A-star yönlendirme algoritması ve kanal gizliliğinin kaldırılmasının bitcoin lightning network işlem başarısına etkisi

Lightning Network (LN) Bitcoin blok zinciri üzerinde transfer işlemlerinin daha hızlı ve daha ucuz bir şekilde yapılmasını sağlayan ikinci seviye ödeme kanalı ağıdır. LN işlem yolunu bulmak için kaynaktan rotalamayı kullanır. Ancak ağın ödeme yolunu bulması her zaman başarılı ve etkili değildir. Çünkü ödeme kanalı gelen ve giden bakiyeleri gizlidir. Bu çalışmada, işlem başarım oranını arttırmak için bakiyelerin gizli olmamasının etkileri araştırılmıştır. Ayrıca çeşitli yol bulma algoritmaları kullanılarak yaygın işlem başarımın etkileri üzerine deneyler yapılmıştır. Çalışmada etki değerlendirmesi yapabilmek için LN düğüm ve işlem gerçekleştirme simülasyonları kullanılmıştır. Ilk olarak CLoTH adında LND algoritmasını yol bulma metodu olarak kullanan bir simülasyonla çalışılmıştır. Bu simülasyon sistemi ile Martin'in kısa yol (Martin's Shortest Path) algoritması ile çoklu kriterli (multi-criteria) kısa yol bulma karşılaştırmaları yapılmıştır. Çalışmanın ilerleyen dönemlerinde, düzenlenmesi daha kolay olan ve daha yeni akademik çalışmalarda kullanılmış Python tabanlı bir simülasyon kullanılmıştır. Bu simülasyon LND dışındaki diğer yaygın istemcilerin (Eclair, LDK vs.) de analiz edilmesine olanak sağlamıştır. Simülasyon üzerinde gerekli değişiklikler yapılarak, A-Star (A*) yol bulma algoritması simülasyona eklenmiştir. A-Star algoritması için bir sezgi fonksiyonu önerilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bakiyelerin gizliliğinin kaldırılması için simülasyon üzerinde başka bir dal üzerinde, değişiklikler gerçekleştirilmiştir. Son olarak simülasyona sadece belli bir grup düğümün gizliliğinin kaldırıldığı diğer düğümlerin trafiğinin özgün ağdaki gibi bırakıldığı bir algoritma eklenmiş, ve bu şekilde çalışma tamamlanmıştır. Çalışmada veri seti olarak Rene Pickhardt tarafından, 12 Nisan 2022 yılında alınarak literatürde paylaşmış olduğu anlık durum kaydı (snapshot) kullanılmıştır. Deneylerde rastgele kanal bakiyeleri kullanılırken azami bir Bitcoin olmak üzere bimodal ve üniform dağılım kullanılmıştır. Çalışmada Martin'in kısa yol algoritması ile yapılan deneylerde belirgin bir işlem başarım artışı gözlenmemiştir. A-Star algoritması ile yapılan deneylerde ise Dijkstra algoritması kullanan istemcilerin başarımları karşılaştırıldığında işlem tutarı arttığındaysa Dijkstra'nın daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Ancak simülasyon çalışma zamanı (run-time) değerlendirildiğinde A-Star algoritmasının kullanılmasının simülasyonun daha hızlı tamamlanmasına olanak sağladığı, dolayısıyla başarımı artmasa bile performans artışı sağladığı görülmüştür. Bu Dijkstra ile benzer başarımın olduğu düşük tutarlı işlemler için A-Star algoritmasının fayda sağlayacağını göstermiştir. Bakiyelerin gizliliğinin kaldırıldığı deneylerde ise yüksek işlem başarımı sağlandığı, işlem tutarı artsa bile başarımda ciddi bir düşüşün olmadığı gözlemlenmiştir. Tüm düğümlerin gizliliği kaldırılmadan yapılan deneylerde de işlem başarımı artışının mümkün olduğu, LN içerisinde gizliliğe ihtiyaç duymayan düğümlerin farklı bir ağ kullanarak genel ağ performansına katkıda bulunabilecekleri gözlemlenmiştir.