ある提案において 2016年ホワイトペーパー、ライトニング・ネットワーク（LN）は、ビットコインの上に構築されたレイヤー2ソリューションです。
この記事では、ビットコインのライトニングネットワークの歴史と現状について詳しく解説します。
ビットコインのライトニングネットワークはなぜ作られたのでしょうか？
ライトニング・ネットワークは、ビットコインのスケーラビリティ問題、すなわちビットコイン取引の速度とコストに対応するために開発されました。
ビットコインの現在の理論上の最大取引処理能力（TPS）は10ですが、実際には3～7の間です。これに対し、VISAのような従来の決済処理業者は、2020年に平均6,000 TPSを処理していました（ VISAの主張 （年間1,880億件の取引）。
ビットコインの取引手数料 ネットワークの利用需要によって、手数料は大きく変動する可能性があります。例えば、2021年4月20日の平均取引手数料は50ドルを超えていましたが、2021年8月9日には平均で約2.50ドルでした。 銀行振込や国際送金などの大規模な取引においては、ビットコインの処理速度とコストは、他の手段と同等か、あるいはそれ以上です。しかし、ビットコインを日常的な用途に利用する場合 支払い （いわゆるマイクロトランザクション、例えばコーヒー1杯やガソリンなど）においては、取引速度を向上させ、取引コストを大幅に削減しなければならない。
理論上のライトニング・ネットワーク
LNの仕組みや、LNが現在直面している課題を理解するには、ビットコインについて触れる必要があります。ビットコインネットワークの制約となるのは、すべての取引をチェーン上の新しいブロックに組み込まなければならないという点です。ブロックはおよそ10分ごとにチェーンに追加されるため、ビットコインのプロトコルを大幅に変更しない限り、処理可能な取引数には厳しい上限があります。
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ビットコインプロトコルの大幅な改変をめぐる議論は過去にも行われており、その結果として「ハードフォーク」が発生しました。中でも特に注目すべきは、ビットコインキャッシュの誕生です。 ライトニング・ネットワークは、新しいブロックチェーンを構築するのではなく、レイヤー2ソリューションです。つまり、ビットコインのプロトコルを比較的変更せずに維持しつつ、大規模な改変がもたらすであろうメリットを提供できるということです――少なくとも理論上は。
LNは、2つの当事者間に決済チャネルを確立することで機能します。このチャネルでは、最初の取引と最後の取引のみがビットコインのブロックチェーン上に記録されます。最初と最後の取引の間の取引は、その数がいくら多くてもオフチェーンで行われるため、それらの取引はビットコインプロトコルの制約を受けません。
ペイメントチャネルを開始するには、双方が一定額のビットコインをコミットする必要があります。そのビットコインは、ペイメントチャネルが開いている間は保留され、解放することはできません。このチャネルを通じて送金できるビットコインの総額は、コミットされたビットコインの総額となります。これを例を挙げて説明しましょう：
アリスとボブは、互いにペイメントチャネルを構築したいと考えています。アリスは10 BTCを、ボブは5 BTCを、このペイメントチャネルに預け入れます。 アリスとボブの合計15 BTCを保持するオープニングトランザクションが、ビットコインのブロックチェーン上に記録されます。このトランザクションがブロックチェーンに追加されると（これには10分以上かかる場合があります）、アリスとボブは、はるかに高速で、実質的にコストゼロで、無制限の回数取引を行うことができます。以下は、アリスとボブ間の取引の例です：
- アリスがボブに1 BTCを送金する アリス：9 BTC ボブ：6 BTC
- アリスがボブに2 BTCを送金する アリス：7 BTC ボブ：8 BTC
- ボブがアリスに3 BTCを送金した アリス：10 BTC ボブ：5 BTC
- ボブがアリスに1 BTCを送金した アリス：11 BTC ボブ：4 BTC
一方または双方がチャネルを閉鎖したい場合、アリスとボブの最終残高を記載した閉鎖トランザクションがブロックチェーンに送信されます。この場合、アリスの最終残高は11 BTC、ボブの最終残高は4 BTCとなります。
もしアリスがキャロルと取引したい場合はどうなるでしょうか？ たまたまボブがキャロルとペイメントチャネルを確立しているため、アリスはボブと取引を行い、ボブがその取引をキャロルに転送します。このシナリオでは、ボブが取引の転送に対して少額の報酬を受け取る場合があることに注意してください。時間の経過とともに、理論によれば 「6次の隔たり」, LNを利用すれば、アリスは他の誰とでも取引を行うことができます。
ノードAは、ノードCおよびBとのみ直接の決済チャネルを持っているにもかかわらず、ノードQと取引を行っている。
ライトニング・ネットワークの実践
LNは比較的新しいプロトコルです。使いやすさからセキュリティに至るまで、多くの課題に直面しています。
LNノードの運用がいかに容易かという点について懸念が寄せられています。LNが成功するためには、LNプロトコルを実行するビットコインノードによる堅牢なネットワークが必要です。LNノードの運用は、 かなり難しい また、支払いインセンティブに関する問題が生じている可能性もある 小規模なノードを運用するために. とはいえ、LNを運用することは、ビットコインのフルノードを運用することと比べて、それほど難しくはないと言えるだろう。 しかし、LNは主にマイクロトランザクションを対象としているため、LNを日常的に利用する際は、LN対応のウォレットを通じて行われることになるでしょう。定評のあるビットコインウォレットとは異なり、これらのLN対応ウォレットは比較的新しいため、カストディアル型と 非保管型 バージョン。非カストディ型のLNウォレットは使い方が難しく、分かりにくく、直感的ではありません。カストディ型のオプションは使いやすいですが、ビットコインの管理を第三者に委ねなければなりません。
続きを読む：理解する カストディ型ウォレットと非カストディ型ウォレットの違い、そしてそれが経済的自由とどのように関連しているか。
LNは競合他社との競争にも対処しなければならない。2024年2月現在、LNは 約5,000 BTC。これは多額に聞こえるかもしれませんが、比較すると、2024年2月時点で15万ビットコイン以上がイーサリアム（WBTC、ラップドビットコイン）にロックされています。 イーサリアムのブロック生成間隔はおよそ14秒であるのに対し、ビットコインは10分であるため、イーサリアムネットワーク上でWBTCを介してビットコインの取引を行う方が、すでにはるかに高速です。さらに、次のようなイーサリアムプロジェクトが ETH 2.0 また、イーサリアムのプラズマ技術により、取引手数料が十分に削減され、ライトニング・ネットワークは不要となり、時代遅れになるでしょう。さらに、WBTCを利用することで、 DeFi, これに対し、LNにはその機能がない。
最後に、そして最も懸念される点として、LNにはいくつかの脆弱性が確認されています。それらは以下の通りです：
- グリフィング攻撃: 資金が失われるわけではありませんが、被害者のライトニング資金が凍結され、ペイメントチャネルで取引を処理できなくなります。
- 洪水と略奪: 攻撃者は、多数の被害者に同時にブロックチェーンから資金を引き出させる（フラッド）。そして、この混雑を利用して、期限までに引き出せなかった資金を盗み取る（ルート）。
- 時間膨張攻撃: 攻撃者は、ブロックの配信を遅らせることで、被害者が新しいブロックの存在に気づくまでの時間を延ばす。
- ピンニング攻撃: 攻撃者は、被害者をだましてLNチャネルを不適切な方法で閉じさせ、個々の取引を盗み出します。
ビットコインのライトニングネットワークには、まだ取り組むべき課題が残っている
LNには脆弱性が存在しますが、現時点ではまだ誰もそれを悪用していません。これらの脆弱性を悪用するには非常に高度な専門知識が必要であるため、まだ誰も実行できていないのでしょう。LNの開発者たちは、こうした脆弱性の発見こそがネットワークをより強固なものにし、成長に欠かせない段階であると確信しています。 開発者たちは、これまでに発見された脆弱性に対する様々な修正策を講じられると楽観視しているが、ピンニング攻撃やタイムディレイション攻撃への対策には、LNの実装とBitcoin Coreの両方に同時に調整を加える必要がある。
現在のライトニング・ネットワークは多くの課題に直面していますが、このプロトコルはまだ比較的歴史が浅く、こうした問題は予想されるものです。ライトニングの開発者たちは今後もプロトコルの改善を続け、これらの課題を解決することで、レイヤー2におけるビットコインのスケーラビリティ向上に貢献できるかもしれません。
続きを読む： ビットコインとビットコインキャッシュの違い、そしてビットコインキャッシュが主にどのような異なるユースケースに対応しているのかを理解しましょう。
ライトニング・ネットワークについて、フルタイムのビットコイン・コア・コントリビューターが執筆した、10,000フィートの高さから冷静に分析した記事をお読みになりたい方は、アントワーヌ・リアールの 素晴らしい投稿ですね.
