ライトニングネットワークとは何ですか？

2016年のホワイトペーパーで提案された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掘り下げます。

なぜビットコインのライトニングネットワークは作られたのか？

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の問題、具体的には取引速度とコストの問題に対応するために作られました。

ビットコインの理論上の最大取引処理能力（TPS）は10ですが、実際には3から7の間です。これに対して、VISAのような従来の決済処理業者は、2020年には平均で6,000 TPSを処理していました（VISAの主張による年間1880億件の取引に基づく）。

ビットコインの取引手数料は、ネットワークの利用需要によって大きく変動します。例えば、2021年4月20日には平均取引手数料が50ドルを超えていたのに対し、2021年8月9日には平均約2.50ドルでした。大規模な取引、例えば銀行送金や国際送金においては、ビットコインの速度とコストは他の方法と比較しても遜色ないか優れています。しかし、ビットコインを日常の支払い（いわゆるマイクロトランザクション、例えばコーヒー1杯やガソリンの支払い）に使用するには、取引速度を大幅に上げ、取引コストを大幅に下げる必要があります。

理論上のライトニングネットワーク

LNの動作と現在の課題を理解するためには、ビットコインについて話す必要があります。ビットコインネットワークの制限要素は、すべての取引が新しいブロックにチェーン上に配置されなければならないことです。ブロックは約10分ごとにチェーンに追加されるため、ビットコインプロトコルを大幅に変更しない限り、取引の数には物理的な限界があります。

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ビットコインプロトコルの大規模な再設計についての議論は以前にも行われ、最も顕著なのはビットコインキャッシュの作成という「ハードフォーク」に至りました。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作成するのではなく、レイヤー2のソリューションです。これはビットコインプロトコルをほぼ変更せずに、理論上は大規模な再設計がもたらす利益を提供することを意味します。

LNは、2者間で支払いチャネルを設定することで機能します。この場合、最初と最後の取引のみがビットコインブロックチェーンに記録されます。最初と最後の間に行われる取引はすべてチェーン外で行われ、これによりビットコインプロトコルの制限を受けません。

支払いチャネルを開始するには、両者が一定量のビットコインをコミットする必要があります。コミットされたビットコインは、チャネルが開いている間は解放されません。このチャネルを通じて転送できるビットコインの総量は、コミットされたビットコインの総量です。例を見てみましょう：

アリスとボブが支払いチャネルを形成したいとします。アリスは10 BTC、ボブは5 BTCを支払いチャネルにコミットします。アリスとボブの合計15 BTCを保持する開設取引がビットコインブロックチェーンに記録されます。この取引がブロックチェーンに追加されると（10分以上かかることがあります）、アリスとボブははるかに高速で実質的にコストゼロの無制限の取引を行うことができます。以下はアリスとボブの間の取引です：

アリスがボブに1 BTCを送るアリス：9 BTC ボブ：6 BTC
アリスがボブに2 BTCを送るアリス：7 BTC ボブ：8 BTC
ボブがアリスに3 BTCを送るアリス：10 BTC ボブ：5 BTC
ボブがアリスに1 BTCを送るアリス：11 BTC ボブ：4 BTC

一方または両方がチャネルを閉じたい場合、最終的なバランスを持つ閉鎖取引がブロックチェーンに送られます。この場合、アリスの最終バランスは11 BTC、ボブの最終バランスは4 BTCです。

アリスがキャロルと取引したい場合はどうでしょう？ボブがキャロルとの支払いチャネルを持っているので、アリスはボブと取引し、ボブがキャロルに取引を渡します。このシナリオでは、ボブが取引を渡すために小額の手数料を取るかもしれません。時間が経つと、六次の隔たり理論により、LNはアリスが他の誰とでも取引できるようにします。

ライトニングネットワークのノードメッシュネットワーク ノードAは、ノードCとBとの直接的な支払いチャネルしか持っていないにもかかわらず、ノードQと取引します。

実際のライトニングネットワーク

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まで、多くの課題に直面しています。

LNノードを運営するのがどれほど簡単かについては懸念があります。LNが成功するためには、LNプロトコルを実行する堅牢なビットコインノードのネットワークが必要です。LNノードを運営するのは非常に難しい場合があり、小さなノードを運営するための支払いインセンティブの問題があるかもしれません。しかし、LNの運営はフルビットコインノードの運営とあまり変わらないとも言えます。とはいえ、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、日常的なLNの利用はLN対応のウォレットを通じて行われます。既存のビットコインウォレットと比べて、これらの新しいLN対応ウォレットには、カストディアルと非カストディアルのバージョン間のトレードオフがあります。非カストディアルLNウォレットは使いにくく、混乱しやすく、わかりにくいです。一方、カストディアルオプションは使いやすいですが、第三者にビットコインを預ける必要があります。

カストディアルと非カストディアルウォレットの違い、および経済的自由との関係についてさらに理解する。

LNは競合他社とも対峙しなければなりません。2024年2月時点で、LNには約5,000 BTCがロックされています。これは一見多く聞こえるかもしれませんが、2024年2月時点でEthereum上に150,000 BTC以上のWrapped Bitcoin（WBTC）がロックされています。Ethereumのブロックタイムはビットコインの10分に対して約14秒であるため、すでにWBTCを介してビットコインを取引する方がはるかに高速です。さらに、EthereumのプロジェクトであるETH 2.0やEthereum Plasmaが取引手数料を十分に削減し、ライトニングネットワークを不要かつ時代遅れにすることも考えられます。また、WBTCを使用することでDeFiへのアクセスという大きな利点が得られることも忘れてはなりません。これはLNにはない特典です。

最後に、最も懸念されるのは、LNがいくつかの脆弱性に直面していることです。これには次のものが含まれます：

グリーフィングアタック：資金は失われませんが、被害者のライトニング資金が凍結され、支払いチャネルが取引を処理できなくなります。
フラッドアンドルート：攻撃者が多くの被害者にブロックチェーンから資金を一度に引き出させ（フラッド）、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む（ルート）。
タイムディレーションアタック：攻撃者が被害者に新しいブロックの通知を遅延させ、認識時間を延ばす。
ピニングアタック：攻撃者が被害者を欺いてLNチャネルを不適切に閉じさせ、個別の取引を盗む。

ビットコインライトニングネットワークの今後の課題

LNは脆弱性を抱えていますが、まだ誰もこれらを悪用していません。これらの脆弱性を実行するために必要な専門知識が非常に高いことが理由の一つかもしれません。LN開発者は、これらの脆弱性を見つけることがネットワークを強化するだけでなく、成長の必要な段階であると自信を持っています。開発者はこれまでに見つけた脆弱性に対するさまざまな修正方法を作成することに楽観的ですが、ピニングアタックとタイムディレーションアタックはLNの実装とビットコインコアの両方に同時に調整が必要です。

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、プロトコルはまだ比較的若く、これらの問題は予想されるものです。ライトニング開発者はプロトコルの改善を続け、ビットコインをレイヤー2でスケールさせるための問題を解決できる可能性があります。

ビットコインとビットコインキャッシュの違い、およびビットコインキャッシュが主に異なるユースケースを提供している理由を理解する。

ライトニングネットワークについての冷静な10,000フィートの評価については、フルタイムのビットコインコア貢献者によって書かれたAntoine Riardの優れた投稿をチェックしてください。

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