightning Network aujourd'hui

Le Lightning Network a été présenté pour la première fois en février 2015 dans un livre blanc rédigé par Joseph Poon et Thaddeus Dryja. Cependant, il n'a 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 bêta. L'utilisation du Lightning Network est en constante augmentation. Au moment de la rédaction de cet article, le réseau Lightning compte plus de 86 500 canaux de paiement ouverts par plus de 20 000 nœuds actifs, avec une capacité totale de plus de 3 350 bitcoins. En octobre 2018, le réseau ne comptait que 12 000 canaux de paiement ouverts par 3 500 nœuds, avec une capacité totale beaucoup plus faible de seulement 115 bitcoins.

Ces derniers mois ont été marqués par deux événements extrêmement importants pour le réseau. Le premier est le lancement du service de paiement en cryptomonnaies sur Twitter. Le second concerne le Salvador, qui a donné cours légal au Bitcoin et où le portefeuille controversé Chivo, qui repose sur le Lightning Network, est de plus en plus utilisé.
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5/ Une adoption massive du Lightning Network

De nombreux acteurs ont adopté le Lightning Network. Electrum a été l’un des premiers portefeuilles à intégrer les mécanismes du Lightning Network. La plateforme d’échange BitFinex, après avoir lancé le Tether (USDT) sur le réseau, a également adopté le Lightning Network pour les transactions en bitcoins. Plus récemment, BitFinex a lancé Synonym afin d’augmenter l’acceptation du Bitcoin grâce au réseau Lightning. Les plateformes Kraken, OkCoin et OKX ont également intégré cette seconde couche de Bitcoin.

L’entreprise Fold permet de payer en BTC chez Amazon, Starbucks et Uber via le Lightning Network. Bitrefill, un fournisseur de cartes cadeaux et de recharges téléphoniques, offre à ses clients la possibilité de réaliser des paiements instantanés grâce au Lightning Network. Une application de messagerie décentralisée, Whatsat, a même été lancée sur l’architecture du réseau.  La firme d’investissement NYDIG a également acquis le service de micropaiement Bottlepay, une application permettant de transférer de petites sommes en Bitcoin grâce au Lightning Network. De même, l’application Cash App prend en charge le Lightning Network.
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6/ Qu'apporte le Lightning Network ?

Le Lightning Network est une solution possible pour résoudre le problème de scalabilité de Bitcoin et offre plusieurs avantages significatifs :

- Frais de transaction minimes : Les frais de transaction sont extrêmement faibles, ce qui permet les micro-paiements, et même leur automatisation, d’où l’exemple de la baguette de pain.

- Transactions quasi-instantanées : Les transactions sont presque instantanées car leur validation ne dépend que du temps de latence du réseau. C'est d'ailleurs de cette rapidité que le Lightning Network tire son nom : les paiements se font à la vitesse de l'éclair.

- Confidentialité accrue : Les transactions sont beaucoup plus confidentielles que celles effectuées sur la chaîne principale, car elles se produisent hors chaîne, rendant les paiements pratiquement impossibles à tracer.

- Extensibilité : Chaque canal du réseau peut traiter jusqu’à 500 opérations par seconde. Plus il y a de canaux, plus la bande passante du réseau est élevée.

- Interopérabilité : Le Lightning Network est compatible avec d’autres projets de cryptomonnaies, comme le Litecoin (LTC). La startup ACINQ a contribué à cette interopérabilité en modifiant les paramètres de configuration. Lightning Labs travaille également à rendre le réseau disponible pour toute blockchain souhaitant l’implémenter.
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7/  Quels sont les défauts du Lightning Network ?

Bien que le Lightning Network soit opérationnel sur le réseau principal de Bitcoin, il reste en phase de développement et présente plusieurs inconvénients :

- Relative centralisation : Le réseau tend à se centraliser autour de hubs très connectés, ce qui pourrait affaiblir sa résilience.

- Nécessité d’être en ligne : Les nœuds doivent rester en ligne en permanence. Si un nœud est déconnecté, un autre utilisateur peut fermer le canal de paiement et s'approprier les fonds.

- Risques de blocage : Si un nœud intermédiaire est déconnecté, la transaction peut être bloquée indéfiniment.

- Frais des intermédiaires : Les canaux de paiement peuvent fonctionner comme des entreprises lorsque leurs propriétaires décident de facturer des frais pour agir en tant qu’intermédiaires. Cela pourrait favoriser les transactions de montants élevés, où les commissions sont plus importantes, au détriment des micro-paiements. Toutefois, il reste possible de choisir des canaux intermédiaires sans frais.

- Frais de transaction sur la chaîne principale : En cas d’adoption massive de Bitcoin sans augmentation de la taille des blocs, les frais de transaction pourraient atteindre des sommets, même pour l'ouverture et la fermeture des canaux de paiement sur le Lightning Network, car une transaction initiale sur Bitcoin est nécessaire pour utiliser le réseau. Ce problème est accentué par le risque de fermeture forcée d’un canal à tout moment.

-Évolution constante : Bien que ce soit aussi un avantage, l'évolution continue du protocole présente des risques. Ses créateurs recommandent donc de ne pas utiliser le Lightning Network pour des transactions impliquant de grosses sommes d’argent.
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8/ Conclusion :

En conclusion, le Lightning Network représente une solution innovante aux problèmes de scalabilité de Bitcoin, offrant des transactions quasi-instantanées et à faible coût, ce qui le rend idéal pour les micro-paiements quotidiens. Son adoption croissante par de nombreuses plateformes et entreprises, ainsi que son intégration avec d'autres cryptomonnaies, témoigne de son potentiel. Cependant, des défis subsistent, tels que la centralisation et la nécessité pour les nœuds de rester en ligne, mais les améliorations constantes et l'engouement croissant laissent entrevoir un avenir prometteur pour cette technologie révolutionnaire.