ビットコインThunderboltプロトコル:再考ビットコインライトニングネットワークの設計ロジック

一、ビットコイン支払いの困難

ビットコインは去中心化と不変性の特性を持っていますが、日常の支払いシーンでは多くの課題に直面しています。ユーザーがビットコインでコーヒーを購入しようとすると、取引の確認時間が長すぎたり、手数料が高すぎたりする問題にしばしば直面します。これは、ビットコインネットワークの設計意図が高頻度の少額支払いを処理するためではないからです。

ビットコインのスクリプト構造は比較的保守的であり、大多数のオフチェーンインタラクションシーンを制限しています。しかし、ユーザーの便利な支払いに対するニーズは客観的に存在しており、人々は毎回10分の確認時間を待つことなく、ビットコインで日常的な消費を行えることを望んでいます。

二、ライトニングネットワークの二面性

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横にある高速通貨の通路と見なすことができ、その核心理念はユーザー間の専用「支払いチャネル」を構築することによって高頻度の記帳を実現し、最終的に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ことです。このモデルは友人同士の定期的な決済方法に似ており、毎回の消費後に即座に送金するのではありません。

しかし、この一見巧妙なシステムは実際の適用において複数のジレンマを露呈しています:

1. チャンネル構築のハードルが高く、ユーザーは事前に資金をロックする必要があります。
2. 複雑なルーティングの問題で、間接的な取引経路は資金不足またはノードが利用できないために失敗する可能性があります。
3. セキュリティリスク、ユーザーが詐欺を防ぐためにオンラインでいることが求められ、一般ユーザーにとっては挑戦となる。

これらの構造的な問題は、ライトニングネットワークのアプリケーション規模が常に突破できない原因となっています。現在、ネットワーク全体の資金ロック量は約1億ドルに過ぎず、ビットコインの兆単位の時価総額に対して微々たるものです。これにより業界は考えています: より完全なオフチェーン決済プロトコルを構築できるのか?

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ソリューションであり、ビットコインのメインチェーンプロトコルレベルで直接変更を行い、スケーラビリティ、取引性能、およびプログラマブル機能を向上させることを目的としています。

性能面では、ThunderboltはUTXOバンドリング技術を利用して取引処理モデルを最適化し、取引速度を約10倍向上させました。プログラマビリティに関しては、OP_CATオペコードを再導入し拡張することで、開発者がビットコインメインチェーン上に直接スマートコントラクトや分散型アプリケーションを構築できるようにしました。

資産プロトコル統合の面で、ThunderboltはGoldinals統一標準を提案しました。これはゼロ知識証明とステートコミットメントに基づく資産発行フレームワークで、外部の信頼機関に依存せずにチェーン上でトークンの状態を検証できます。BitMMシステムはビットコインチェーン上で信頼不要の取引マッチングと情報検証をサポートしています。

従来のスケーリングソリューションとは異なり、Thunderboltは「メインチェーンネイティブスケーリング」のアプローチを採用しており、すべての機能がビットコインメインチェーン上で直接実行され、ネイティブBTCを使用し、クロスチェーンマッピングトークンは使用しません。

3.1 コアメカニズムの分析

Thunderboltのコアメカニズムには、

1. 柔軟に調整可能なマルチシグ: サインを2つに分け、ユーザーと委員会がそれぞれ保持し、「小さな秘密」を追加することで安全な移転を実現します。

2. 非同期フォールトトレラント委員会台帳: 複数のノードで構成されたサービスグループが記帳を担当し、一部のノードが失敗しても正常に運営される。

3. 原子交換方式の最終化: 3ステップの原子交換を通じて、オフチェーンの再構築とオンチェーンの償還の整合性を確保します。

3.2 サンダーボルトの重要な革新

• 非対話型の再帰的な署名委任: 再構成可能なしきい値 Schnorr 署名構造は、対話プロセスを簡素化するように設計されています。
• 毎回転送を更新する"ロック":新しい小さな秘密を使用して署名を更新し、古い署名の再利用を防ぎます。
• オンチェーン操作の最小化:開始時と終了時のみオンチェーン操作を行い、効率とプライバシーを向上させる。
• オフラインセキュリティ保証: ユーザーがオフラインであっても、委員会の大多数がオンラインであれば、操作を完了できます。
• 形式化検証:すべての重要なステップはTamarin Proverによって自動化され、セキュリティが保証されます。

四、Thunderboltと既存のライトニングネットワークの比較

Thunderboltは、既存のソリューションに対して、安全性と理論的完全性において主な利点を持っています。それは、プロトコル設計の安全性を証明し、悪意のあるユーザーが一方的に利益を得ることを保証します。

しかし、Thunderboltにもいくつかの欠点があります:

• デプロイが複雑で、完全なプロトコルスタックを実行する必要があります。
• メインチェーンの互換性が限られており、機能を実現するために複雑な方法が必要です。
• エコシステムのサポートはまだ不十分で、依然として初期研究段階にあります。

5. Thunderboltの潜在的な影響と開発の道筋

Thunderboltは理論的にはBTCFiに最適な解決策を提供しますが、実際の適用はまだ初期段階です。考えられる発展の道筋には以下が含まれます:

1. Rollup化された統合: ビットコインのサイドチェーンまたはL2のDeFiエンジンとして。
2. 独自の標準エコシステムを形成する: 自分のネットワークエコシステム、ノード運営システムなどを発展させる。
3. より簡単なソリューションに取って代わられる: 例えば、BitVMやクロスチェーンZK技術のブレークスルー。

Thunderboltの最大の意義は、ビットコイン資産に「オフチェーン契約のコンポーザビリティ」を導入したことであり、これが新しいDeFiエコシステムを生み出す可能性があります。ただし、現在の開発者エコシステムを見ると、Thunderboltは実際の応用にはまだ一定の距離があります。