ライトニングネットワークとは何か？わかりやすく解説
ライトニングネットワークとはビットコイン用のレイヤー2プロトコルで、安価で高速、プライベートな決済を目指して設計されています。決済チャンネルからなるオーバーレイネットワークとして機能するライトニングネットワークでは、ライトニング決済はビットコインのブロックチェーンに記録されません。ブロックチェーンに記録されるのはチャンネルの設立と閉鎖のみです。これは実質的に、多くのライトニング取引が少数のオンチェーンのビットコイン取引で決済されることを意味します。
オンチェーンとは？
ブロックチェーン技術における一つの概念。ブロックチェーン上に記録される取引、もしくはその仕様のことを指す言葉。 オンチェーンという用語は英語の On-chain が語源であり、「ブロックチェーンの上に乗っている」という意味です。
ライトニングネットワークがビットコインのネットワーク上で構築されている詳細については、「ビットコインとは何か？」をご覧ください。
多くのライトニング取引をビットコイン取引に集約することで、ビットコインネットワーク上のユーザーやマイナー（マイニングする人）は、これらのライトニング取引すべてを検証し保存する必要がなくなります。このことが主な利点となり、これによりライトニングユーザーの手数料が低下します。さらに、ライトニングユーザーはビットコインのブロックチェーンでの確認を待つ必要がなくなり、取引が即時に行われます。
最後に、追加のボーナスとして、取引がブロックチェーンに記録されないこと（そしてライトニングの支払いに対するTorのようなルーティングアルゴリズムと組み合わせること）は、ライトニングユーザーが一般的にいくらかの追加のプライバシーを享受できることを意味します。
ライトニングネットワークは誰によって作られたのか？
ライトニングネットワークは2015年に初めて提案され、ジョセフ・プーンとサデウス・ドリジャによって執筆されたライトニングネットワークのホワイトペーパー（全文：「ビットコインライトニングネットワーク：スケーラブルなオフチェーン即時決済」）に記載されています。ライトニングネットワークの様々なデザインアスペクトは、ホワイトペーパーよりもさらに以前から存在しています。
それ以来、いくつかのチームが異なるライトニングの実装を開発してきました。これには、Blockstreamのc-lightning、Lightning Labsのlnd、そしてAcinqのEclairが含まれます。すべての実装はBOLTプロトコル仕様を通じて互換性があります。
ライトニングネットワークは日々改良されており、進行中の作業です。
SATとは何ですか？
Sats、または「サトシ」は、ビットコインのブロックチェーンに記録されるビットコインの最小単位です。1サトシは0.00000001 BTC、つまり1億分の1ビットコインを表します。その名前は、ビットコインの匿名の生みの親、サトシ・ナカモトから取られています。
ビットコインの価値が上昇し、BTCのごく一部でも多くの商品やサービスの支払い、定期的な投資、マイクロタスクの支払いに十分なため、BTCはよくサトシで表されます。サトシを使用することで、ユーザーは1セント未満の取引を行うことができます。
ハッシュタグ#StackingSats は、サトシの習慣的な蓄積をソーシャルメディアで参照するために使用されます。また、Carrotのような報酬プラットフォームでは、タスクの完了に対してサトシで報酬を支払います。
ライトニングネットワークの手数料はどのように機能するのか？
ビットコイン上では、手数料はブロックに取引を含めるためにマイナーに支払われます。しかし、ライトニングネットワーク自体にはマイナーもブロックもありません。(もちろん、レイヤー2のソリューションとして、最終的にはマイナーやブロックに依存しています。マイナーやブロックがなければビットコインもなく、したがってライトニングネットワークも存在しないからです。)
代わりに、手数料は流動性を提供（資金供給されたチャンネル）し、取引を転送するネットワーク上のライトニングノードに支払われます。一部のノードは他のノードよりも多くの手数料を請求するかもしれませんが、手数料は一般的に低く、競争相手のノードを設定することができるので、競争はおそらく手数料を比較的低く抑えるでしょう。
手数料の支払いは通常、ウォレットで抽象化されており、あまり心配することはありません。オンチェーン取引とは異なり、手数料が低すぎるリスクはありません。あなたの取引はすぐに通るか、まったく通らないかのどちらかです。
自分で手数料を稼ぎたい場合は、ライトニングノードを設定する必要があります。理想的には、多くの他のノードと良好に接続され、さまざまなチャンネルで多くの流動性を持つライトニングネットワーク上のノードです。また、このノードをできるだけオンラインにしておくと便利です。
ライトニングネットワークノードを設定する方法
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ノードは、ネットワークに接続して他のノードからBTCを送受信するソフトウェアです。基本的に、ライトニングネットワークはこれらのノードから成り立っています。
ライトニングネットワークに本当に参加するためには、ユーザーは自分のノードを運用することを検討するべきです。ノードを運用しなくてもライトニングネットワークのチャンネルを通じてBTCを送ることは可能ですが、自分のノードを運用することでネットワークの成長を助け、流動性を増やし、利益を得る可能性があります（以下で説明します）。
ライトニングネットワークウォレットとは何ですか？
ビットコインウォレットは、ユーザーがBTCを送受信できるようにするプログラムやアプリです。ライトニングネットワークで機能するビットコインウォレットは、ユーザーがライトニング決済を行うことを可能にします。
一般のビットコインウォレットと同様に、ライトニング対応ウォレットにはそれぞれ異なるバージョンがあり、それぞれがユニークな特性とトレードオフを持っています。例えば、デスクトップのライトニングウォレットは、頻繁にチャンネルをチェックしたい人にとって選択肢となるかもしれません。しかし、ライトニングネットワークは、比較的小さいBTC取引を容易にするために設計されているため、多くのユーザーはフルノードのセキュリティを重視していません。多くの人にとって、モバイルのライトニングウォレットが最も便利であるため、選択の一部となっています。
ライトニングチャンネルを設定するにはどうすればいいですか？
ライトニングチャンネルを設定するためには、ライトニングノードを運用するかライトニングウォレットを持つ必要があります。一般的な選択肢としては、c-lightningやlnd（ノード）、Eclair、Zap、Lightning App（ウォレット）などがあります。これらを設定したら、ユニークなコードを使用して他のライトニングノードやウォレットとペイメントチャンネルを設定できます。具体的な設定方法は、使用するソリューションによって若干異なります。
設定が完了すると、チャンネルの資金が許す限り、ネットワーク全体で取引を行うことができます。設定によっては、他のユーザーのために取引を転送し、手数料を得ることもできます。
厳密に言えば、ライトニング決済を送受信するためには、少なくとも1つのペイメントチャンネルを開設する必要があります。それは言った上で、何らかの理由でライトニングチャンネルを開設したくない（まだ）場合、それを回避する方法がいくつかあります。
例えば、Blue Walletのようないくつかのライトニングウォレットは、カストディアル（託管）ソリューションを提供しています。これは基本的に、ユーザーが支払いを受け取るとき、実際にはウォレットの運営チームがユーザーの代わりに支払いを受け取っているということを意味します。資金はウォレットのユーザーによって引き出されることができますが、それまでは実際にはBlue Walletチームが管理しています。これにはユーザーがすぐに支払いを受け取ることができるという利点がありますが、ユーザーが資金を引き出すことをウォレットチームに信頼する必要があるという明らかな欠点もあります。
また、Submarine Swapsのようなサービスでは、ライトニングチャンネルを開設せずに支払いを行うことができます。ユーザーは通常のオンチェーン取引をサービスに送り、サービスはその取引をライトニング決済として受取人に転送します。このようなタイプの支払いは信頼性があります。つまり、サービスプロバイダーが支払いの転送を止めることはありません。しかし、ユーザーはオンチェーンの手数料と上乗せのサービス手数料を支払う必要があります。
参考：Submarine Swaps https://submarineswaps.org/
ワンボとは何ですか？
ワンボは、ライトニングチャンネルで保持できるBTCの量に制限を設ける（最初は0.16777215 BTCに制限されていた）と、個々の支払いの大きさに上限を設けることを目的として開発されたライトニング実装です。これらの制限は、ライトニングネットワークがまだ新しい技術であり、あまり試験されていないときにリスクがあるため、最初に設けられました。ワンボによってチャンネルと支払いの上限を超えるためには、両側のユーザーがその意志を示す必要があります。
この開発は、スポンジボブ・スクエアパンツというアニメのエピソードで造語された「ワンボ」から名付けられました。このエピソードでは、キャラクターのパトリック・スターが、「ワンボ」を一連の例を使って定義しています。「私はワンボ、あなたはワンボ、彼、彼女、私：ワンボ」と彼は言っています。
この言葉は、2018年11月のサミットでライトニングの開発に適用されました。これは、その引用がチャンネルと支払いの上限を超える合意に必要な相互の同意を暗示しているからです。ただし、このサミットの直接的な引用やアイデアを特定の個人に結びつけることは許されていませんでした。これは、サミットのルールにより、アイデアの自由な交換を奨励するためです。
「新しいチャンネルの両側が「option_i_wumbo_you_wumbo」を設定してお互いをワンボすることに同意すれば、彼らは167.77216mBTCよりも高い容量のチャンネルを構築することができます。」とライトニング開発者のZmnSCPxjは当時、ライトニング開発者のメーリングリストに説明しています。「ノードが「option_wumborama」を広告すると、どのノードでも制限以上の容量でチャンネルを構築することができます。この用語を提唱したのは、[第二回ライトニング開発サミット]に出席した一人です。」
Eclairとc-lightningのクライアントは2020年初頭にwumboのサポートを導入し、LNDは2020年8月にwumboチャンネルのサポートを開始しました。
ライトニングはビットコインをどのようにスケーリングするのですか？
ライトニングネットワークは、「ビットコインブロックチェーンのスケーラビリティ問題」に対する解決策として初めて提案されました。ネットワークのホワイトペーパーによれば、ビットコインはすべての取引をすべてのネットワーク参加者にブロードキャストするため、世界の決済プラットフォームとして効果的に機能することはできません。
「ビットコインネットワークの各ノードが全世界のすべての取引を知る必要があるとすれば、それはネットワークが全世界の金融取引を包括する能力に大きな障害となるかもしれません。」とホワイトペーパーは述べています。「代わりに、ネットワークが提供する分散化とセキュリティを犠牲にすることなく、すべての取引を包括する方法が望ましいでしょう。」
作者らはさらに指摘しています。伝統的な決済ネットワークであるVisaは、秒間47,000件の取引を管理できますが、Bitcoinは1MBのブロック制限で秒間7件未満の取引しかサポートできませんでした。彼らが提案したこのスケーリング問題の解決策はライトニングネットワークであり、これはユーザーがBTCで取引を行い、チャンネルの資金供給やクロージング時にのみこれらの取引をビットコインブロックチェーンに記録するレイヤー2プロトコルです。
ライトニングネットワークのリスクは何ですか？
ライトニングネットワークはビットコインに大規模なスケーリングの可能性を提供し、世界の伝統的な決済システムに代わるものを提供しますが、まだ比較的新しい技術であり、その採用は微々たるものです。大規模なライトニングの採用がもたらす可能性のあるすべてのリスクがまだ特定されていない可能性があります。また、この初期の段階でも、この技術の欠点を認識することは重要です。
ライトニングネットワークは比較的少数の操作ノードを持っているため、資金が特定のノードに集中する可能性があります。これはビットコインネットワークでは起こってはならない集中化のリスクをもたらす現実です。資金が大量に集まっているノードが同時に多くのユーザーに対して不正を行おうとすると、ネットワークに大きな混乱をもたらす可能性があります。
また、上記の通り、これらの取引は全ネットワークにブロードキャストされるため、比較的遅いです。これはビットコインの公開分散台帳の特性です。基本的に、ライトニングネットワークは全ネットワークにブロードキャストされないチャンネル内での取引を可能にすることでスピードを向上させていますが、これ自体がセキュリティ上のトレードオフとなる可能性があります。これにより、これらのチャンネル内で不正行為を行う機会が生まれる可能性があります。
「例えば、モリーとアンジェラがチャンネルを持っていて、それぞれが10,000サトシを預けているとします。これで合計20,000サトシになります。チャンネルの寿命中に、アンジェラがモリーに5,000サトシを支払い、モリーの合計が15,000サトシ、アンジェラの合計が5,000サトシになります。しかし突然、何らかの理由でモリーは自分のライトニングウォレットにアクセスできなくなります（ノードがオフラインになっているか、コンピュータが故障しているか、休暇中かもしれません）。そこでアンジェラはちょっとイタズラ心を出して、チャンネルの最終状態をブロックチェーンにブロードキャストするときに、チャンネルの最初の状態（彼女たちが最初に預けた10,000サトシのバランス）をブロードキャストして、モリーから彼女が支払ったものを騙そうと決定します。モリーがメキシコ湾の孤島にいて、コンピュータから離れているため、彼女はアンジェラの不正行為をチェックし、チャンネルの実際の状態を確認することができず、5,000サトシを失うことになります。」
このリスクを緩和するために、ライトニングネットワークの開発者たちは「ウォッチタワー」という技術的な機能を導入しました。これは、チャンネルを監視する機能です。
チャンネルが更新されると、ユーザーの公開鍵に対応する秘密の署名を含む暗号化された「ブロブ」がウォッチタワーに送信されます。同時に、ウォッチタワーはチャンネルの前の状態のトランザクションIDの半分を受け取り、これがブロブの復号化キーとなります。ウォッチタワーはこれらのブロブと復号化キーを保存していますので、不正なアクターが古いチャンネル状態をメモリプールにブロードキャストしようとした場合、そのトランザクションIDが自分が持っている他のトランザクションIDの半分と一致することを認識することができます。トランザクションIDの両半分を持っていると、ウォッチタワーは対応するブロブを復号化し、不正なアクターを拒否し、資金を正直なチャンネルユーザーのウォレットに送信することができます。
ライトニングネットワークにはどれくらいのビットコインが存在していますか？
特定の時間にライトニングネットワークのチャンネル内に保持されているBTCの正確な量を推定することは難しいです。BitMEX Researchが2020年のライトニングネットワークに関するシリーズで説明したように、ブロックチェーンのデータを通じて異なる方法で識別できる取引の種類があり、それらすべてがライトニングチャンネルに明確に関連づけられているわけではありません。
そのレポートの一部を要約すると、公開ブロックチェーンのデータを通じて分析できる3つのライトニングネットワーク取引タイプがあります：チャンネルの開設、"協調的"チャンネルのクロージャ、そして"非協調的"チャンネルのクロージャです。"非協調的"ライトニングチャンネルクロージャとは、ライトニングネットワークノードがチャンネルとリンクされたノードと直接通信せずにペイメントチャンネルのクロージャを開始することを意味します。一方、"協調的"チャンネルクロージャは、両方のチャンネル参加者がチャンネルを閉じることに合意し、チャンネルの最終状態をブロックチェーンに決済することを意味します。
チャンネルを開設する
公開ライトニングチャンネルについては、公開ライトニングネットワークノードから取得したデータから開設取引を特定することが可能です。また、そのクロージャが「非協調的」である場合、チャンネルクロージャ時に取引のアウトプットが引き出されたときに、開設取引が後から識別される可能性があります。しかし、BitMEX Researchによれば、ブロックチェーンのデータだけからすべてのチャンネル開設取引を確実に識別することはできないかもしれません。
非協調的なクロージャ
BitMEX Researchのレポートによると、ブロックチェーンのデータを分析する際に非協調的なライトニングチャンネルクロージャがライトニングに関連していると確信することは難しいとのことです。しかし、レポートでは、これらのクロージャはブロックチェーン上で直接、かつ合理的な確信度で識別することができ、これらの取引はチャンネルクロージャに続いて取引のアウトプットが引き出されたときにより正確に特徴付けることができると述べています。
協調的なクロージャ
BitMEX Researchは、すべてのスペンドが2-of-2のマルチシグネチャスクリプトを使用して引き出されるビットコインブロックチェーンをスキャンすることが可能で、これはそれがライトニング取引であることを示唆する可能性があるが、これは確証を提供しないと指摘しています。このため、ブロックチェーン上で協調的なチャンネルクロージャを確実に特定し、ライトニング活動の正確な会計を取ることは現時点では不可能と思われます。
別の2020年のBitMEX Researchの報告書では、「スウィープトランザクション」分析方法を用いて識別したライトニングチャンネルの72.2％が公開チャンネルであり、27.8％がプライベートであったと推定しています。
しかし、ライトニングネットワークの容量の一般的な測定は、Bitcoin Visualsや他のデータ集計者を通じて公開されています。これは、すべての公開ライトニングネットワークチャンネルを通じての累積ビットコイン容量の測定であり、執筆時点で、ライトニングチャンネルで取引されることが確認できるBTCの量は、ネットワークが導入されて以来、比較的安定して増加しています。
さらに、ライトニングネットワーク上には、ライトニングチャンネル内に保持されていると公に確認できるよりもはるかに多くのビットコインが存在する可能性があります。
追伸
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