Analisi della Lightning Network: un approccio basato sui grafi.

Abstract

La Lightning Network è una delle soluzioni proposte per affrontare una delle sfide più significative che Bitcoin sta affrontando al giorno d'oggi: la scalabilità. Il design originale di Bitcoin aveva lo scopo di creare un sistema decentralizzato ed affidabile, che potesse consentire transazioni veloci, sicure ed a basso costo tra le parti senza la necessità di intermediari. Tuttavia, poiché la rete crescendo è diventata sempre più popolare, ha dovuto affrontare il problema della scalabilità per soddisfare le esigenze dei suoi utenti. La Lightning Network cerca di superare questa sfida fornendo un secondo livello sopra la blockchain Bitcoin per consentire transazioni veloci ed economiche. In questa tesi magistrale, presentiamo un'analisi dinamica della Lightning Network, concentrandoci sulle sue caratteristiche principali e sul suo comportamento nel tempo. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo creato i nostri nodi Bitcoin e Lightning Network e raccolto periodicamente dati sulla topologia della rete, sotto forma di grafi. Abbiamo quindi analizzato le varie reti nel tempo utilizzando uno strumento che abbiamo sviluppato per indagare la topologia della rete, la sua centralità, la robustezza ed altre metriche rilevanti. La nostra analisi ha rivelato diversi risultati interessanti, tra cui approfondimenti sulla sua evoluzione nel tempo, la distribuzione di nodi e canali e l'interconnettività del sistema. Uno dei contributi chiave di questa tesi è la creazione di un database pubblico per raccogliere e storicizzare i dati della topologia della Lightning Network, che possono essere utilizzati da ricercatori e professionisti in futuro per studiare ulteriormente la rete ed il suo comportamento, fornendo importanti spunti sul suo potenziale come soluzione al problema della scalabilità di Bitcoin e per migliorarne l'utilità come mezzo di scambio.

The Lightning Network is a solution to address one of the most significant challenges the Bitcoin network is facing nowadays: scalability. Bitcoin’s original design was intended to create a decentralized, trustless system that could enable fast, secure, and low-cost transactions between parties without the need for intermediaries. However, as the network has grown and became more and more popular, it has faced a significant challenge in terms of scaling to meet the needs of its users. The Lightning Network seeks to address this challenge by providing a second layer on top of the Bitcoin blockchain to enable fast and low-cost transactions without requiring them to be recorded on the blockchain itself. In this Master thesis, we present a dynamic network analysis of the Lightning Network, focusing on its features and behavior as a solution for Bitcoin’s scalability problem. To achieve this, we created our Bitcoin and Lightning Network nodes and collected periodic snapshots of the network in the form of graphs. We then analyzed the various networks over time using a tool we developed to investigate the topology of the network, its centrality, the robustness, and other relevant metrics. Our analysis of the Lightning Network revealed several interesting findings, including insights into its evolution over time, the distribution of nodes and channels, and the interconnectivity of the system. One of the key contributions of this thesis is the creation of a public database to gather and historicize Lightning Network graph data, which can be used by researchers and practitioners in the future to further study the network and its behavior, providing important insights into the potential of the Lightning Network to solve Bitcoin’s scalability problem and improve its utility as a medium of exchange.