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。

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、具体的にはビットコインの取引スピードとコストに対応するために作られました。

ビットコインの現在の理論上の最大トランザクション毎秒（TPS）は10ですが、実際には3から7の間です。これと、2020年に平均6,000 TPSを処理したVISAのような従来の決済プロセッサと比較してください（VISAの主張に基づく年間1880億件の取引）。

ビットコインの取引手数料は、ネットワークを使用する現在の需要によって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日には平均約2.50ドルでした。銀行送金や国際送金のような大規模な取引では、ビットコインの速度とコストは他の選択肢に比べて同等か優れています。しかし、ビットコインが日常の支払い（いわゆるマイクロトランザクション、例：コーヒー一杯、ガス）に使用される場合、取引速度を増加させ、取引コストを大幅に減少させる必要があります。

理論上のライトニングネットワーク

LNの仕組みと現在のLNの課題を理解するには、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因は、すべての取引が新しいブロックにチェーン上で追加されなければならないことです。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、ビットコインプロトコルを大幅に変更しない限り、可能な取引の数には厳しい制限があります。

より詳しく：ビットコインの取引はどのように機能するのか？

ビットコインプロトコルの大規模な再設計に関する議論は以前にも行われ、「ハードフォーク」を引き起こしました。最も顕著なのはビットコインキャッシュの作成です。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作成するのではなく、レイヤー2ソリューションです。これは、ビットコインプロトコルを比較的変更せずに、理論的には主要な再設計がもたらす利点を提供することを意味します。

LNは二者間の支払いチャネルを設定することによって機能します。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追加されます。最初と最後の間に発生する取引の数は無制限であり、これらの取引はオフチェーンで行われるため、ビットコインプロトコルによって制限されません。

支払いチャネルを開始するには、両者がビットコインの一定額をコミットしなければなりません。そのビットコインは保持され、支払いチャネルが開いている限り解放されません。このチャネルを通じて転送できるビットコインの合計額は、コミットされたビットコインの合計額です。例を見てこれを説明しましょう：

アリスとボブがそれぞれ支払いチャネルを形成したいとします。アリスは10BTCを、ボブは5BTC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15BTC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ブロックチェーンに追加されます。その取引がブロックチェーンに追加されると（10分以上かかる場合があります）、アリスとボブははるかに速いスピードで、実質的にコストなしで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1BTC送信アリス: 9 BTC ボブ: 6 BTC
アリスがボブに2BTC送信アリス: 7 BTC ボブ: 8 BTC
ボブがアリスに3BTC送信アリス: 10 BTC ボブ: 5 BTC
ボブがアリスに1BTC送信アリス: 11 BTC ボブ: 4 BTC

どちらか、または両者がチャネルを閉じたい場合、アリスとボブの最終的な残高を持つクロージング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11BTCで、ボブの最終残高は4BTCです。

では、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？実際、ボブはキャロルと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、ボブがキャロルにその取引を渡します。このシナリオでは、ボブは取引を渡すために小額の支払いを受け取るかもしれません。時間が経つにつれて、六次の隔たりの理論によって、LNはアリスが他の誰とでも取引できるようにします。

Lightning Network node mesh network
ノードAは、ノードCとBだけと直接の支払いチャネルを持ちながらも、ノードQと取引します。

実践における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ノードを運用することの容易さについて懸念があります。LNが成功するためには、LNプロトコルを実行するビットコインノードの堅牢なネットワークが必要です。LNノードを運用するのはかなり難しいことがあり、小規模ノードの運用に対する支払いインセンティブの問題があるかもしれません。ただし、LNの実行はフルビットコインノードの実行とそれほど違わないと主張することもできます。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、日常的なLNの体験はLN対応のウォレットを通して行われます。いくつかのより確立されたビットコインウォレットとは異なり、これらのLN対応ウォレットの新しさは、カストディアルとノンカストディアルバージョンとの間のトレードオフを意味します。ノンカストディアルLNウォレットは使いにくく、混乱しやすく、直感的ではありません。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。

詳しく読む：カストディアルとノンカストディアルウォレットの違いを理解し、それが経済的自由にどのように関連するかを理解する。

LNはまた、競合他社とも競争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。これは多く聞こえるかもしれませんが、比較すると、2024年2月時点でEthereum上には150,000を超えるビットコインがロックされています（WBTC、ラップドビットコイン）。ビットコインの10分とは対照的に、Ethereumのブロックタイムは約14秒ごとであるため、Ethereumネットワーク上でWBTCを介してビットコインを取引する方がはるかに速くなります。さらに、Ethereumプロジェクトの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で陳腐化させる可能性があります。また、WBTCを使用することでDeFiにアクセスできるという大きな利点があり、LNにはそれがないことも覚えておくことが重要です。

最後に、最も心配なのは、LNが多くの脆弱性に直面していることです。これには以下が含まれます：

グリーフィング攻撃：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同時に要求させます（洪水）。攻撃者はこの混雑を利用して、期限前に主張できなかった資金を盗みます（略奪）。
時間遅延攻撃：攻撃者が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を認識する時間を長くします。
ピニング攻撃：攻撃者が被害者をだましてLNチャネルを不適切に閉じさせ、個別の取引を盗みます。

ビットコインライトニングネットワークでまだ行うべき作業

LNは脆弱性を抱えているものの、まだ誰もそれを悪用していません。これらの脆弱性を実行するための専門知識が非常に高いため、誰もそれを行っていない可能性があります。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あり、それが成長の必要な段階であると自信を持っています。開発者たちは、これまでに見つけた脆弱性に対するさまざまな修正を作成することに楽観的ですが、ピニング攻撃や時間遅延攻撃は、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になります。

今日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、この種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を改善し続け、レイヤー2でビットコインをスケールさせるための問題を解決することができるかもしれません。

詳しく読む：ビットコインとビットコインキャッシュの違いを理解し、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。

ライトニングネットワークの冷静な概要を、フルタイムのビットコインコア寄稿者によって書かれた、アントワーヌ・リアードの素晴らしい投稿で確認してください。