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ライトニング・ネットワークの仕組み(1)

2024/09/25 11:27

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出典：Byte$ CKB

ビットコイン・ブロックチェーンの上に構築されたP2Pネットワークとして、ライトニング・ネットワークはビットコインの「遅くて高い」という問題に対する効果的な解決策であるだけでなく、暗号決済の分野における他のソリューションに比べて比類のない優位性を持っており、P2P経済を実現する基盤となっています。

今日、Web5ネットワークは私たちのP2P経済の基盤であり、私たちが思い描くWeb5の世界の重要な一部です。

今日の記事では、ライトニング・ネットワークの紹介を続け、その仕組みと関連する技術を明らかにします。

ライトニング・ネットワークの要：決済チャネル

ライトニング・ネットワークは、基本的に精巧な決済チャネル・システムです。アリスとボブの取引を例にとると、ライトニング・ネットワークを使って取引を決済する際には、次の3つの重要な段階を経ることになる。

1.チャネルの開設：信頼の架け橋の構築

いわゆるチャネルの開設とは、基本的に両方の参加者が共同で管理するマルチシグネチャウォレットの作成と、このウォレットへの資金の注入です。このウォレットが受け取った資金の総額が、このチャネルの残高となります。

アリスとボブがそれぞれ100,000サトシのBTCを保有していると仮定しましょう。まず、チャネルを作成するための誓約として、2人の共同管理下にあるマルチシグネチャウォレットのアドレスにそれぞれ100,000サトシを送金する必要があります。この取引は「ファンディング取引」または「アンカー取引」と呼ばれ、ネットワークにブロードキャストされ、ビットコインのブロックチェーンに記録される必要があります。チャネルの正式な開設を示す。この例では、アリスとボブを接続する支払いチャネルは、基本的に200,000サトシの残高を含む通常の2-of-2マルチシグネチャウォレットです（簡単のため、チャネルを開くために支払う必要があるマイナーの手数料は無視します）。

2.取引の開始：オフチェーン取引の技術

チャネルがオンになった後、関係する2者間のその後の取引はビットコインのブロックチェーン外で行われ、効率的なオフチェーン決済が可能になります。

Alice は10,000サトシをBobに送金し、その時点でAliceは90,000サトシ、Bobは110,000サトシを持っています。
アリスはボブに20,000サトシを送金し続け、その時点でアリスは70,000サトシ、ボブは130,000サトシを持っている。
ボブはアリスに10,000サトシを送金し、その時点でアリスは80,000サトシ、ボブは120,000サトシを持っています。

上記の例から、アリスとボブの間でいくら送金が行われても、2人の間のチャネルの残高は20万サトシで変わらないことがわかります。

アリスとボブが取引をするたびに、両者はチャンネル内のそれぞれの残高を更新し、署名されたコミットメント取引を交換する必要があります。これらの取引はそれ自体が有効で、いつでもビットコインネットワークに送信できますが、両当事者は通常、チャネルを閉じるつもりがない限り、それをブロードキャストせずに保存します。このようにして、チャンネル内のアリスとボブの残高の状態は、問題なく1秒間に数十回から数百回変更することができ、更新の速度は、2つの当事者がコミットされたトランザクションを作成し、署名し、お互いに送信することができる速度によってのみ制限されます。

3. チャネルを閉じる：最終決済の瞬間

チャネルを閉じるには2つの方法があります。トランザクション）をビットコインネットワークに送信する方法と、1つの当事者が最後のコミットメントトランザクションをビットコインネットワークに送信することによってチャネルを閉じることを決定する方法です。後者は、一方の当事者がオフラインになり、チャネル内のもう一方の当事者の残高がロックされたままになる状況を防ぐように設計されています。

アリスとボブの場合、彼らは3つのトランザクションの後にチャネルを閉じることを決定します。閉鎖後、アリスは80,000サトシを取り戻し、ボブは120,000サトシを取り戻します（繰り返しになりますが、説明を簡単にするため、チャネルを閉鎖する際に発生するマイナーの手数料は考慮していません）。

双方向の支払いチャネルにおけるセキュリティ：LN-Penaltyからeltoo、Daricまで

前述のように、チャネルの閉鎖は、相互の合意によって行うことも、単一の当事者によって行うこともできます。全会一致で閉鎖することも、一方的に閉鎖を決定することもできます。では、双方向の支払いチャネルにおいて、一方の当事者が不正を働くのを防ぐにはどうすればよいのだろうか。例えば、上記の例では、ボブが第3約束取引ではなく第2約束取引でチャネルを閉じることをどのように防ぐか。もしチャンネルが2回目の約束取引で閉じられたら、ボブはアリスへの10,000サトシの最終支払いを放棄することができます。

ビットコイン・ライトニング・ネットワークは、チャネルを閉じるために、古いけれども有利な状態をチェーン上に送ることを防ぐために、LN-Penaltyメカニズムを導入しました。LN-Penaltyは、「非対称コミットトランザクション」や「失効キー」などの複雑なテクニックを使い、ボブが古いコミットトランザクションでチャネルを閉じようとした場合、アリスがチャネル内の全金額-20万サトシ-を受け取る権利を持つようにします。アリスはチャネル内の資金全額-20万サトシ-を受け取る権利を持つ。このペナルティの仕組みは、潜在的な不正行為に対する効果的な抑止力となる。

しかし、LN-Penaltyにはいくつかの欠点があります。それ自身の複雑さの他に、ストレージの負担がかかります--ユーザはチャネルのステータスに対する過去の更新をすべて保存しなければなりません--。

これらの欠点を克服するため、2018年にビットコインコミュニティは「eltoo」と呼ばれるソリューションを考え出し、ストレージの負担と偶発的な処罰のリスクを排除した。このソリューションでは、ユーザーは最新のコミット取引とその決済取引を保存するだけでよい。しかし、eltooソリューションは、その実装にはビットコインのソフトフォークが必要であり、新しいタイプの署名済みハッシュ -- SIGHASH_ANYPREVOUTを導入する必要があるため、今のところ利用できない。ネットワークファイバーネットワークは、2022年に提案された Daric ソリューションを選択しました。これはeltooをベースとし、ウォッチタワーのコストとセキュリティの問題を効果的に解決するものです。ウォッチタワーは、決済チャネルを監視し、悪意のある行動が検出された場合に没収されたトランザクションを実行することで、ユーザー資金の保護を支援する、別のマシンとネットワーク上で動作するライトニング・ネットワーク・ノードである。ノードのオペレーターは通常、自分のノードを保護するために独自のウォッチタワーを運営しています。