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ブロックチェーン/レベル V · レイヤー/5.2 その他のレイヤー/レッスン 3

ステートチェーンとArk

チェーンを離れることなく、所有権をオフチェーンで移転する

用意するもの「Statechains」と「Ark」に関するBitcoin Optechのトピックページルーベン・ソムセンのステートチェーンに関する記事（2019年）ブラク・ケチェリによるArkプロトコル仕様（2023年）

問い

  1. ブロックチェーンからは1件のトランザクションしか見えないのに、UTXOはどのようにして何千回も持ち主を変えられるのでしょうか？
  2. キーシェアを保有する主体が移転への協力を拒んだら、どうなるでしょうか？
  3. それぞれの設計は、ユーザーに何を信頼するよう求めているのでしょうか？

探究

  1. 通常のビットコインでは、価値を移転するたびに、インプットを消費してアウトプットを作成する新たなオンチェーントランザクションが必要です。この処理は安全ですが遅く、10分間隔のブロック生成に制約され、ネットワーク手数料にも縛られます。セカンドレイヤーのプロトコルは、所有権の状態をオフチェーンに移しつつ、紛争が起きた場合やユーザーが退出したい場合にはオンチェーンで決済できる能力を保持することで、この問題を解決します。
  2. 2018年にルーベン・ソムセンが提案したステートチェーンは、所有者と「ステートチェーンエンティティ」が共同で管理するUTXOを利用します。エンティティはマルチシグの鍵ペアの一方を保持します。所有権が移転する際、エンティティは所有者のキーシェアを新しい受取人に引き渡す手助けをし、自身の古いシェアを削除します。これにより、全額を単一のオンチェーンUTXOに保持したまま、オフチェーンで即時に移転できます。
  3. ステートチェーンのセキュリティモデルは、タイムロック付きのバックアップトランザクションに依存しています。ステートチェーンエンティティが協力しなかったり、資金を盗もうとしたりした場合、現在の所有者は一定期間の経過後にこのバックアップトランザクションを実行できます。したがって、所有者はエンティティの協力なしに退出できます。残る信頼の前提は、エンティティが古い鍵情報を本当に削除しているかどうかです。もし保持したまま以前の所有者と共謀すれば、両者でコインを奪うことができます。
  4. 2023年にブラク・ケチェリが提案したArkは、「仮想UTXO」（VTXO）を用いる別のアプローチを取ります。Arkサービスプロバイダーは定期的に、多数のユーザーの資金を保持する共有のオンチェーンアウトプットを作成します。各ユーザーの残高は、この共有アウトプット内のVTXOとして存在します。ユーザーはこれらの仮想残高を、インバウンド流動性の事前確保（他のセカンドレイヤーシステムでよくある制約）なしに、オフチェーンで即座に送金できます。
  5. ステートチェーンと同様に、ユーザーは一方的に退出できます。Arkの場合は、共有アウトプットから自分のVTXOを請求するトランザクションをブロードキャストすることで退出します。ただし、VTXOには有効期限があり（多くの場合数週間）、期限後はプロバイダーがそれらを回収できるため、ユーザーはそれまでに新しいラウンドでVTXOを更新するか、退出しなければなりません。支払いは、プロバイダーの次のラウンドに参加して新たな共有アウトプットとしてオンチェーンで決済する方法か、次のラウンドまでは追加の信頼を伴う、より高速なラウンド外送金によって行われます。
  6. ステートチェーンには2021年から実用的な実装があります（CommerceBlockのMercury、続いて2024年のMercury Layer）。ただし、開発元の企業は2025年に事業を終了しました。Arkの実装は2024〜2025年に登場しました。Ark向けのコベナンツ用オペコードやステートチェーン向けのANYPREVOUTといった将来のコンセンサス変更が実現すれば、これらの設計はより少ないトランザクションと、ユーザーとプロバイダー間のより少ないやり取りで機能するようになります。それまでは、これらのプロトコルはオフチェーンの状態を管理するために、ビットコインの現行のスクリプト機能に依存します。

重要な事実

  • ステートチェーンは、「ステートチェーンエンティティ」が移転に協力し、キーシェアを保持する2者間マルチシグのUTXOを使用します。
  • ステートチェーンでは、エンティティが協力しない場合、所有者はタイムロック付きのバックアップトランザクションによって一方的に退出できます。
  • Arkは、ユーザーの資金を、Arkサービスプロバイダー（ASP）が管理する単一の共有オンチェーンアウトプットにまとめます。
  • ユーザーは共有のArkアウトプット内に「仮想UTXO」（VTXO）を保有しており、VTXOからはいつでも一方的に退出できます。
  • ステートチェーンは2018年にルーベン・ソムセンが、Arkは2023年にブラク・ケチェリが提案しました。
  • 提案中のソフトフォーク（Ark向けのコベナンツ、ステートチェーン向けのANYPREVOUT）が実現すれば、これらはより効率的になります。

演習 九・六・三・一

9集めるオフチェーン決済に関わる、異なるメカニズムやコンポーネントを9つ挙げてください（例：キーシェア、タイムロック、共有アウトプット）。それぞれがステートチェーンとArkのどちらに属するかを記してください。
6まとめる9つの項目を、機能に基づいて6つのカテゴリーに分類してください：カストディ、協力、エグジット、ステートの追跡、コンセンサスへの依存、実装状況。
3絞り込む6つのグループを、これらの設計におけるプライバシー、速度、信頼の前提の間の3つの核心的なトレードオフに絞り込んでください。
1結晶化するステートチェーンのユーザーとArkのユーザーが、それぞれオペレーターに何を依存しているかを比較する文を1つ書いてください。

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。

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