The rise and fall of the lightning network

Lightning Network (LN) has been hailed for years as the solution at would have made Bitcoin finally capable of processing a number of transactions per second comparable to, if not vastly superior, to the throughput of traditional systems such as VISA. Based on a network of off-chain payment channels, Lightning is a protocol built on the top of the Bitcoin’s blockchain, hence referred to as its "second layer". The aim of this thesis was to study the development of the Lightning Network, from its inception in Bitcoin’s mainnet, from different points of view, in order to understand if it is moving towards being the actual enabler of Bitcoin’s scalability. The first perspective that this thesis aims to tackle is the topological evolution of the Lightning Network. Moreover, this thesis investigates the impact that the evolution of the Lightning Network’s structure has over some of its main features, namely Decentralization, Efficiency, Robustness, Synchronizability, and Anonymity. The second aspect concerns the mutual relationship between the evolution of the Lightning Network’s structure and the dynamics of Bitcoin’s market. Finally, this work applies a parsimonious stochastic benchmark to the Lightning Network to reveal the presence of statistical regularities that have been already studied in totally different settings. At the same time, this works proves the generalizability of the aforementioned framework.

Per diversi anni, Lightning Network è stato acclamato come la soluzione che avrebbe permesso a Bitcoin di scalare, per numero di transazioni al secondo, a livelli comparabili a quelli di VISA, se non superiori. Basato su una rete di canali di pagamento off-chain, LN è un protocollo che poggia sulla blockchain di Bitcoin ed è quindi definito di “secondo livello”. Lo scopo di questa tesi è studiare lo sviluppo di LN, dal momento del suo approdo nella mainnet, da differenti punti di vista e capire se si sta promuovendo la scalabilità di Bitcoin. La prima prospettiva è l’evoluzione di della struttura topologica della rete. In particolare, studio come l’evoluzione della struttura della rete impatta su aspetti come Decentralizzazione, Efficienza, Robustezza, Sincronizzabilità ed Anonimità. La seconda prospettiva è dedicata alla mutua relazione tra l’evoluzione della struttura di LN e le dinamiche del mercato di Bitcoin. La terza ed ultima prospettiva sonda la presenza di regolarità statistiche già ampiamente studiate in contesti molto diversi, adottando un bechmark basato su un modello stocastico molto parsimonioso. I risultati ottenuti contribuiscono anche alla generalizzabilità del modello stesso.