Payment channel network analysis with focus on lightning network

Abstract

Während der Finanzkrise 2008 erschien eine digitale, verteilte und dezentrale Kryptowährung. Die Absicht hinter Bitcoin war es, seinen Nutzern eine von staatlichen Behörden unkontrollierbare und zensurresistente Möglichkeit zu bieten, Vermögenswerte uneingeschränkt zu kontrollieren. Mit zunehmender Verbreitung und einer stetig steigenden Anzahl an Transaktionen haben sich Limitierungen in Bezug auf die Skalierbarkeit und die Privatsphäre gezeigt. Um diese Limitierungen zu überwinden, wurden neben anderen Lösungen Second Layer Networks entwickelt. Diese Netzwerke operieren neben der eigentlichen Blockchain. Anstatt jede einzelne Transaktion auf der Blockchain zu speichern, speichern Second Layer Networks nur Resultate von mehreren Transaktionen auf ihr ab. Dies erlaubt eine höhere Skalierbarkeit und eine bessere Privatsphäre für die Nutzer. Wir zeigen in dieser Arbeit, dass dennoch Schwachstellen in Bezug auf die Privatsphäre im Lightning Network, einem Second Layer Network für Bitcoin, existieren. Dafür haben wir über einen bestimmten Zeitraum Daten vom Lightning Network aufgezeichnet und anschließend verschiedene Analysen darauf angewendet. Weiters haben wir Daten vom Lightning Network mit Daten von der Bitcoin Blockchain in Verbindung gebracht, um mehr Einblick in die interagierenden Teilnehmer zu bekommen. Zusätzlich haben wir ein Cryptoasset Analytics Tool genutzt, um diese Daten um Informationen, welche vom Nutzerverhalten von Bitcoin gewonnen werden können, zu erweiteren. Dies ermöglichte uns einen noch tieferen Einblick in die Teilnehmer. Mit diesem Ansatz konnten wir Daten von der Bitcoin Blockchain, dem Lightning Network und von einem Cryptoasset Analytics Tool verbinden. Im Detail haben wir eine der größten Nodes vom Lightning Network, ein populärer Wallet Service, mit einem dem Cryptoasset Analytics Tool bekannten Cluster basierend auf einer Heuristik verknüpft. Dies erlaubte uns einen umfassenden Einblick, welchen wir in dieser Arbeit präsentieren. Auch wenn das Lightning Network entwickelt wurde, um die Privatsphäre von Bitcoin-Nutzern zu stärken, kann die Privatsphäre durch Kombination von Daten des Lightning Networks, der Bitcoin Blockchain und Informationen eines Cryptoasset Analytics Tools verringert werden.

During the financial crisis in 2008, a digital, distributed and decentralised crypto currency arose. Bitcoin was intended to overcome control and censorship by governmental authorities and to enable its users to be under full control of their assets at any time. With ongoing adoption and an increasing amount of transactions, limitations like scalability and weak privacy came to light. To hurdle these limitations, second layer networks were developed among other solutions. Those networks are operating on top of the blockchain. Instead of storing every single transaction on the blockchain, they only store results of several transactions on it. This allows a higher scalability and a better privacy to the users. In this thesis, we show that there are still some privacy issues within the Lightning Network, a second layer network for Bitcoin. Therefore we collected data from the Lightning Network over a certain period and performed several analyses on it. We also linked data collected from the Lightning Network to extracted data from the Bitcoin blockchain to increase the knowledge about the interacting participants. In a final step, we used a cryptoasset analytics tool to enrich our data by information gained from the user behaviour of Bitcoin. With this approach, we were able to link data from the Bitcoin blockchain, the Lightning Network and a cryptoasset analytics tool. In detail, we mapped one of the biggest nodes from the Lightning Network, a very popular wallet service, to the respective cluster known to the cryptoasset analytics tool based on a heuristic. This allowed us a broad insight into the participants that we will present in this paper. Even if the Lightning Network was intended to strengthen the privacy of Bitcoin users, the privacy can nevertheless be reduced by combining data from the Lightning Network, the Bitcoin blockchain and information from a cryptoasset analytics tool.