ビットコインライトニングネットワークとは？

スケーラビリティは、ビットコインの成長と従来の支払いプロトコルの本格的な代替手段としての採用において、ビットコインで最も重要で長年にわたる問題の1つです。

現状では、ビットコインネットワークは1秒あたり最大7回の取引しか処理することができません。これは、真にグローバルな主流の価値転送システムを目指すネットワークに必要な情報量をはるかに下回っています。参考までに、VisaやMasterCardには、1秒あたり5000回を超える取引を決済する機能があります。

この問題を解決し、ビットコインの情報容量を増やすために、ビットコインの熱心な開発コミュニティは、主に2つの広いカテゴリーに分類される、ファーストレイヤー基プロトコル層ソリューションとセカンドレイヤー基オフチェーンソリューション」というスケーリングソリューションを提案しました。

ファーストレイヤーとセカンドレイヤー間のスケーリングソリューションの定義とは？

ファーストレイヤー（別名オンチェーン）スケーリングソリューションは、実際の暗号通貨プロトコルのコードベースへの根本的な変更を伴う方法です。ビットコインキャッシュハードフォークの場合のように、ファーストレイヤーまたはプロトコル層のスケーリングソリューションは通常、ブロックのサイズの増加を伴います。もう1つの方法は、ブロック時間、またはネットワーク全体が新しいブロックを見つけてブロックチェーンに追加するのにかかる平均時間を短縮することです。

一方、セカンドレイヤー（またはオフチェーン）ソリューションは、メインブロックチェーンの上に構築され、基盤となるプロトコルの実際のコードベースを変更することなく、ブロックチェーンと対話します。これらは通常、ネットワークの輻輳を減らし、取引処理時間を短縮するために、特定の取引を2番目のオフチェーンチャンネルにオフロードすることを含みます。

ビットコインの最もよく知られているセカンドレイヤーのスケーラビリティソリューションの1つは、2018年1月10日に最初に実装されたライトニングネットワークです。

ライトニングネットワークとは？

ライトニングネットワークはBTCブロックチェーン上で動作するセカンドレイヤーのオフチェーン支払プロトコルです。これは、Joseph PoonとThaddeus Dryjaによって開発され、2015年にライトニング白書に公開されました。

ライトニングネットワークの背景にある考え方としては、取引をメインチェーンからルーティングすることにより、ビットコインのスケーラビリティの問題を解決することです。代わりに、ユーザーが生成した双方向の支払いチャンネルを使用して、ネットワーク参加者がほぼ瞬時にピアツーピアの暗号通貨取引を実行できるようにします。

ライトニングネットワークは、その上で動作するビットコインネットワークとは別のものです。ここでの 「その上で」とは、ライトニングネットワークを使用して支払いを行うユーザーが、メインブロックチェーン上のすべての取引を配信または記録することなく、ネットワーク内の他のピアと取引できることを意味します。

ここで覚えておくべき重要なことは、ライトニングネットワークには独自の通貨や独自のブロックチェーンがないということです。その代わりに、それはビットコイン取引を安価に、個人的に、そしてほぼ瞬時に交換するための単なるネットワークです。参考までに、ビットコインネットワークでの一般的な取引は、決済に少なくとも10分かかり、取引手数料として最大数ドルかかる場合があります。対照的に、ライトニングを介してルーティングされたビットコイン取引は、決済に0．数秒かかり、1サトシまたは1セント未満のコストで済みます。

ライトニングネットワークはどのようにして機能するか？

前述したように、ライトニングネットワークを使用するとビットコインユーザーは、ビットコインブロックチェーン上のすべての取引を配信することなく、双方向のピアツーピアオフチェーンチャンネルを作成し、必要な数だけの取引を実行できます。

ライトニングネットワークで支払いチャンネルを設定するには、2つの取引当事者が共同のマルチ署名ウォレットを作成する必要があります。これは、取引を承認するために、複数の秘密の鍵、及び署名を必要とする特殊なタイプの暗号通貨ウォレットです。特定の時点で、多重署名のウォレットは、すべての署名者が確認される前に取引を承認する必要がある共同銀行口座のようなものです。

支払いチャンネルまたは多重署名ウォレットは、いわゆるアンカーまたはオープニング取引で作成されます。これは、ビットコインブロックチェーンに記録された通常のオンチェーン取引です。オープニング取引では、当事者は多重署名ウォレットに一定量のビットコインを預け入れます。後で、彼らはこれらの資金を使用して、ネットワーク上でできるだけ多くの無料で瞬時に取引を行うことができます。

両当事者が預け入れた金額は同額である必要はありません。たとえば、アリスとボブがライトニング支払いチャンネルを開きたい場合、アリスは1つのBTCを多重署名ウォレットに預けることができ、ボブは2つを預けることができます。次に、ライトニングネットワークはビットコインのネイティブスマートコントラクトプロトコルを使用して、誰に属するものを追跡します。これにより、どちらの当事者も、多重署名ウォレットに預け入れた分だけアクセスできます。

この時点から、支払いチャンネル内の2つの当事者間のすべての取引はオフチェーンで実行されます。実際、私たちがそれに取り掛かると、ライトニングネットワークは実際に当事者間でビットコインをやり取りするのではなく、多重署名ウォレット内の各当事者のそれぞれの残高を更新するだけです。

すべての取引は基本的にオフチェーンまたは多重署名ウォレット内で発生するため、取引を確認するためにマイニングする必要がなく、時間とコストを大幅に節約できます。

当事者が相互に取引を行っていると判断した場合、当事者またはいずれかの当事者は、いわゆるクロージング取引を送信して署名することにより、ライトニング支払いチャンネルを閉じることができます。繰り返しますが、これはメインのビットコイン元帳で配信される通常のオンチェーン取引です。クロージング取引により、当事者はオフチェーンアクティビティ全体の最終合計を単一のビットコイン取引で配信できるようになり、オンチェーン取引の数が効果的に削減され、ビットコインの拡張が可能になります。

ルーティング支払い

ライトニングネットワークの主な機能は、ネットワーク内の接続されたピア間で支払いをルーティングできることです。これが実際にライトニングネットワークをネットワークにしている理由です。そうでなければ、このオフチェーンインフラストラクチャ全体はほとんど役に立ちません。

これは何を意味するのかというと、ライトニングネットワーク内のすべてのピアがネットワーク内の他のピアを介して接続されている限り、ネットワーク内の他のすべてのピアと取引ができることを意味します。たとえば、アリスがジェーンにビットコインを送りたい場合、ジェーンと直接ライトリニング支払いチャンネルを開く必要はありません。代わりに、彼女はボブとジェーンの間に以前に確立された支払いチャンネルを介して取引をルーティングできます。これを行うために、ボブはビットコインをジェーンに転送し、次に、アリスはボブに自分の直接支払いチャンネルを通じて全額を払い戻します。

このようにして、ライトニングネットワーク内のピアはライトニング速度で接続および取引を行い、わずかな料金を支払うことができます。あるピアがネットワーク内の別のピアにビットコインを送信すると、プロトコルは自動的に取引を計算し、可能な限り最短のパスを介してルーティングします。パスのどこかで接続が切断された場合、またはチェーン内の一部のピアが取引を実行するのに十分な資金を持っていない場合、取引はどちらの当事者にも頼ることなく単にキャンセルされます。

相互接続された数千の支払いチャンネルで構成されるこのセカンドレイヤーネットワークにより、メインのビットコインネットワークを詰まらせたり、問題を引き起こしたりすることなく、数百万の簡易的な取引を実行できます。

ライトニングネットワークの利点と制限

超高速の取引速度、驚くほど低い取引手数料、サブサトシのマイクロ支払いの可能性など、ライトニングネットワークの利点のいくつかは、今では随分と明白になってきているはずです。

ただし、まだ言及していない2つの重要な利点があります。 1つはプライバシーであり、もう1つはクロスチェーンアトミックスワップです。

プライバシー—オフチェーン支払いのすばらしい点は、ほとんど匿名であるということです。たとえば、アリスとボブがライトニング支払いチャンネルを開いた場合、部外者はメインチェーンで配信された開始取引と終了取引のみを表示しますが、それ以外は表示しません。基本的に、ビットコインネットワークの他の参加者は、アリスとボブがチャンネルを開いたことを知ることしかできませんが、チャンネル内取引を見ることができません。さらに、アリスはボブを使用して支払いをジェーンにルーティングすることができ、アリスとボブの支払いチャンネルが閉じられると、誰もお金がどこに行ったかを知ることができません。

アトミックスワップまたはクロスチェーンスワップ—アトミックスワップは、スマートコントラクトを活用して、交換などの一元化された仲介者を使用せずに、同じハッシュアルゴリズムを共有する2つの異なるブロックチェーンで実行される2つの異なる暗号通貨間の交換を容易にする技術です。アトミックスワップは、ブロックチェーン間で直接発生するか、ライトニングネットワークなどのオフチェーンチャンネルを介して発生する可能性があります。基本的に、完全に機能するようになると、ライトニングネットワークは、さまざまなブロックチェーン間で、瞬時に、安価でプライベートなピアツーピア取引を可能にします。

そうは言っても、ライトニングネットワークはビットコインのすべての問題に対するワンストップソリューションではなく、プロトコルには独自の問題と制限があります。

一元化されたハブ—ライトニングネットワークの実装に関する主な懸念事項の1つは、一元化です。つまり、ネットワークが形成され相互接続される方法は、大規模な集中型の「ハブ」または流動性の高い大規模で高度に接続されたノードの台頭につながる可能性があります。これは本質的に、ネットワーク内のできるだけ多くのノードと取引したいネットワーク参加者が実際にはこれらのハブに接続することを余儀なくされ、状況をさらに悪化させる状況につながります。検閲の懸念とは別に、仮にこれらのハブの1つがオフラインになった場合、ネットワークのかなりの部分がダウンします。

使いやすさ—ライトニングネットワークの2番目の大きな懸念事項は、顧客体験です。暗号通貨プロジェクトには、そもそも最もユーザーフレンドリーなアプリが付属されていません。また、それらの上にセカンドレイヤーを追加しても、状況が改善されることはありません。現在のところ、ライトニングネットワークノードの操作は、メインブロックチェーンでの操作よりも少し時間がかかり、技術的に困難です。

大規模な支払いには適していない—ライトニングネットワークの3番目の重要な問題は、プロトコルを介して支払いを処理およびルーティングする機能が、パイプラインにロックされた流動性によって大幅に制約されることです。たとえば、アリスとボブのチャンネルにそれぞれ5つのBTCがあり、ジェーンがボブと一緒にチャンネルにロックされているBTCが1つしかない場合、アリスはボブを介してジェーンに1つ以上のBTCを送信することができません。これにより、ネットワークを介してルーティングできる資金の数が効果的に制限され、使いやすさがさらに向上します。

現在のライトニングネットワークの状態

ライトニングネットワークはゆっくりと、しかし着実に成長しています。 2021年1月の時点で、16,000以上のオンラインノード、37,000以上のアクティブチャンネル、および1000BTCをわずかに超える容量を誇っています。

開発に関しては、ネットワークはまだベータ段階にあり、作業が進行中です。 2015年以降、Blockstream、Lightn Labs、ACINQを含むいくつかのチームが、独自のテクノロジーの実装に取り​​組んでいます。ただし、すべての実装は相互運用可能であり、2016年後半に作成されたライトニングテクノロジーの基礎（BOLT）仕様と互換性があります。

時間の経過とともに、ライトニングノードの実行はますます簡単になってきています。技術に精通していないユーザー向けに、Casa、Hodl One、Light Re in a Box、Lux Nodeなどの多くの企業が、プラグアンドゴーのフルノードライトニングデバイスを提供しており、誰でも数分でセットアップして実行を開始できます。