ブロックチェーン/レベル V · レイヤー/5.1 Lightning/レッスン 1
ペイメントチャネル
2つの署名で数千件の支払い：オフチェーン決済の仕組み
用意するものマルチシグ入力を閲覧できるブロックエクスプローラー（例：mempool.space）BOLT #2仕様書ファンディングトランザクションとコミットメントトランザクションの構造を可視化するための作図ツール
問い
- 2者は、ビットコインのブロックチェーンに2件のトランザクションを送信するだけで、どのようにして何千件もの即時支払いを行えるのか？
- 参加者が自分の残高に有利な古いコミットメントトランザクションをブロードキャストするのを、どのような仕組みが防いでいるのか？
- 2013年にジェレミー・スピルマンが示した最初のペイメントチャネルは、なぜ一方向のみだったのか？
探究
- ビットコインのベースレイヤーは約10分間隔でトランザクションを決済するため、高頻度のマイクロペイメントには遅延と手数料の制約が生じる。ペイメントチャネルは状態更新の計算負荷をオフチェーンに移し、参加者がネットワークへの伝播なしに署名済みの残高状態を無制限に交換できるようにする。オンチェーンのブロックチェーンは決済レイヤーとしてのみ機能し、最初のファンディングと最終的なクローズだけを検証する。
- チャネルはファンディングトランザクションから始まる。これはアリスとボブの両者が管理する資金をロックする2-of-2マルチシグのアウトプットである。それぞれが1 BTCずつ拠出すれば、チャネル容量は2 BTCとなる。どちらの当事者も、相手の署名なしにこの資金を単独で使うことはできない。この構造により、両者はメインチェーン上の潜在的な請求権としてのみ存在する共有口座で結びつけられる。
- 運用中、アリスとボブは新しい残高配分を表すコミットメントトランザクションを交換する。各更新は前の状態を置き換える。アリスがボブに0.1 BTCを送る場合、両者はアリスのアウトプットからボブのアウトプットへ資金を移す新しいトランザクションに署名する。これらの署名済みで未ブロードキャストのトランザクションは有効なビットコイントランザクションであり、相手方を信頼することなく、どの最終状態もオンチェーンで強制執行できることを保証する。
- また、双方とも、自分により多く支払われる古い状態をブロードキャストできないようにしなければならない。ライトニングはこれをリボケーションシークレットとタイムロックで実現しており、詳しくは後のレッスンで扱う。要するに、失効済みの状態を公開すると相手方がチャネル残高全体を取得できるため、不正は割に合わない賭けとなる。
- クローズは協調的または一方的に行われる。協調クローズでは、両当事者がタイムロックなしで最終残高を即座に支払う決済トランザクションに署名する。一方の当事者が接続を断ったり悪意ある行動をとったりした場合、もう一方は最新のコミットメントトランザクションをブロードキャストして強制クローズできる。この一方的な経路では、強制クローズした側は自分の取り分を使う前に相対タイムロックの期間を待たなければならず、その間にペナルティを請求する時間が確保される。相手方のアウトプットはほぼ即座に利用可能となる。
- 前身としては、支払いが支払者から受取人へ一方向にしか流れないジェレミー・スピルマンの一方向チャネル（2013年）と、クリスチャン・デッカーとロジャー・ワッテンホーファーの双方向（デュプレックス）チャネル（2015年）がある。ジョセフ・プーンとサデウス・ドライジャによるライトニングネットワークの論文（2015年草稿、2016年版）は、チャネルを無期限に開いたままにできる失効可能なコミットメントと、多数のチャネルをまたいで支払いをルーティングできるHTLCを追加した。現在はLND、Core Lightning、Eclairといったメインネット実装がこれらの状態を管理しており、本格的な普及は2018年に始まった。
重要な事実
- ペイメントチャネルは資金を2-of-2マルチシグのアウトプットにロックし、オンチェーンで使うには両者の署名が必要となる。
- コミットメントトランザクションは、チャネル残高を再配分する署名済みで未ブロードキャストの更新であり、新しい状態がそれぞれ直前の状態を置き換える。
- リボケーションシークレットにより、古いコミットメントトランザクションがブロードキャストされた場合、相手方はチャネル残高全体を請求できる。
- 協調クローズはタイムロックのない決済トランザクションで残高を即座に精算する。一方的なクローズでは、ペナルティの検証のために相対タイムロックが課される。
- ジェレミー・スピルマンの2013年の一方向チャネルと、デッカー／ワッテンホーファーの2015年の双方向チャネルが、ライトニングネットワークの主な前身である。
- 主な実装にはLND（Lightning Labs）、Core Lightning（Blockstream）、Eclair（ACINQ）、LDKがあり、メインネットでの利用は2018年から加速した。
演習 九・六・三・一
9集めるペイメントチャネルの開設、更新、クローズに関わる技術的な構成要素またはプロトコルを9つ挙げてください。
6まとめる9つを機能に基づいて6つのカテゴリーに分類してください：資金拠出、状態管理、セキュリティの担保、クローズの仕組み、ルーティングの前提条件、実装標準。
3絞り込む6つのグループを、2者間のトラストレスな運用を保証する3つの核心原則にまとめてください。
1結晶化する2件のオンチェーントランザクションで任意の数のオフチェーン支払いを決済できる理由を1文で書いてください。
事実確認
日付、数字、主張は、下記に記載された公表資料と照合して確認しました。