ビットコインライトニングネットワーク：ビットコインオフチェーンインタラクションのデザインロジックを再評価する

一、ビットコインの取引の困難

ビットコインは去中心化と不可篡改で知られていますが、日常の支払いシーンでは多くの課題に直面しています。ビットコインでコーヒーを買いたいですか？取引の確認を待つ時間がコーヒーを待つ時間よりも長いことに気付くかもしれません。また、手数料がコーヒー自体の価格を上回ることさえあります。ビットコインネットワーク上の資産の大半は静的な保管状態にあり、ローン、ポートフォリオ、または相互運用などの機能を実現するのは難しいです。

この状況の根源は、ビットコインのScriptスクリプト構造が過度に保守的であり、大多数のオフチェーン相互作用シーンを制限していることにあります。ビットコインの設計の初衷は、毎秒何万もの支払い取引を処理することではありません。しかし、現実のニーズは明らかです - 人々はビットコインを便利かつ迅速に使用できることを望んでおり、たとえそれがゲームのスキンを購入したり、動画にチップを渡したりするためであっても、10分も待ちたくないのです。

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二、ライトニングネットワーク：長所と短所が共存するソリューション

ライトニングネットワークは、ビットコインのメインチェーンの隣にある高速通路に例えることができます。そのコアの理念は、メインチェーンの取引効率への妥協から生まれています：オンチェーン取引には速度のボトルネックがあるので、ユーザー間に専用の「支払いチャネル」を構築することで高頻度の帳簿記入を行い、最終的にはチャネルを閉じるときの資金状態をブロックチェーンに同期させる方が良いのです。このモデルは、友達同士が毎週交代でおごる決済方法に似ています - 人々は毎回の食事後にすぐに銀行振込を行うのではなく、複数回の消費を積み重ねてから一度に清算します。

しかし、この一見巧妙なシステムは、実際の運用において複数の困難を露呈しています。まず、通貨チャネルの構築に高いハードルがあり、ユーザーは取引チャネルを確立するために事前に資金をロックする必要があります。次に、複雑なルーティングの問題があり、ユーザー間に直接接続チャネルが不足している場合、間接的なパスが存在しても、中間チャネルの資金が不足していたり、パスのノードが利用できない場合、取引は依然として失敗します。さらに深刻なのは安全リスクであり、システムはユーザーがオンライン状態を維持することを要求しており、これにより相手方がチャネル閉鎖時に期限切れの取引を提出して詐欺を行うのを防ぐ必要があります。これは一般ユーザーのデバイス運用能力に対して現実的でない要求を課しています。

いくらライトニングネットワークが数年間稼働しているとはいえ、これらの構造的欠陥により、その実際の応用は常にボトルネックを突破することが難しい。公開データによると、現在のライトニングネットワーク全体の資金ロック量は約1億ドルの水準にとどまっており、ビットコインシステムの兆ドル級の時価総額に対して、そのエコシステムの地位はほぼ周縁化されている。このことは業界に考えを促す：私たちは現在の行き詰まりを突破するために、より洗練されたオフチェーン決済プロトコルを構築できるのか？

パート 3: Thunderbolt プロトコルの紹介

Thunderboltはビットコインの基盤レイヤーに基づくソフトフォークアップグレードスキームであり、ビットコインのメインチェーンのプロトコルレベルで直接変更を行い、ビットコインのスケーラビリティ、トランザクション性能、プログラマブル能力を根本的に向上させます。

性能面から見ると、このプロトコルはUTXOバンドリング技術を利用して、ビットコインの従来の取引処理モデルを大幅に最適化しました。UTXOバンドリングは、複数のUTXOをまとめて処理することを可能にし、取引データ量を圧縮することに相当します。その結果、安全性を損なうことなく、取引速度を約10倍向上させました。

プログラマビリティの面で、ThunderboltはOP_CATオペコードを再導入し、拡張しました。OP_CATはデータの結合操作を可能にし、開発者がより複雑なスクリプトロジックを構築できるようにすることで、ビットコインメインチェーン上で直接スマートコントラクトを実現します。このアップグレードによる最も直接的な利点は、サイドチェーン、ロールアップ、またはクロスチェーンブリッジに依存することなく、開発者がネイティブビットコインネットワーク上で分散型アプリケーションを展開できることです。

資産プロトコルの統合レベルにおいて、このプロトコルはGoldinalsという統一基準を提唱し、実現しました。Goldinalsは、ゼロ知識証明と状態コミットメントに基づいた資産発行フレームワークを提供します。簡単に言えば、これは「ビットコイン原生」のトークン標準であり、外部の信頼機関に依存せず、複雑なクロスチェーンブリッジも必要なく、オンチェーンで各トークンの存在と状態を検証できます。

従来のスケーリングアプローチとは異なり、Thunderboltは「メインチェーンネイティブスケーリング」というパスを採用しています。取引圧縮、スマートコントラクトサポート、資産標準統合およびオンチェーン取引マッチングのいずれも、ビットコインのメインチェーン上で直接実行され、使用されるのはネイティブBTCであり、クロスチェーンマッピングトークンではありません。

3.1 コアメカニズムの解析

Thunderboltはライトニングネットワークに似ており、ビットコインのメインチェーンの取引確認が遅いという問題を解決するために提案された拡張ソリューションで、核心的な目標は効率を向上させ、コストを削減することです。両者の違いは次のとおりです：

• ライトニングネットワークの設計は「ペイメントチャネル」により偏っています - それは送金支払いのみに使用され、スマートコントラクトや複雑なロジックはサポートされず、構築と維持のハードルが高く、大規模な普及には不利です。

• Thunderboltは、プログラミング機能を備えたオフチェーンプロトコルの提供に努めており、チューリング完全な操作をサポートし、より複雑な状態資産、流動性プロトコル、金融アプリケーションを構築できる。

柔軟に調整可能なマルチシグ

Thunderboltはビットコインの"署名"を二つの部分に分けます：一つはユーザーが保持し、もう一つは委員会が保持します。各転送の際、双方はそれぞれ自分の部分の署名に小さな秘密を追加します。受取人は知っている小さな秘密を使って、二つの部分を"組み合わせ"て完全な署名を再構築でき、送信者と委員会がオンラインで会話する必要はありません。

非同期フォールトトレラント委員会台帳

いくつかのノードで構成される「サービスグループ」が帳簿を管理し、現在の所有者を相互確認します。少数のノードに問題が発生しても、過半数がオンラインであれば、帳簿は正常に運営されます。これらのノードは「署名を手伝う」と「帳簿を管理する」ことだけを担当し、資金を自由に動かすことはできず、安全性と分散化が保証されています。

原子スワップ式最終化

資金をオンチェーンで使用する必要がある場合、三段階の「原子スワップ」を経て行います：1. ユーザーと委員会は元のロックされた出力を消費し、資金を一時的に委員会に移します；2. 委員会は同等の金額を「新ユーザーと委員会」だけが使用できる保管庫にロックします；3. 最後に新ユーザーは二段階署名を使用して保管庫から資金を引き出します。このように、新ユーザーまたは委員会のいずれか一方が単独で操作することはできず、オフチェーンの再構築とオンチェーンの償還を一気に行うことが保証されます。

3.2 サンダーボルトのプロトコル設計と重要な革新

• 非対話型、再帰的な署名委任

再調整可能な閾値Schnorr署名構造を設計しました。従来のペイメントチャネルは往復で何度もメッセージを送る必要がありますが、Thunderboltは毎回「小さな秘密を持つ署名を一度送信する」だけで完了し、オンライン要求を大幅に削減します。

• 毎回の移動で"新しいロック"に交換する

各ジャンプ移転時に、ユーザーと委員会は新しい小さな秘密で署名を更新し、古い署名は完全に無効になります。これにより、以前の誰も新しい署名を取得できず、古い署名の再利用を防ぎます。

• チェーン上に一度だけ痕跡を残す

  最初にオンチェーンで"ロック"を一度行い、その後のすべての変更はオフチェーンで行い、最後に再度オンチェーンでその資金を使用します。ライトニングネットワークがチャネルを常に開閉する必要があるのに対し、サンダーボルトのオンチェーン操作は少なく、プライバシーも向上します。

• オフラインでもお金は失わない

ユーザーがオフラインのままであっても、委員会の大多数がオンラインであれば、いつでも転送または償還を完了でき、時間ロックの期限切れや対戦相手による悪意のあるチャネルの閉鎖を心配する必要はありません。

• 本物の「マシン証明」セキュリティ

プロトコルのすべての重要なステップはTamarin Proverによって「形式的検証」を受けており、これらのセキュリティ保証は理論上のものではなく、自動化ツールによって繰り返し検証されています。

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四、Thunderboltと既存のライトニングネットワークの比較

Thunderboltは、既存のライトニングネットワークソリューション（BOLTプロトコル、Breez SDK、Phoenixなど）と比較して、主な利点が「安全性」と「理論的完全性」にあります。これは、少数の選択肢の一つです：

• プロトコル設計は安全であることが証明できる
• 悪意のあるユーザーは、どのような状況でも一方的に利益を得ることはできません。

しかし、その欠点も明らかです：

• デプロイが複雑：現在、完全なプロトコルスタックを実行する必要があり、一般的なウォレットユーザーには扱いが難しい
• メインチェーンの互換性：ビットコインのメインチェーンのスクリプト言語はあまりにも簡素で、Thunderboltは機能を実現するために巧妙な回り道をしなければならず、実現の難易度が増しました。
• エコシステムのサポートがまだ不足している：BOLTにはすでに多数のウォレットやノードのサポートがあるのに対し、Thunderboltは現在"初期研究段階"にある。

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5. Thunderboltの潜在的な影響:BTCFiの触媒?

Thunderboltは現在BTCFi理論上最適な解法ですが、実際にはまだ"アルファ段階"にあります。それはビットコインの世界の"イーサリアム2.0ホワイトペーパー"のようなもので、先見の明に満ちていますが、まだ"エンジニアリングシステムレベル"の実現には至っていません。現段階の観察を通じて、Thunderboltの可能な発展パスは3つあります：

1. Rollup化された統合：ビットコイン側のDeFiエンジンとして

Thunderboltは最終的にある比特コインL2（BitVM、Nomic、BOBなど）上のオフチェーンモジュールになるかもしれません。これは「RollupにThunderboltを統合して汎用契約実行層として機能させる」ということに似ています。

2. 独立した標準エコシステムを形成し、メインチェーンと並行して運営する

Thunderboltは、最も可能性が高いのは、雷ネットワークのように独自のネットワークエコシステム、ノード運営システム、アグリゲーターなどを発展させ、Thunderbolt-LSPオペレーターを形成することです。同時に導入されるUTXOバンドリングとOP_CATの2つの特徴は、BTCプロトコル類資産を直接受け入れることができ、ここには非常に大きな想像の余地があります。

3. より簡単なソリューションに置き換えられる

もし将来、状態チャネルや形式的な言語、オフチェーンプロトコルの協力なしで類似の機能を実現できるシステムが登場するなら、Thunderboltは一時的な過渡的な産物に過ぎないかもしれません。

エコロジーの観点から見ると、Thunderboltの最大の意義は、ビットコインの資産が初めて「オフチェーン契約のコンバイナビリティ」を持ったことです。この「コンバイナビリティ」はDeFiエコシステムの爆発にとって重要であり、EthereumのDeFiの爆発がSolidity + Hardhat + Ethers.js + Metamaskの全体エコシステムに恩恵を受けたのと同様です。

Thunderboltが導入したUTXOバンドリングとOP_CATという2つの特徴は、ビットコインネットワークにネイティブなプログラム可能性とより高いオンチェーンスループットをもたらしました。これは、すべてのビットコインエコシステムプロトコルを統一し、さまざまな資産やBitMMの実現を包摂する可能性を提供しているようです。しかし、Thunderboltは現段階では"強力な数学論文"のようであり、全体として開発者の"実際の応用"にはまだ一定の距離があるかもしれません。

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