ライトニングネットワーク是如何工作的（1）？

2024-09-25 03:29:02

概要作成中

ソース: バイト要素 CKB

BTCブロックチェーン上に構築されたP2Pネットワークであるライトニングネットワークは、BTCの「遅くて高い」という問題を効果的に解決するだけでなく、暗号化支払いの分野で他の解決策に比べて優れており、P2P経済の基盤となり、Web5世界の重要な構成要素でもあります。

今日のこの記事では、ライトニングネットワークの動作原理と関連技術について引き続き紹介していきます。

ライトニングネットワークの基盤：支払いチャネル

**ライトニングネットワーク本质上是一个精心设计的支付通道系统。**以 Alice 和 Bob 之间的交易为例，他们使用ライトニングネットワーク进行決済时，会经历以下三个关键阶段：開始チャネル、取引を行う、チャネルを閉じる。

1、チャネルを開く：信頼の架け橋を築く

所谓開始チャネルは、実質的には、参加する両当事者によって共同で制御されるマルチ署名ウォレットを作成し、そのウォレットに資金を注入することです。このウォレットに受け取られた資金の合計額が、このチャネルの残高となります。

AliceとBobがそれぞれ10万サトシのBTCを持っていると仮定する。まず、彼らは2人が共同で制御するマルチサインウォレットアドレスにそれぞれの10万サトシを移動し、チャネルを確立するための担保とする必要があります。このトランザクションは「Funding Transaction（入金トランザクション）」または「Anchor Transaction（アンカートランザクション）」と呼ばれ、ネットワークにブロードキャストされ、BTCブロックオンチェーンに記録される必要があります。この例では、AliceとBobを接続する支払いチャネルは、実質的には通常の2-of-2マルチシグネチャウォレットであり、20万サトシの残高が含まれています（チャネルを開く際に支払う必要があるガス手数料は簡単化のために考慮していません）。

2、トレーディングを開始する：オフチェーントレーディングのアート

通道開設後、参加する両者の後続取引はすべてビットコインブロックチェーン外で実現され、効率的なオフチェーン決済が実現されました。Alice と Bob の間で以下の3回の取引が行われたと仮定してみましょう：

AliceはBobに1万サトシを送金しました。この時、Aliceは9万サトシを持ち、Bobは11万サトシを持っています。
Aliceは引き続きBobに2万サトシを送金し、この時点でAliceは7万サトシ、Bobは13万サトシを所有しています。
BobはAliceに1万サトシを送金しました。この時点でAliceは8万サトシを所有しており、Bobは12万サトシを所有しています。

上記の例から、AliceとBobの間で何度転送しても、彼らの間の通路の残高は常に不変であり、20万聡であることがわかります。

AliceとBobが取引するたびに、両者はチャネル内の残高を更新し、「コミットメントトランザクション」を署名付きで交換する必要があります。これらのトランザクション自体は有効であり、いつでもBTCネットワークに送信することができますが、通常はチャネルを閉じる意図がない限り、保存されます。これにより、AliceとBobの残高状態は1秒ごとに何十回、何百回と変動することができ、更新の速度は双方の作成、署名、および相手にコミットメントトランザクションを送信する速度に制限されます。

3、閉鎖チャネル：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：1つは両者が合意して閉じることで、決済トランザクションをBTCネットワークに送信することです。2つ目は片方が閉じることを決定し、最後のコミットメントトランザクションをBTCネットワークに送信することです。後者のデザインは、チャネル内の残高が一方のオフラインによって永久にロックされることを防ぐために行われています。

AliceとBobの例では、彼らは3つのトランザクションを行った後にチャネルをクローズすることに決めました。クローズ後、Aliceは80,000サトシを回収し、Bobは120,000サトシを回収します（同様に、クローズ時に発生するガス手数料は考慮していません）。

双方向支払いチャネルのセキュリティ保護：LNペナルティからeltooまで、そしてDaricへ

前述のように、チャネルを閉じるには、双方が合意して閉じることも、片方が閉じることもできます。では、双方向の支払いチャネルでは、どのようにして一方が詐欺を防ぐことができるのでしょうか？例えば、上記の例の場合、Bobが第2回の約束取引を使用してチャネルを閉じるのを防ぐ方法はありますか？第2回の約束取引を使用してチャネルを閉じる場合、BobはAliceに支払った最後の1万サトシ支払いを否認することができますが、これは明らかに魅力的に見えます。

BTCライトニングネットワークは、オンチェーンでチャネルをクローズするために、一方が自身に有利ながらも時代遅れの状態を送信しようとす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、「非対称コミットメントトランザクション」と「リボークシークレットキー」などの複雑な技術を使用して、Bobが時代遅れのコミットメントトランザクションを使用してチャネルをクローズしようとする場合、Aliceはチャネル内のすべての資金-20万聡を取得する権利を持つことを保証します。このような罰則メカニズムは、潜在的な詐欺行為を効果的に抑制しています。

しかし、LNペナルティにはいくつかの欠点もあります。自身の複雑さに加えて、ユーザーは過去のすべてのチャネル更新時のデータを保存する必要があります。また、稀なケースでは正直なユーザーを誤って罰する可能性があります。

これらの欠点を克服するために、2018年にはBTCコミュニティが「eltoo」という解決策を提案しており、これによりストレージ負担と意図しない罰金のリスクを排除することができます。この解決策では、ユーザーは最新のコミットトランザクションとその決済トランザクションのみを保存する必要があります。しかし、eltooの解決策はまだ利用可能ではありません。なぜなら、その実装にはBTCのソフトフォークが必要であり、新しい署名ハッシュタイプであるSIGHASH_ANYPREVOUTを導入する必要があるからです。

Nervos CKBが提供するライトニングネットワークFiber Networkは、2022年に提案されたDaricプロジェクトを採用しました。Daricはeltooを基にしており、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しています。ウォッチタワーは独立したマシンとネットワークで実行されるライトニングネットワークのノードで、支払いチャネルを監視し、悪意のある行動を検知した場合にスラッシングトランザクションの実行を被害者の代わりに行い、ユーザーの資金を保護します。ノード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実行します。