ライトニングネットワークは、低コスト、高速、そしてプライベートな決済のために特別に設計されたレイヤー2のビットコインシステムです。
つまり、これは複数のライトニングトランザクションを決済するために必要な、オンチェーンでのビットコイントランザクションの数が少なくなる可能性があることを意味します。
複数のLightningトランザクションを多数の小さなBitcoinトランザクションに分割することで、マイナーとBitcoinネットワークのユーザーは、すべてのLightningトランザクションを確認・管理する必要がなくなります。おそらく最大のメリットは、Lightningユーザーの手数料が安くなることでしょう。
Lightningトランザクションは即時決済であるため、ユーザーはビットコインネットワークによる承認に依存する必要がなくなりました。Lightning決済は、トランザクションがブロックチェーン上に記録されないため、Torと同様のルーティング方式を採用しており、ユーザーのプライバシー保護が向上します。
歴史を知る：ライトニングネットワーク
研究者のタデウス・ドライジャ氏とジョセフ・プーン氏は、「ビットコイン・ライトニング・ネットワーク」という文書の中でライトニング・ネットワークを提案した。彼らの発言は、ビットコインを開発した謎の人物、サトシ・ナカモト氏が提供する決済方法に関する以前の会話に基づいていた。ナカモト氏と決済オプションについて話し合った開発者仲間のマイク・ハーン氏は、2013年にその会話内容を公表した。
本研究の説明では、決済チャネルに基づくオフチェーンシステムが概説されている。オフチェーン決済システムを用いることで、メインネットをクラスタリングすることなく、二者間で価値を移転することが可能となる。
オフチェーンチャネルは、ビットコインのスケーラビリティ問題を解決するために設計されています。プーン氏とドライジャ氏は、2013年のホリデーシーズン中にVisaのTPSが47,000に増加した経緯を説明しました。
ビットコインがVisaのTPS（1秒あたりのトランザクション数）に近づくためには、各ブロックで8ギガバイト相当のトランザクションを処理できる必要があるが、これは現在のブロックチェーンの処理能力をはるかに超えている。トランザクションがそれぞれ約300バイトだった頃、ビットコインの初期の処理速度は1秒あたりわずか7件だった。
さらに、ブロックのトランザクションサイズが1メガバイトに制限されているため、1つのブロックに47,000件を超えるビットコインのトランザクションを一度に収めるだけの容量はこれまでありませんでした。ライトニングネットワークのオフチェーン決済チャネルは、ネットワークに負荷をかけずにさまざまな小規模トランザクションを実行できるため、ビットコインの限られた容量に対処するために開発されました。
プーンとデイジャは2016年にLightning Labsを設立した。Lightning Labsは、Lightning Networkの拡張とその他いくつかの事業に専念する企業である。チームメンバーは時間の経過とともに何度か入れ替わったものの、Lightning Labsはプロトコルをビットコインコアネットワーク上で動作させることに成功した。
2017年にビットコインのSegWitベースのソフトフォークが実現したことで、大きな進歩がもたらされました。これにより、各ブロックにコンパイルできるトランザクション数が増え、長年の課題であったトランザクションの改ざん可能性が解決されました。この問題により、ユーザーはトランザクションを偽造してネットワークを欺き、ビットコインを自分のウォレットに保持することが可能になっていました。
事前テストのおかげで、開発者はすぐにライトニングネットワーク向けアプリの開発に着手することができた。ウォレットやゲームプラットフォームなどは、ライトニングネットワークのマイクロトランザクション機能を活用したシンプルなアプリの例である。
Lightning Labsは2018年に、ビットコインメインネット上でLightning Coreネットワークのベータ版を正式に公開しました。この時、Twitterの共同創業者であるジャック・ドーシー氏をはじめとする著名人がこの取り組みを支援し始めました。例えば、ドーシー氏はビットコインを用いたLightning Networkの開発のみを行うプログラマーチームを雇いました。将来的には、TwitterをLightning Networkに接続する計画も立てています。
ライトニングネットワークの仕組みとは？
消費者とパン屋など、異なる2つの当事者は、このプロトコルを使用してピアツーピアの決済チャネルを構築できます。接続が完了すると、このチャネルを通じて、低コストでほぼ瞬時に取引を無制限に送信できます。マフィンなどのより小規模な商品やサービスの支払いにも、ユーザーはこれを独自のプライベート台帳として利用でき、取引がビットコインネットワークに影響を与えることはありません。
決済チャネルを作成するには、支払者は一定量のビットコインをネットワークにロックする必要があります。ロックが完了すると、受取人は任意の量のビットコインを請求できます。消費者がチャネルを開いたままにしておきたい場合は、ビットコインを追加し続けることができます。
ライトニングネットワークチャネルを介して相互に取引を行う機能は、両者に共通です。ビットコインのブロックチェーンでは、一部のトランザクションは他のトランザクションよりも頻繁に内部的に解釈されます。例えば、2人のユーザーがチャネルを開設および閉鎖する場合、変更されるのはメインのブロックチェーンのみです。
関係者は、メインのブロックチェーンに通知することなく、継続的に資金をやり取りできます。この方式では、すべてのブロックチェーン取引がすべてのノードの許可を必要としないため、取引の遅延が大幅に削減されます。関係者のさまざまな支払い方法を連携させることで、取引をルーティングできるライトニングネットワークノードが作成されます。複数の支払い方法を組み合わせることで、ライトニングネットワークが構築されました。
両当事者による取引が完了すると、チャネルは閉じられます。その後、チャネル全体のデータは1つのトランザクションにまとめられ、保存のためにビットコインのメインネットに転送されます。統合により、多数の小さなトランザクションが一度にネットワークに過負荷をかけるのを防ぎ、ノードが迅速かつ容易に検証できるトランザクションにまとめられます。支払いチャネルがない場合、小さなトランザクションが大きなトランザクションと干渉し、ネットワークの速度が低下し、検証のためにノードが負うべき負担が増加します。
近所のパン屋で頻繁にペストリーを購入し、ビットコインで支払うことを好むサムを例に考えてみましょう。ビットコインには規模の問題があるため、彼はマフィン1個につき少額の取引を行うことに決めるかもしれませんが、その取引の承認には1時間以上かかる可能性があります。サムは、たとえ取引額が少額であっても、ビットコインネットワークが課す高額な手数料を支払わなければなりません。
カードなどの従来の決済方法は、特にVisaのような企業にとって、1秒あたり24,000件以上のトランザクションを処理できる能力があるため、少額取引に効果的です。一方、ビットコインは1秒あたり7件のトランザクションしか処理できません。
サムはライトニングネットワークを使ってパン屋と決済接続を確立できます。この接続を通じて行われたマフィンの購入はすべて監視され、パン屋には確実に支払いが行われます。取引は即座に行われ、手数料はわずかで、場合によっては無料になることもあります。接続開始に使用したビットコインが使い果たされた後、サムは接続を終了するか更新するかを選択できます。接続が閉じられると、その接続で行われたすべての取引はビットコインのメインブロックチェーンに記録されます。
Lightning Networkは、2者間でスマートコントラクトを作成します。契約の条項は、契約締結時に契約に組み込まれ、変更することはできません。契約は、関係者全員が同意する特定の条件で最初に締結されるため、スマートコントラクトのプログラミングによって契約履行の自動化も保証されます。顧客がマフィンの代金を支払うなど、特定の要件が満たされると、契約は即座に完了します。Lightning Networkは、決済チャネルが承認した後、トランザクションを暗号化します。以前はまとめてアクセス可能だった価値移転の個々のトランザクションは、暗号化によって隠蔽されます。
トランザクションは、制限なくブロックチェーン外で実行できます。オフチェーン・トランザクションは、最終的に支払いチャネルが閉じられるとメインネットに反映されるため、ブロックチェーンの維持に貢献すると考えられます。メインネットはすべてのトランザクションを仲裁します。オフチェーン・プロトコルは独自の台帳を持ちますが、メインチェーンはライトニング・ネットワークの中核であるため、常にメインチェーンに再統合されます。オフチェーン・プロトコルは、メインチェーンが存在する場合にのみ開発が可能です。
ビットコイン・ライトニングネットワークのメリットとデメリットは何ですか？
メリット
ライトニングネットワークの明確な利点は、取引が迅速かつ低コストで行えることであり、これにより、これまで不可能だった方法で少額決済が可能になる。ライトニングネットワークがなければ、ユーザーは単純な取引でも高額な手数料を支払い、検証に1時間以上待たなければならない。マイナーはインセンティブが高い大規模な取引を検証対象として選択するため、小規模な取引ほど長い待ち時間が発生する。
ビットコインのブロックチェーンの上には、ライトニングネットワークと呼ばれるレイヤーが接続されています。ビットコインで採用されているセキュリティ手法は、その明確な相互接続性のおかげで、ライトニングネットワークにも引き続きメリットをもたらします。セキュリティを心配する必要がなくなったことで、ユーザーは大規模な取引にはメインのブロックチェーンを、小規模な取引にはオフチェーンのライトニングネットワークを切り替えて利用できるようになりました。
傍受者は個々の取引ではなく、パッケージ全体しか閲覧できないため、ライトニングネットワークの決済チャネルはプライベートな取引を実現します。
仲介者や取引所を必要とせずに仮想通貨を別の仮想通貨に交換するアトミックスワップも、仮想通貨マニアによって試されている。アトミックスワップは、ほとんどコストやウォレット間の送金なしで非常に瞬時に交換できるため、取引所よりも実用的である。
デメリット
ライトニングネットワークを利用するには、適切なウォレット（無料のものも多いので、そうでなくても構いません）が必要です。ライトニングネットワークに対応したウォレットを見つけるのは簡単ですが、ビットコインウォレットを使って資金を入金する必要があります。従来のウォレットからライトニングネットワークウォレットへの最初の送金には手数料がかかるため、このプロトコルを利用するユーザーは、その過程でビットコインの一部を失うことになります。ライトニングネットワークウォレットにビットコインをロックアップしていない限り、ユーザーは支払いチャネルを開設できません。
ウォレット間でビットコインを移動させる際の難しさやコストは、新規ユーザーの利用を阻害する要因となっている。しかし、手数料なしでオンチェーンとオフチェーンの両方の支払いをサポートするウォレットも存在し、その利便性は今後間違いなく高まっていくだろう。
支払いチャネルの参加者は、受け取った資金を利用する前に、ビットコインを取り戻すためにチャネルを積極的に閉じる必要があります。例えば、チャネルを開いたまま少額の現金を引き出すことはできません。
決済チャネルを開設または閉鎖するには、関係当事者は「チャネル手数料」と呼ばれる初期取引を行う必要があります。チャネル開設の基本的な考え方は単純明快ですが、こうした追加手数料が発生するため、多くの潜在的な利用者にとって費用が高額になりすぎてしまいます。
しかし、オフライン取引における詐欺は、ライトニングネットワークの主要な問題点の1つです。一方の当事者が、もう一方の当事者がオフラインになっている間に決済チャネルを遮断することで、相手から金銭を盗むことが可能です。相手が接続した時には、もはや対策を講じるには手遅れです。接続が途絶えれば、詐欺師は単に活動を停止してしまうかもしれません。
ライトニングネットワークには他にも欠点があり、例えば、検証を受けずに送信されたトランザクションである「ブロックされた支払い」が挙げられます。ビットコインネットワークは保留された支払いを解放しますが、正当なトランザクションはブロックされたトランザクションよりも検証の優先順位が高いため、完了までに数日かかる場合があります。
そして最後に、ライトニングネットワークがすべての問題を解決したとしても、規制当局の存在は消えることはないだろう。規制当局がライトニングネットワークを完全に理解し、必要な法整備を行うことは困難かもしれない。
当局が問題に直面した場合、一般のビットコインユーザーがライトニングネットワークを利用することは現実的ではないかもしれない。規制当局は、ライトニングネットワークの存在を知っていても、その秘密性ゆえに承認しない可能性がある。匿名取引は、ユーザーが支払いチャネルから退出するまで閲覧できず、チャネル内で行われた正確な取引のみを閲覧できるわけではないため、立法府はこれに難色を示すかもしれない。
進化
ビットコイン開発者がビットコインブロックチェーン上で資産を生成、送信、受信できるようにする新しいソフトウェアであるTaroデーモンのテスト版が、ライトニングネットワークのインフラ企業であるLightning Labsによってリリースされた。
4月にリリースされたTaprootベースのプロトコルであるTaroのおかげで、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でステーブルコインなどの資産を発行できるようになった。これらの資産は、ライトニングネットワークを介して、即時かつ大量、低コストの取引に交換できる。
前述の通り、ビットコインのレイヤー2スケーリング技術であるライトニングネットワークにはプライバシーの問題があります。決済ネットワークの利用者は、支払い、払い戻し、または決済チャネル（ライトニングノード間の接続）の開始と終了を行う際に、プライバシーの問題に直面する可能性があります。
こうした懸念から、プライバシーの向上だけでなく、その他多くの実用的な機能も備えた提案システムである「Basis of Lightning Technology 12」（BOLT 12）のようなプロトコルベースの代替案が提案されている。ビットコインの改善提案（BIP）と同様に、BOLTはライトニングネットワークのドラフト提案である。
独立したソリューションも登場しており、中でも特筆すべきは、Web を介してさまざまな Lightning アプリケーションとサービス間の通信を容易にするためのツール群である LNURL と、請求書のプライバシー保護ツールである Lnproxy です (請求書は単なる支払い要求です)。
では、プライバシーを懸念するビットコインユーザーは、黎明期のBOLT 12仕様に頼るべきでしょうか、それともこれらの独立したツールのいずれかを使用すべきでしょうか？
ボルト12：それは何ですか？
Lightning NetworkにBOLT 12のおかげで「取引」機能が加わりました。BOLT 12の公式ウェブサイトでは「請求書の前身」と説明されているこのオファーは、「再利用可能なQRコード、送金と受取の両方の機能、そしてもちろんプライバシーの向上など、重要な機能を提供する」とのことです。
再利用可能なQRコードは、寄付や定期購読といった用途への道を開きます。Lightning ATMやプライベートな払い戻しも、送受信機能と連携して利用できるようになります。さらに、支払者キー、経路秘匿、シュノール署名といった新機能により、プライバシー保護のレベルがさらに向上します。
Lightning Networkノードのセットアップガイド
ライトニングネットワークのノードは、ビットコインノードと同様に、ライトニングネットワークに接続し、他のノードとの間でBTCを送受信します。これらのノードは、ライトニングネットワークの基本的な構成要素です。
すぐに使えるソリューションを使えば、Lightning Networkノードのセットアップとメンテナンスは非常に簡単です。ほとんどの完全なBitcoinノードパッケージはLightningクライアントを実行し、ノードの実行に必要なすべてのコンポーネントが小さなボックスに詰め込まれているため、あとは接続して画面の指示に従うだけです。最初のBitcoinノードをセットアップするための簡単な方法をいくつかご紹介します。
ステップ1：工具とハードウェアを組み立てる
ノードを運用するには、初期費用としてハードウェアへの投資が必要です。
選択肢はいくつかありますが、Raspberry Piはその中でも最も入手しやすいものの1つです。
以下の追加装備を準備しておく必要があります。
データ保存用の1テラバイトSSDハードディスクとmicroSDカード
GPIO接続、XPT2046タッチコントローラー、5フィートイーサネットケーブル、LCDスクリーン、3.5インチRPiディスプレイ。
ステップ 2: アプリケーションをインストールします。
RaspBlitzという特定のソフトウェアをRaspberry Piにインストールし、メモリカードに保存する必要があります。
Raspberry Pi デバイスにソフトウェアをインストールする最も簡単な方法は、Raspberry Pi Imager を使用することです。お使いのオペレーティングシステムに対応したチュートリアルをオンラインで見つけて、指示に従ってください。
RaspiBlitzは、Umbrelなどの他のソフトウェアに置き換えることができ、UmbrelはRaspberry Piコンピュータまたは標準的なPCにインストールできます。
Sステップ3：ネットワークに参加する
アプリケーションが読み込まれると、ウォレットの作成と読み込みの手順を段階的に説明するチュートリアルが表示されます。
次の段階はブロックチェーンのダウンロードです。この処理には数時間から数日かかる場合があることを覚えておいてください。
ライトニングチャネルを開き、ノードとの接続を確立すれば完了です。これで、ノードからBTCを送金する準備が整いました！
Lightningノードを運用中に、別のノードを経由して支払いをルーティングするには、まずそのノードとの間で1つ以上の支払いチャネルを作成する必要があります。そうしないと、ノードは支払いを送信できません。
プロのヒント：ネットワーク経由でBTCを送金するには、優れた容量を持つ信頼性の高いノードへのチャネルを作成する必要があります。
まとめ：ビットコイン・ライトニング・ネットワークの未来
とはいえ、ライトニングネットワークの利用頻度は増加傾向にある。ライトニングネットワークには100億ドル相当以上のビットコインがロックされている。アプリを利用したり、ギャンブルをしたり、商品やサービスの支払いをしたりする人々は、このカテゴリーに該当する可能性がある。
Lightning Network対応ウォレットなど、ネットワーク利用に不可欠なプログラムもいくつかあります。Lightning Networkはビットコインのメインネットとは異なるプロトコルで動作するため、ユーザーは決済チャネルを作成するために専用のウォレットを使用する必要があります。効率的なウォレットがなければ、取引プラットフォームはLightning Networkを利用できません。Lightning Networkの普及が進むにつれて、Lightning Network機能を統合するウォレット開発者が増えることが予想されます。Lightning Networkでは、ノードとなる熱心なユーザーがトランザクション速度を向上させることができます。
さらに、Lightningの開発は、さまざまなアプリケーションでレイヤー2ソリューションを提供するまでに拡大していることも重要です。より多くの仮想通貨取引所がこのプロトコルを採用し始めれば、可能な限り多くのトレーダーが利用できるようになります。混雑時でも、Lightning Networkを採用している取引所を利用すれば、顧客は少額のビットコインを迅速かつ手頃な価格で引き出すことができます。ビットコインの技術は旧式であるため、Lightning Networkを利用しない場合、ユーザーは高額な取引手数料や長い待ち時間に遭遇する可能性があります。
Lightning Networkは、サードパーティサービスであるWatchtowerの導入により、ユーザーのセキュリティをさらに強化しました。これらの専用ノードは、時折オフラインになることで不正な取引を防ぎ、潜在的な決済チャネルを遮断します。
参加者は、自分のチャンネルを放置する代わりに、監視塔に少額の手数料を支払い、チャンネルの取引を示すシグニファイアを送信することができる。監視塔はこのシグニファイアを使用して、ユーザーのチャンネルを他のすべてのチャンネルから区別し、追跡する。
監視塔が、攻撃者が決済チャネルを遮断しようとするなどの悪質な行為を検知した場合、資金を迅速に凍結し、オフラインのユーザーに返還します。また、監視塔は、その悪質な人物の資金をチャネルから削除することで、ペナルティを課します。
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