ファイバーの体系的解釈：ライトニング・ネットワークをCKBに移植する壮大な実験

8月23日、CKBはFiber Networkを正式に発表しました。strong>8月23日、CKBはCKBベースのライトニングネットワークソリューションであるFiber Networkを正式に発表した。このニュースが拡散されると、瞬く間にコミュニティで話題となり、CKBの価格は1日で30%近くも急ピッチで上昇した。このニュースに対する強い反応の主な理由は、ライトニング・ネットワークが強い物語性をアピールしていること、そしてCKBのファイバーが従来のライトニング・ネットワークにアップグレードし、後者には多くの改良が加えられていることでした。

例えば、FiberはCKB、BTC、ステイブルコインといった複数の種類のアセットをネイティブにサポートすることができ、CKBのはるかに低い手数料とより速いレスポンスタイムにより、Fiberはこれを利用してUXで画期的な進歩を遂げることができる。また、プライバシーとセキュリティのレベルにおいても、ファイバーは多くの最適化を行った。

さらに、ファイバーとBTCライトニングネットワークは、より大きなP2Pネットワークを形成するために相互接続することができ、以前のオフラインの活動は、CKBの関係者は、P2P決済ネットワークの改善と進歩を促進するために、ファイバーとライトニングネットワークで10万物理ノードを設定するとさえ言った。進展している。これは前例のない野心的な話であることは間違いない。

CKBの公式ビジョンが将来実現すれば、ライトニングネットワークにとってもCKBにとっても、大成功となる。CKBの公式ビジョンが将来実現すれば、ライトニングネットワークにとってもCKBにとっても、そしてビットコインのエコシステム全体にとっても大きな恩恵となるだろう。mempoolによると、現在3億ドル以上がBTCライトニングネットワークに収容されており、約12,000のノードとその間に構築された約50,000の決済チャネルがある。

そしてまた、Sendmybtc.comでは、より多くの加盟店が支払いを受け取るためにライトニングネットワークをサポートしていることがわかります。BTCの受け入れが強くなる限り、ライトニングネットワークやファイバーのようなオフチェーン決済ソリューションの台頭は、日を追うごとに増えていくに違いありません。

Fiberの技術的ソリューションを体系的に解釈する目的で、Geeks Web 3はFiberのソリューション全般に関する研究論文を執筆しました。CKBベースのライトニング・ネットワークの実装として、ファイバーの原則はビットコイン・ライトニング・ネットワークとほぼ一致していますが、多くの細部において最適化されています。

Fiberの全体的なアーキテクチャは、決済チャネル、ウォッチタワー、マルチホップルーティング、クロスドメインペイメントの4つのコアコンポーネントで構成されています。まず、最も重要な「ペイメント・チャネル」から説明します。

LightningとFiberの要：ペイメントチャネル

ペイメントチャネルは基本的に、送金/トランザクションをチェーン下に移動して処理します。しばらくすると、最終的な状態が「決済」のためにチェーンに提出される。取引はオフチェーンで即座に行われるため、BTCのようなメインチェーンのパフォーマンス制約から解放されることが多い。

仮にアリスとボブが一緒にチャンネルを開設し、オンチェーンでマルチシグネチャーの口座を作り、アリスは100ドル、ボブは100ドルというように、オフチェーンのチャンネルにそれぞれの残高としていくらかのお金を入金することから始めるとします。その後、両当事者はチャネル内で複数の送金を行うことができ、チャネルを出ると、最終的な残高がチェーンに同期され、マルチ署名口座が両当事者に支払う、つまり「決済」される。

例えば、2者が100ドルずつでスタートしたとします。両者の残高は、アリス-70、ボブ-130である。 上図のように、残高の合計が変わらないことを見るのは難しくない。そろばんの珠を押したり引いたりすることで、このことがよく説明できる。

当事者の一方がチャネルを終了した場合、現在の残高アリス：70 /ボブ：チェーンに同期130、マルチ署名のアカウントは、決済を完了するために、2つにそれぞれの残高に応じて200元で。上記のプロセスは単純に見えますが、実際には考慮すべき多くの複雑さがあります。

まず、相手がいつチャネルから退出したいのかがよくわからない。上記の例では、ボブは2回目の送金後、あるいは1回目の送金後に退出することができるが、これは決済チャネルにとって必須ではなく、自由に退出することが認められている。参加者が自由に退出できるようにするのである。これを実現するために、誰かがいつでも脱退することが想定され、いずれの当事者も最終残高を決済のためにチェーンに提出することができる。

そのため、「コミットされた取引」の設定があり、「コミットされた取引」は、チャネル内の2つの当事者の最新の残高を宣言するために使用され、各送金に対応する「コミットされた取引」が生成されます。各送金が発生すると、対応する「コミットされた取引」が生成されます。 チャネルから出金したい場合は、最新の「コミットメント取引」をチェーンに提出し、マルチシグネチャーの口座から自分の取り分を出金します。

このように書くことができます。結論:コミットメント取引は、チャネル内の両当事者の残高をオンチェーンで決済するために使用され、いずれかの当事者はいつでも最新のコミットメント取引をオンチェーンにアップロードし、その後チャネルを終了することができます。

しかし、ここで重要な悪質なシナリオがあります：ボブは期限切れの残高とコミットメント取引をチェーンにコミットすることができます。例えば、コミットTx3が生成された後、Bobは130の残高を持っているが、自分が儲けるために、Bobは期限切れのコミットTx2をチェーンにコミットする。

このような二重支払いのシナリオを防ぐためには、適切なペナルティが必要です。チャネルの設計では、いずれかの当事者が期限切れの状態とコミットTxをチェーンに提出した場合、彼らは望むものを得ることができないだけでなく、他の当事者によって吸い取られます。

ここでは、非対称コミットTxと失効キーの概念が非常に重要です。まず「非対称コミットトランザクション」について説明しよう。先ほどのコミットTx3を例にとると、以下の図はコミットトランザクションの模式図です:

このコミット取引はボブによって構築され、アリスに送られます。ご覧の通り、これはビットコインの送金であり、マルチシグネチャアカウントの70ドルがアリスに、130ドルがボブに渡りますが、お金のロックを解除する条件は「非対称」であり、アリスはボブにより有利な厳しい制限に直面していると述べています。

アリスがボブによって構築された約束取引を受け取った後、2/2マルチ署名を満たすために自分の署名を添付することができる。そうしなければ、彼女はチャネル内で送金を続けることができる。

ここからが問題です：約束取引はボブが自分の主導で組み立てたもので、その取引条件はアリスに有利なものではなく、アリスはそれを受け入れるか拒否することしかできません。支払いチャネルの設計では、Alice自身だけがチェーン上で「あなたに悪い」約束トランザクションを引き起こすことができる。なぜなら約束トランザクションは2/2マルチ署名でなければならず、Bobはローカルでトランザクションを構築した後、Aliceの署名ではなく彼自身の署名しか持っていないからである。

アリスは「ボブの署名を受け取るだけで、自分の署名をボブに送らない」ことができます。これは、自分にとって不利な契約書を持っているようなものですが、他の誰かと二重署名をする必要があり、その誰かが先に署名して、その文書をあなたに渡します。あなたは相手に署名をさせないことができる。 契約が有効であることを望むのであれば、署名してから公表し、有効であることを望まないのであれば、署名も公表もしない。

興味深いことに、これら2つのコミットメント取引は、同じ「出金時の支払額」を表明しているが、出金条件が異なっている。ここで「非対称コミットメント取引」が登場する。

先ほど説明したとおりです。すべてのコミットメント取引は有効であるために2/2の署名を必要とする。ボブに有利なローカルに構築されたコミットメント取引は2/2の署名を満たさず、2/2の署名を満たすものはアリスの手に握られ、ボブは提出できないが、アリスだけが提出できるので、チェックアンドバランスが生まれる。逆も同様である。

このようにして、アリスとボブは自分たちに不利なコミットメント取引しか積極的に提出することができず、2人のうちの1人がコミットTxをチェーン上でコミットし、それが有効になるとすぐにチャネルはクローズされます。 また、冒頭の「二重支払い」のシナリオに戻りますが、誰かが期限切れのコミットTxをコミットした場合はどうなるのでしょうか？

失効キーというものがあります。もしボブが期限切れの約束トランザクションをチェーンに提出すると、アリスはリボケーション・キーを使ってボブの取り分を引き出すことができます。

次の図を見てみよう。 直近のコミット・トランザクションがコミットTx3で、コミットTx2が期限切れだとすると、ボブが期限切れのTx2をチェーンにコミットすると、アリスはTx2のリボケーション・キーを使ってボブのお金を引き出すことができる（アリス）。は急いでタイムロックの範囲内で行動しなければならない）。

そして最新のTx3では、アリスはその失効鍵を持っていません。に対して、アリスはその失効鍵を持っていない。 そしてアリスは、将来Tx4が現れたときにのみ、Tx3の失効鍵を得ることが できる。これは、公開鍵暗号とUTXOの特性によって決まることであり、本稿では紙面の都合上、失効鍵の実装原理を深く説明しない。

もしボブが期限切れの約束取引をチェーンに提出する勇気があれば、アリスは罰としてボブのお金を奪うために失効鍵を使うことができる、という結論を念頭に置くことができる。逆にアリスが悪事を働いた場合、ボブは同じ方法で彼女を罰することができる。このようにして、1対1の支払いチャネルは効果的に二重支払いを回避し、関係者が合理的な人間である限り、誰も悪事を働く勇気はない。

決済チャネルの面では、CKBベースのファイバーはビットコイン・ライトニング・ネットワークと比較して大幅に最適化されており、CKB、BTC、RGB++安定コインなど複数の資産タイプの送金/取引をネイティブにサポートできるのに対し、ライトニング・ネットワークはビットコイン、タプロット・アセットしかネイティブにサポートできません。strong>ビットコイン・ライトニング・ネットワークがBTC以外のアセットをネイティブにサポートできず、間接的にしかステーブルコインをサポートできなかった後に、Taproot Assetが稼働しました。

(Photo credit: Dapangdun)

また、FiberはCKBであるLayer1のメインチェーンに依存しているため、チャネルの開設と閉鎖の操作ははるかに低い手数料を消費し、BTCライトニングネットワークのようにユーザーから多くの手数料を搾取することはありませんこれはUXの面で明確な利点です。

24時間365日のセキュリティ：ウォッチタワー

上述したように、鍵の失効には問題があります：チャネル参加者は鍵を失効できなければなりません。チャネル参加者は、期限切れのコミット済みトランザクションを密かにチェーンにコミットしないよう、常にお互いを監視していなければならない。しかし、誰も24時間365日オンラインである保証はありませんし、自分がオフラインの間に相手が悪事を働いたらどうするのでしょうか？

これに対して、ファイバーとビットコイン・ライトニング・ネットワークの両方は、ユーザーがオンチェーンの活動を24時間監視できるように設計されたウォッチタワーを持っています。 チャネル内の誰かが期限切れのコミットメント取引を提出した場合、ウォッチタワーはタイムリーに対処し、チャネルと資金のセキュリティを確保します。

その説明は以下の通りである。期限切れの約束取引ごとに、AliceまたはBobは対応するペナルティ取引を事前に構築し（受益者を自分自身と宣言した上で、期限切れの約束取引を処理するために失効キーを使用する）、ペナルティ取引の平文をWatchTowerに送信することができる。WatchTower は誰かが期限切れのプロミス取引をチェーンにコミットしたことを検知すると、ペナルティ取引もチェーンにコミットし、対象となる取引を罰する。

ファイバーは、チャンネル参加者のプライバシーを保護するために、ユーザーに「期限切れの約束」のみをウォッチタワーに投稿させます。チャンネル参加者のプライバシーを守るため、Fiberはユーザーに「期限切れのコミットメントトランザクションのハッシュ＋ペナルティトランザクションの平文」だけをWatchTowerに送信させる。WatchTowerは平文を見た後、すぐにペナルティトランザクションをチェーンにコミットする。このようにして、誰かが実際に悪いことをしない限り、WatchTowerはチャネル参加者のトランザクションを見ることはない（見たとしても1つだけ）。

ここで、ビットコイン・ライトニング・ネットワークと比較したFiberの最適化について触れておきましょう。一方、ビットコイン・ライトニング・ネットワークのLN-Penaltyには重大な欠点があります。ストレージを圧迫します。

2018年にビットコインコミュニティは、上記の問題を解決するために「eltoo」と呼ばれるソリューションを提案しましたが、それにはビットコインフォークがSIGHASH_ANYPREVOUTオペコードをサポートする必要がある。このアイデアは、期限切れのコミット済みトランザクションがアップリンクされると、最新のコミット済みトランザクションがそれにペナルティを与えることができるため、ユーザーは最新のコミット済みトランザクションを保存すればよいというものだ。しかし、SIGHASH_ANYPREVOUTオペコードは今のところ有効化されておらず、このプログラムはなかなか軌道に乗らない。

そしてFiberはDaricプロトコルを実装し、失効キーの設計を変更して、同じ失効キーが複数の期限切れの約束トランザクションに適用されるようにしました。これにより、ユーザー・クライアントだけでなく、WatchTowerのストレージへの負担も大幅に軽減されます。

ネットワーク内のトラフィックシステム：マルチホップルーティングとHTLC/PTLC

支払いチャンネル。例えば、アリスとケンはチャネルを持っていないが、ケンとボブの間にはチャネルがあり、ボブとアリスの間にもチャネルがある場合、ボブはアリスとケンの間の中間ノードとして機能することができます。アリスとケンの間で転送相互作用が起こることを可能にする。そして「マルチホップルーティング」とは、複数の仲介者を介して転送経路を構築することを意味します。

マルチホップルーティングは、ネットワークの柔軟性と到達範囲を広げます。しかし、送信者はすべてのパブリック・ノードとチャネルの状態を認識しておく必要があります。ファイバーでは、すべてのパブリック・チャネル、つまりネットワーク構造は完全に公開されており、どのノードも他のノードが保持するネットワーク情報を知ることができます。ファイバー・ネットワークではネットワーク全体の状態が常に変化しているため、ファイバーはダイクストラ最短経路アルゴリズムを使用して、仲介者の数ができるだけ少なくなるように最短のルーティング経路を見つけ、2者間の転送経路を橋渡しします。

。しかし、中間ノードには解決すべき信用問題があります: 彼が正直であることをどのように保証するか、例えば、前述のように、アリスとケンの間にボブという仲介者がいて、アリスは今ケンに100ドルを送金しようとしていますが、ボブはいつでもお金を保留することができます。仲介者が悪にならないようにする方法があるはずで、HTLCやPTLCはそのような問題を解決するために使われます。

アリスがダニエルに100ドルを払いたいが、2人の間にチャネルが確立されていないとする。代わりに、アリスは2人の仲介者、ボブとキャロルを通してダニエルに支払いをすることが可能であることを発見します。まずアリスがダニエルにリクエストを出し、ダニエルはアリスにハッシュrを送るが、アリスはrに対応する平文Rを知らない。

その後、アリスはボブとのチャネルでHTLC上の支払い条件を構築します。AliceはBobに102ブロックを支払う意思があるが、Bobは30分以内に鍵Rを指定しなければAliceは金を引き出す。同様に、BobはCarolとHTLCを作成する。BobはCarolに101ドルを支払うが、Carolは25分以内に鍵Rを言わないとBobはお金を引き出す。

キャロルも同じように、ダニエルとのチャンネルでHTLCを作成する：キャロルは100ドルを支払うが、ダニエルは20分以内にRの平文を言わなければならない。

ダニエルは、キャロルが求めているキーRが、実はアリスが求めているものであることを理解します。だからダニエルはキャロルに同行し、Rが何であるかを彼女に話し、キャロルから100ドルをもらう。

その後、キャロルはボブにRの鍵を伝えて101ドルを手に入れ、ボブはアリスにRの鍵を伝えて102ドルを手に入れる。全員の利益と損失を見ると、アリスは102ドルを失い、ボブとキャロルは1ドル儲け、ダニエルは100ドルを得る。ここでボブとキャロルが稼ぐ$1は、アリスから引き出す手数料である。

上記のような支払い経路で、誰かが行き詰ってしまったとしても、例えば、「アリスから手数料を受け取る。例えば、CarolがBobに鍵Rについて下流で話さなかった場合など。同じことがアリスにも当てはまります。

しかし、ライトニングネットワークには問題があります：パスが長すぎてはいけません。パスが長すぎると、仲介者が多すぎて、支払いの信頼性が低下してしまいます：仲介者の中には、オフラインであったり、特定のHTLCを構築するのに十分な資金を持っていなかったりする人がいるかもしれません（例えば、前のケースでは、それぞれの仲介者は少なくとも100ドル以上）。そのため、経路に仲介ノードが追加されるごとに、エラーの可能性が高まります。

さらに、HTTPLCはプライバシーを損なう可能性があります。オニオン ルーティングは、各ホップのルーティング情報を暗号化するなど、適切にプライバシーを保護することができますが、実際には HTLC はまだ推測される相関の影響を受けやすいのです。神の視点から下のパスを見てみましょう

ボブとダニエルは同じエンティティにコントロールされている2つのノードで、毎日多くの人からHTLCを受信しているとします。彼らは、アリスとキャロルが送信する各HTLCを通知されるための同じキーを常に持っており、ダニエルとつながっている下っ端のイブは、キーRの内容を常に知っていることに気づきます。つまりダニエルとボブは、アリスとイヴが常に同じ鍵で結ばれていることから、アリスとイヴの間に支払い経路があることを推測し、これを利用してアリスとイヴの関係を推理し、監視を課すことができるのです。

これに対して、ファイバーはHTLCのプライバシー改善であるPTLCを使用しており、支払い経路の各PTLCは異なるキーでロック解除され、PTLCが要求するキーを観察するだけでは、それらがどのように関連しているかを知ることはできません。PTLCとオニオンルーティングを組み合わせることで、Fiberをプライベートな決済に理想的なソリューションにすることが可能です。

さらに、従来のライトニング・ネットワークには、支払い経路の中間業者から資産を盗むことができる交換サイクリング攻撃のシナリオがあります。この発見により、開発者のAntoine Riard氏はライトニングネットワークの開発を辞めることになりました。これまでのところ、ビットコイン・ライトニング・ネットワークには、この問題に対処するための根本的な対策がなく、痛手となっています。

CKB当局は現在、トランザクションプールレベルで改善を行うことで、ファイバーが上記の攻撃シナリオに対処できるようにしています。代替トランザクションループ攻撃とその解決策はかなり複雑なため、この記事ではこれ以上説明するスペースを取るつもりはありませんので、興味のある方はBTCStudyの以下の記事を読んだり、CKBの公式資料を読んでみてください。

全体として、Fiberはプライバシーとセキュリティの両面で、従来のライトニングネットワークよりも大幅に改善されています。

ファイバーとビットコイン・ライトニング・ネットワーク間のクロスドメイン・アトミック・ペイメント

HTLCとPTLCを使用することで、ファイバーは以下のことが可能になります。つまり、クロスドメインに関連するすべてのステップは、完全に成功するか、完全に失敗するかのいずれかであり、部分的な成功や部分的な失敗はありません。

クロスドメインの原子性が保証されることで、クロスドメイン自体が物的損害につながらないことを保証することが可能になり、例えば、ハイブリッドなファイバーとライトニングネットワークに支払い経路を構築することで、ファイバーとビットコインライトニングネットワークを相互接続することができます。ファイバーとライトニング・ネットワークは、ファイバーからBTCライトニング・ネットワーク上のユーザーに直接送金するために使用することができ（受信側ではBTCのみ）、CKBとRGB++資産は、BTCライトニング・ネットワーク上のファイバーでビットコイン等価物と交換することができます。

原理を簡単に説明しましょう：アリスがファイバーネットワーク内でノードを動かしていて、ボブがBTCライトニングネットワークでノードを動かしていると仮定すると、アリスはボブにいくらかのお金を送金したいのですが、それはクロスドメインのトランジットプロバイダーであるIngridを通して行うことができます。具体的には、IngridはFiberネットワークとBTC Lightningネットワークでそれぞれノードを実行し、送金経路の仲立ちをします。

ボブが1BTCを受け取りたい場合、アリスは次のように交渉できます。アリスはファイバーで1.1CKBをイングリッドに送り、イングリッドはBTCライトニングネットワークで1BTCをボブに送り、イングリッドは手数料として0.1CKBを残す。

ここでの具体的な運用方法は、実際にアリスとボブとイングリッド、つまりアリス->イングリッド->ボブの間に支払い経路を確立し、それを使ってお金を受け取るために、BobはIngridに鍵Rの内容を伝えなければならない。Ingridが鍵Rを入手したら、それを使って相手にお金を送ることができる。Ingridが鍵Rにアクセスできるようになれば、AliceがHTLCに閉じ込めたお金の鍵を開けることができる。

この2つのクロスドメインの動作は、それぞれBTCライトニングネットワークとファイバーで発生し、アトミックであることに注意することが重要です。どちらのロックも解除されず、アリスがお金を渡し、ボブが受け取らないまま、クロスドメイン決済が失敗する。

（実際、仲介者であるIngridはキーRを知っていて、アリスのHTLCのロックを解除しなかったかもしれませんが、その損害はユーザーであるAliceではなく、仲介者であるIngridにもたらされたでしょう。p style="text-align: left;">このアプローチでは、異なるP2Pネットワーク間での転送動作を可能にするために第三者を信頼する必要はなく、ほとんど、あるいはまったく修正を必要としません。

BTCライトニングネットワークに対するFiberのその他の利点

先に述べたように、FiberはCKBネイティブアセット、RGB++アセット、RGB++アセットをサポートしています。をサポートし、RGB++アセット（特にステイブルコイン）と同様に、インスタントペイメントシナリオに大きな可能性をもたらし、日常的なマイクロペイメントのニーズにより適しています。

さらに、ビットコイン・ライトニング・ネットワークの主な痛点の1つは流動性管理です。冒頭で述べたことを覚えているかもしれませんが、支払いチャネル全体の残高は固定されており、一方の当事者の残高が枯渇した場合、他方の当事者が先に送金しない限り、他方の当事者に送金することはできず、その後、資金を再投入するか、新しいチャネルを開設する必要があります。

さらに、そのstrong>複雑なマルチホップネットワークの場合、一部の中間ノードが外部に送金するのに十分な残高がなく、支払い経路全体が失敗する可能性があります。これはライトニング・ネットワークのペインポイントの1つであり、この解決策は、ほとんどのノードが資金を注入する準備ができていることを保証する効率的な流動性注入スキームを提供することに他なりません。

しかし、BTCライトニングネットワークでは、流動性の注入とチャネルの開閉のステップはすべてBTCチェーン上で行われるため、BTCネットワーク手数料が極端に高い場合、決済チャネルのUXに悪影響を及ぼす可能性があります。たとえば、100ドルのキャパシティを持つチャネルを開設したいが、チャネルを開設する操作に10ドルの手数料がかかるとします。

ここがファイバーの大きな利点です。第一に、CKBのTPSはBTCよりもはるかに高く、その手数料はセントのレベルに達することもある。第二に、流動性不足のために送金できないという問題に対処するために、FiberはMercuryレイヤーと協力して新しいソリューションを立ち上げる予定であり、流動性注入を可能にすることでオンチェーンオペレーションをなくし、UXとコストの問題を解決する。

これまでのところ、我々は体系的に、一般的な技術アーキテクチャを整理してきました。ファイバーの一般的な技術アーキテクチャを整理し、ビットコイン・ライトニング・ネットワークとの大まかな比較を上の図にまとめました。FiberとLightning Network自体は非常に多くの知識を含んでいるため、1つの記事でFiberとLightning Networkのすべての側面をカバーすることはできないかもしれませんが、今後、このトピックに関する連載を開始する予定ですので、楽しみにしていてください。