同正通研究所 × FENBUSHI DIGITAL 共同制作
文: Song Shuangjie、CFA、Cheng Dongfeng
文: Song Shuangjie、CFA、Cheng Dongfeng
ガイド
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まとめ
ステート チャネルは人気のある拡張ソリューションであり、イーサリアム財団は最近、3,000 万米ドルの年間予算を明らかにし、そのうち 1,900 万米ドルがステート チャネルとプラズマを含むイーサリアム 2.0 の開発に使用されます。国家チャネルはブロックチェーンの大規模な商業応用を促進すると期待されている。
まとめ
ブロックチェーンの「不可能な三角形」とは、分散化、セキュリティ、スケーラビリティの 3 つの特性を同時に十分に満たすことができないことを意味します。
オフチェーンのインタラクションとオンチェーンの決済を分離することで、ステート チャネル ソリューションは、ある程度の分散化と資産セキュリティを確保しながら、より高速で低コストのトランザクションを実現できます。オフチェーン拡張ソリューションとして、ステート チャネルは、一般から特殊まで、一般ステート チャネル、ステート チャネル、ペイメント チャネルの 3 つのレベルに分かれています。
状態チャネルが直面する主な問題には、ルーティングの問題、チャネル バランスの問題、ノードのオフラインの問題、およびデポジット ロックの問題が含まれます。
オンチェーン拡張スキームと比較して、ステートチャネルはオンチェーンとオフチェーンの機能を巧みに分離しており、このスキームを採用することでパブリックチェーンの構造を変更する必要がなく、チェーン上のセキュリティと分散化機能を組み合わせ、オフチェーンのスケーラビリティは重要ですが、全体的なエコロジーの観点から見ると、チェーンとチェーン間の通信プロセスに問題が発生する可能性があるため、ステート チャネルは依然としてセキュリティ、分散化、スケーラビリティの新しいバランスに属しています。他のオフチェーン拡張ソリューションと比較して、ステート チャネルはプライバシーが優れており、即時性を実現できます。固定当事者間の高頻度の対話に特に適しています。欠点は、資金を「進める」ために中間ノードが必要であり、ノードが資金を「進める」必要があることです。リアルタイムでオンラインになる 監視するサードパーティを導入します。
目次
リスク警告: 中間ノードの独占、セキュリティの抜け穴
目次
1 ステートチャネルの概要
2 3 レベルの状態チャネル
2.1 一般的な状態チャネル
2.2 状態チャネル
2.3 支払いチャネル
3 国家チャネルで克服すべき重要な問題
3.1 ルーティングの問題
3.1.1 ハッシュ タイム ロック コントラクト (HTLC、ハッシュ タイム ロック コントラクト)
3.1.2 バーチャルチャンネル（仮想チャンネル）
3.1.3 メタチャネル
3.2 チャンネルバランスの問題
3.3 ノードのオフラインの問題
3.4 マージンロックの問題
4.1 オンチェーン拡張ソリューションとの比較
文章
文章
State Channel (ステート チャネル) は、ブロックチェーンのオフチェーン拡張ソリューションの 1 つであり、現在、多くの有名なプロジェクトがステート チャネル テクノロジ ソリューションを採用しています。
副題
1 ステートチャネルの概要
ブロックチェーン内のすべてのノードは同じ計算を実行し、同じデータを保存します。このような冗長アーキテクチャにより、セキュリティと分散化が確保されますが、ブロックチェーンのトランザクション処理が非常に遅くなり、コストが高くなります。
オフチェーン拡張 (レイヤー 2 拡張とも呼ばれます) は、パブリック チェーンの基本プロトコルを変更しないアプリケーション層拡張ソリューションです。レイヤー 1 (レイヤー 1) はセキュリティを提供し、レイヤー 2 (レイヤー 2) はスケーラビリティを提供します。 。オフチェーンの拡張には現在、主にステート チャネル、サイドチェーン (またはサブチェーン)、オフチェーン コンピューティングなどのソリューションが含まれています。
状態チャネルの状態は、アカウント名 (または UTXO モデルのアドレス)、残高 (または UTXO モデルの未使用トランザクション出力)、契約データなどを含むブロックチェーン台帳の現在の状態を指します。状態チャネルは、手数料の削減と即時到着を実現するために、状態交換のために 2 つ以上の当事者間でオフチェーン チャネルを開くことです。
ステート チャネル トランザクションを使用するプロセスは通常次のとおりです。
① 取引当事者はチェーン上の一定量の資産をロックし、記録してブロックチェーン上のステータスチャンネルを開きます。
② 相互トランザクションとステータス更新はチャネル内で実行されますが、チェーンには送信されません。
③いずれかの当事者がチャネルを閉じたい場合は、清算のために最終状態をブロックチェーンに送信します。相手方に異議がある場合は、指定された期間内にオンチェーン仲裁を申請できます。
ある当事者が不正行為を試み、自身に有利な最終状態以外の状態をチェーンに提出した場合、相手方は最新の状態をタイムスタンプ付きで提出することでチェーンに異議を申し立てることができ、確認された後、詐欺師はペナルティを受けることになります。担保を没収するというもの。ただし、これにはステートチャネルのユーザーがリアルタイムでオンラインである必要があり、当事者が長期間オフラインになった場合、オンチェーン清算が強制され、損失が発生する可能性があります。この場合、不正行為がないかどうかを監視するために第三者機関を導入するのが一般的ですが、これには合理的な第三者機関の経済的インセンティブメカニズムの設計が必要です。
ステート チャネル スキームは、参加者が比較的長期間に複数回ステートを交換する必要があり、1 回の転送のトランザクション手数料に敏感なシナリオに適しています。たとえば、チェスやカード ゲーム、モノのインターネット スマート ペイメント (M2M)、ゲーム プラットフォーム、ライブ ブロードキャストの報酬などです。
副題
2 3 レベルの状態チャネル
オフチェーン拡張ソリューションとして、ステート チャネルは、一般から特殊まで、一般化ステート チャネル、ステート チャネル、ペイメント チャネルの 3 つのレベルに分かれています。
2.1 一般的な状態チャネル
ユニバーサル ステート チャネルは、モジュール化された標準化されたステート チャネル開発フレームワークであり、インスタンス化後にステート チャネルまたは支払いチャネルになります。開発者は、状態チャネルに関連する技術的な詳細に詳しくなくても、状態チャネルに基づいてアプリケーションを簡単に開発できます。また、ユーザーは、チェーン上で操作を実行することなく、チャネル内で DApps をインストール、実行、終了することもできます。
代表的なプロジェクトには、Counterfactual (オフチェーン状態チャネルに基づいてアプリケーションを構築するための開発フレームワーク) や Celer Network (開発者が分散型アプリケーションを迅速に構築して実行できるようにするレイヤー 2 拡張プラットフォーム) などがあります。
2.2 状態チャネル
状態チャネルは、チェーン下の状態相互作用のためのチャネルです。状態交換とオフチェーン拡張の目的は、チェーン上のチューリング完全スマート コントラクトをオフチェーン実行に置くことで達成されます。たとえば、状態チャネルに基づいて開発された囲碁ゲームは、チェーンの下で状態を継続的に交換します。
代表的なプロジェクトには、Perun Network (オフチェーン スマート コントラクトの実行をサポート) や FunFair (国家チャネルに基づくギャンブル ゲーム) などがあります。
支払いチャネルは、支払いフィールドの状態チャネルの特定のアプリケーションに属します。トランザクションの両当事者は、チャネルが閉じられてチェーン上でクリアされるまで、状態チャネルで複数のトランザクションを実行できます。オフチェーン送金は迅速かつ手数料がかからず、オンチェーン清算中に一方の当事者が詐欺を行おうとした場合には、仲裁と処罰のメカニズムが導入され、両当事者の資産の安全が確保されます。
代表的なプロジェクトには、Lightning Network (BTC ステート チャネル支払いネットワーク)、Raiden (Lightning Network の Ethereum バージョン)、Trinity (Lightning Network の Neo バージョン)、Liquidity Network (NOCUST プロトコルに基づく支払いチャネル ネットワーク) などがあります。
副題
3 国家チャネルで克服すべき重要な問題
3.1 ルーティングの問題
支払いチャネルを支払いネットワークに拡張するには、オープン状態チャネル上のルーティング ノードを介して、2 つの見慣れないノード間の接続を確立する方が間違いなくより経済的です。 6 次のつながりの理論で説明されているように、私たちは 6 次のつながりを通じて世界中の誰とでもつながることができます。現在、主に 3 つのルーティング スキームがあります。
3.1.1 ハッシュ タイム ロック コントラクト (HTLC、ハッシュ タイム ロック コントラクト)
代表プロジェクト：ライトニングネットワーク
送信者は受信者に1/2マルチ署名アドレスにBTCを送信し、受信者が契約で指定された時間内に「署名+ハッシュ暗号文」でBTCのロックを解除できなかった場合、BTCは送信者に返却されます。 。
図に示すように、A は B と C を介して D に 1 BTC を送信したいと考えています。受信側として、D はまずランダムな秘密鍵 r (キーに相当) と公開鍵 R (ロックに相当) を生成し、R を A に送信します。
AとBはまずハッシュタイムロック契約を結びますが、Rは「ロック」で「時間」は3日、「ハッシュ暗号文」はDだけが知っている秘密鍵rです。この契約は、B が R のロックを解除するための秘密鍵 r を 3 日以内に取得できる限り、スマート コントラクトで A から送信された 1 BTC を取得でき、そうでない場合は 1 BTC が A に返されることを意味します。
B は、R のロックを解除するために秘密鍵 r を取得する必要があります。同じ考え方によると、B と C の間のスマート コントラクトでは、C が R のロックを解除するための秘密鍵 r を 2 日以内に取得できる限り、1 を送信できると規定されています。スマートコントラクトの B によって BTC が返される場合、そうでない場合は 1 BTC が B に返されます。
最後に、C と D の間のスマート コントラクトは同じであり、D が 1 日以内に秘密鍵 r を使用して R のロックを解除できれば、1 BTC を取得できます。これは、D が秘密鍵 r を C によって「アドバンス」された 1 BTC と交換し、C が秘密鍵 r を取得し、それを使用してロックを解除し、B によって「アドバンス」1 BTC と交換し、次に B が r を使用して A の 1 のロックを解除するのと同じです。ビットコイン。
つまり、D は最初に「ロック」と対応する「キー」を生成し、次にロックが A、B、C に順番に渡され、D が BTC を受信した後、「キー」が C に渡されます。 B、そしてAと順番に。このようにして、複数のノードが相互に信頼することなく、A から D への安全な転送を実現します。実際の運用では、中間ノードは経済的インセンティブとして追加のサービス料金を受け取ります (これは、より多くの中間ノードを通過するほど、サービス料金が高くなるということも意味します)。
3.1.2 バーチャルチャンネル（仮想チャンネル）
代表プロジェクト：ペルンネットワーク
図に示すように、A と B は両方とも I を使用して状態チャネルをオープンしています。これは、それぞれチャネル X とチャネル Y です。ここで、A と B は、スマート コントラクトを通じてアプリケーションを中間ノード I に送信し、A と B の間に仮想チャネル Z を確立します (点線で示されています)。
A はチャネル X で Z(A) トークンをロックし、それに応じて I はチャネル Y で Z(A) トークンをロックしました。
B はチャネル Y で Z(B) トークンをロックし、それに応じて I はチャネル X で Z(B) トークンをロックしました。
ロック後、これは A と B の間に仮想チャネル Z を確立することと同等であり、このチャネル内の A と B の対応する利用可能な割り当てはそれぞれ Z(A) と Z(B) になります。 AがBに1パスを転送したい場合、Iの左側に1パスが追加され、同時に右側で1パスが減り、減った1パスがBに転送されます。武侠小説のような達成感 「牛と山を越える戦い」では、AがIを「踏み台」としてトークン1個をBに移す。仮想チャネルをさらに拡張して、より大きなネットワークを形成することもできます。
ハッシュ タイム ロック コントラクト スキームと比較して、このスキームの中間ノードはすべてのトランザクションに関与する必要がなく、スマート コントラクトを通じて自動的に実行されるだけでよいため、よりプライベートで低遅延ですが、中間ノードは、仮想チャネルの両端で「中間サービス」を提供するのに十分な数のパスをロックします。たとえば、上記の例では、I ノードは少なくとも Z(A)+Z(B) トークンをロックする必要があります。
3.1.3 メタチャネル
代表プロジェクト：Counterfactual
スキームは仮想チャネルに似ていますが、構造が少し異なります。たとえば、Counterfactual は、一般状態チャネルをインスタンス化した後、A と I、B と I のプロキシ状態チャネルをそれぞれ確立し、これに基づいて A と B の支払いチャネルを確立して、仮想チャネルと同じ効果を達成します。
3.2 チャンネルバランスの問題
ステート チャネル ネットワークでは、従来のコンピュータ ネットワークの最短パスのルーティング戦略を使用すると、チャネルのバランスが崩れ、ルーティング戦略が無効になり、パス探索が「行き止まり」に遭遇して効果的に転送できなくなります。価値。図 8 に示すように、3 つのノード A、B、C で構成される双方向状態チャネルは、最短パスを使用して、特定のチャネル内のノードの利用可能なパスを 0 にし、双方向チャネルは 1 になります。 -ウェイチャンネル。左上の図は平衡状態であり、左下の図に示す双方向チャネルに対応します。上の中央の図と右上の図の証明書は片側に集中しており、それぞれ中央下と右下の一方向チャネルに対応しています。
Celer Networkは、バックプレッシャー（BackPressure）ルーティングアルゴリズムを提案しています。これは、タイムスライスごとにローカルネットワークの混雑度とチャネルの不均衡を測定し、バックプレッシャの重みが最も大きい方向にルーティング転送を実行することで、チャネルバランスを達成しながらネットワークの混雑を軽減します。 77 ノードと 254 ステート チャネルで構成される決済ネットワークをテストした結果、バックプレッシャー ルーティング アルゴリズムのパフォーマンスは、ライトニング ネットワークの最短パス ルーティング アルゴリズムより 15 倍高く、チャネル使用率は 20 倍高いことがわかりました。
Liquidity Network は、決済チャネルのオフチェーン リバランスを可能にする Revive プロトコルを提案しています。このプロトコルは、支払いチャネル ノードのグループが一連のトランザクションを実行できるようにすることで、複数チャネルの各ノードのトークン資産の量を再調整し、一方向チャネルの形成を防ぎます。下図左のツリー型ネットワーク構造はリバランスが不可能ですが、Reviveが採用する右図のネットワークはリング構造となっており、複数チャネルのノードのトークンの分散を再び集中から均一に実現することができます。たとえば、B には D で形成されたチャネルに 200 個のトークンがあり、E で形成されたチャネルには 0 個のトークンがあります。右の図の場合、(B, D, E, B) リング構造を通じて再デプロイできます。 B と D、B と E で構成される 2 つのチャネルのそれぞれに 100 個のトークンがあることを示します。
3.3 ノードのオフラインの問題
前述したように、ステート チャネルはチェーン上の相互作用とチェーン上の清算であり、最終的な清算と受け渡しを行うために、どの当事者もステート チャネルを閉じることができます。双方が同時にオンラインで合意に達すると、即座にファイナリティを達成できます。ただし、一方がオフラインであるか、もう一方がオフラインにするために攻撃 (DDoS 攻撃、ネットワーク ケーブルの破壊など) を開始し、自分自身に有利な非最終状態をチェーンに送信すると、オフライン当事者が仲裁期間を逃した場合、最終的な清算結果はオフライン当事者に資産の損失をもたらし、国家チャネルの公平性と安全性を損なうことになります。
この場合、Lightning Network の監視者 (Monitor)、Pisa の管理者 (Custodians)、Celer Network の State Guardian Network (State Guardian Network) などのサードパーティに監視タスクをアウトソーシングすることが考えられます。
モニターは証拠を通じて報酬を獲得し、カストディアンは質権保証金を通じて規制の機会を獲得し、ステート・ガーディアン・ネットワークは州ガーディアンで構成されるプラズマに似たサイドチェーンであり、CELRパス（Celerネットワーク・ネットワーク内のパス）所有者は住宅ローンをパスし、トークンはガーディアンとなる。オフチェーン状態であり、より多くのトークンが抵当に入れられているほど、オフチェーン状態のタスクを保護するために委任される可能性が高くなり、したがってより多くの利益を得る可能性が高くなります。
オフチェーンの拡張と大規模な商業利用の発展により、合理的なサードパーティの経済的インセンティブメカニズムの設計を通じて、レイヤー2サービスプロバイダーに機会がもたらされます。
3.4 マージンロックの問題
3.1章で述べたルーティングスキームは、ハッシュロックコントラクト、仮想チャネル、メタチャネルのいずれであっても、資金を「前払い」するか預金をロックするために中間ノードを必要とします。ネットワーク規模が大きくなるほど平均転送量も大きくなり、ネットワーク全体にロックされる保証金も大きくなり、機会費用も高くなります。
次の図は、Celer Networkの経済モデルを示しています。これは、主に流動性資金裏付けオークションメカニズム（LiBA、流動性裏付けオークション）、流動性資金保証マイニングメカニズム（PoLCマイニング、流動性証明コミットメントマイニング）、およびオフチェーンステートガーディアンで構成されています。ネットワーク3 部分構成。その中で、PoLC マイニング メカニズムは、Celer ネットワークの流動性資金の重要な供給源です。簡単に言うと、銀行が預金者から資金を取得し、国家チャネルを通じて資金を供給する方法と同様に、質権保証契約を通じて流動性プロバイダーから遊休資金を収集します。 LiBA メカニズム: サプライヤーは銀行融資と同様に流動性資金を提供します。
流動性ネットワークは NOCUST のマルチパーティ決済センターに基づいており、住宅ローン資金をプールして共有することで資本のロックアップを軽減します。ライトニング ネットワークでは、すべての取引に 100% の担保が必要ですが、担保は相互に分離されており、流動性が低いです。
副題
4 ステートチャネルと他の拡張スキームの比較
4.1 オンチェーン拡張ソリューションとの比較
オンチェーン拡張スキームと比較して、ステートチャネルはオンチェーンとオフチェーンの機能を巧みに分離しており、このスキームを採用することでパブリックチェーンの構造を変更する必要がなく、チェーン上のセキュリティと分散化機能を組み合わせ、オフチェーンのスケーラビリティは重要ですが、全体的なエコロジーの観点から見ると、チェーンとチェーン間の通信プロセスに問題が発生する可能性があるため、ステート チャネルは依然としてセキュリティ、分散化、スケーラビリティの新たなバランスを保っています。
4.2 他のオフチェーン ソリューションとの比較
注記：
注記：
何らかの理由により、この記事の一部の名詞はあまり正確ではありません。主に一般証明書、デジタル証明書、デジタル通貨、通貨、トークン、クラウドセールなどです。読者の皆様に質問がある場合は、電話または手紙で一緒に話し合うことができます。 。
この記事はトークンロール研究所(ID:TokenRoll)が作成したものです。無断転載を禁止します。転載の場合は背景のキーワードに返信してください【転載】
