導入
元のリンク:
https://zengo.com/make-micro-payments-in-a-flash-the-power-of-lngate/
導入
重要な会議に出席するために車で町の外へ出て、途中で 3 つの料金所を通過するところを想像してください。それで、料金を支払わなければならない場合、車の速度を落として時間を無駄にする必要はありませんか。このため、「自動支払いシステム」の必要性が生じます。
人間の介入を必要としないデバイス間通信 (D2D) に依存するアトミック支払いは、この問題に対する理想的な解決策です。これらのデバイスをクレジット カードなどの従来の支払いシステムにリンクすることは可能ですが、これにより、管理コストがユーザーに転嫁されたり、プライバシーが収集されたりする第三者が発生する可能性があります。このように考えると、暗号通貨はより便利な決済システムを構築できる可能性があります。したがって、IoT（モノのインターネット）と暗号通貨（ビットコイン、イーサリアムなど）を組み合わせることで、これらの問題を解決できる可能性があります。
分散型台帳の概念により、ビットコインは破壊的な支払いシステムになりましたが、支払いシナリオに関しては、高い手数料や長いトランザクション確認時間など、いくつかの大きな欠陥があります。
ライトニング ネットワーク (LN) は、オフチェーン決済という大胆なアプローチでこれらの問題を解決しました。この進歩により、ビットコインはマイクロペイメントにも有望であり、多くの IoT アプリケーションで受け入れられるようになります。ただし、IoT デバイス上で Lightning Network ノードと Bitcoin ノードをホストすることは、ストレージ、メモリ、処理のオーバーヘッドのため、現実的ではありません。
創設以来、ライトニング ネットワークは 20,000 ノードを超えるまでに成長しました。 IoT デバイスのコンピューティング、通信、ストレージ機能は非常に限られているため、ほとんどのロープロファイル IoT デバイスに Lightning ノードをインストールすることは不可能です。具体的には、Lightning Network を使用するには、Lightning ノードと Bitcoin フル ノードを実行する必要があり、これらを合わせると 340 GB 以上のストレージが必要になります。ビットコイン ブロックの検証に参加するには、信頼性の高いインターネット接続と比較的高い計算能力も不可欠です。
これらすべての要素を考慮すると、軽量のソリューションが必要でした。私たちは、しきい値暗号化に基づくプロトコルを提案します。このプロトコルでは、信頼できる Lightning Network ゲートウェイが完全な Lightning Network ノードとビットコイン ノードのホストを担当し、IoT デバイスがこのゲートウェイを通じて Lightning Network 操作を開始できるようになります。
LN ゲートウェイは、取引手数料を支払うことで、このサービスを提供するよう奨励することもできます。
私たちが提案するプロトコルには次の特徴があります。
即時支払いが可能
低帯域幅のネットワークでも実行可能
ライトニングネットワーク
ライトニングネットワーク
私たちのプロトコルはライトニングネットワークを使用します。ライトニング ネットワークは 2015 年に考案され、ライトニング ラボやその他のグループによってすぐにビットコイン上に実装されました。これは、ビットコイン ブロックチェーン ネットワーク上のピアツーピアのレイヤー 2 ネットワークです。
ライトニング ネットワークは、ビットコインのスケーラビリティの問題を解決するために機能します。ビットコインのスマート コントラクト機能を活用するライトニング ネットワークにより、ユーザーは安全な支払いチャネルを開き、即時かつ安価なビットコイン送金を享受し、ネットワーク全体でのマルチホップ間接支払いを可能にすることができます。
ライトニング ネットワークが開始されて以来、ライトニング ネットワークを使用するユーザーの数は大幅に増加しました。ライトニング ネットワークには現在、合計 59192 チャネルがあり、1986.06 ビットを保持しています。
ライトニングネットワークをより明確に説明するために例を使用してみましょう。
画像の説明
- 図 1. ライトニングネットワークチャネルのライフサイクル -
図 1 からわかるように、ライトニング ネットワークの重要な基礎はコミットメント トランザクションです。コミットメント トランザクションには 3 つの出力があります。
一般に、Alice によって発行されたコミットメント トランザクションの 3 つの出力は次のとおりです。
アリスにチャンネル内の現在の残高を割り当てますが、タイムロックがあるため、使用できるようになるまでに時間がかかります。
ボブにチャネル内の現在の残高を割り当てます。これはすぐに利用可能になります
支払い契約（本質的にはHTLC、ハッシュタイムロック契約）
最初のレベルのタイトル
ライトニングネットワークテクノロジーの基礎 (BOLT)
私たちのプロトコルでは、Lightning Network の Lightning Network Technical Foundation #2 を変更しました。ライトニング ネットワークの技術的基盤は、ライトニング ネットワークがチャネルを管理するために使用するピアツーピア ノード プロトコルであり、安全なビットコイン オフチェーン支払いを実現するために使用されます。
BOLT #2 には 3 つのフェーズがあります。
チャネルの確立
チャンネルの通常の動作
最初のレベルのタイトル
しきい値暗号化
私たちの主な革新は、ライトニング ネットワークにしきい値暗号化を追加したことです。
秘密を共有することは実生活では非常に一般的ですが、私たちはそれをデジタル世界から借用します。
「しきい値暗号化」は、Secure Multiparty Computation のサブセットであり、複数の当事者が関与する暗号化操作を扱います。
暗号通貨の世界では、秘密キー (それ自体が秘密の値であるはずです) が盗まれると、資金が失われる可能性があります。そこで人々は、鍵を複数の当事者間で分割するというアイデアを思いつきました。しきい値スキームでは、キーが複数の関係者に分割され、しきい値が事前に定義されます。このしきい値を下回ると、参加者の数はキーについて何も知ることができなくなります。
メモリのオーバーヘッドをまったく発生させずに IoT デバイスで Lightning Network を使用するために、しきい値暗号化を活用します。
Lightning Network ノードが分離されており、IoT デバイスはキーの暗号化にのみ参加する必要があるため、これも実現可能です。
最初のレベルのタイトル
画像の説明
- 図 2. システムモードの概念図 -
私たちのシステムには、(1) IoT デバイス、(2) Lightning ゲートウェイ、(3) Lightning ノードのブリッジ、(4) Lightning ノードのターゲットという 4 つの主要な部分があります。
その他の仲介者には、(1) Threshold クライアント、(2) IoT デバイス ゲートウェイ、(3) ライトニング ネットワーク ゲートウェイ用のビットコイン コア ライトニング ネットワーク ノード、(4) Threshold サーバーが含まれます。
いくつかの仮定:
IoT デバイスはゲートウェイを介してインターネットに接続できます。
IoT デバイスと Lightning ゲートウェイは、支払いの送信中に切断されることはありません。
プロトコル
プロトコル
IoT デバイスがターゲットの Lightning Network ノードに料金を支払う必要があるとします (通行料金の支払いなど)。
デバイスは、IoT ゲートウェイから開始して、ライトニング ネットワーク ノード、ビットコイン ノード、およびしきい値サーバーを管理するライトニング ネットワーク ゲートウェイに接続します。
IoT デバイスがリクエストを開始するたびに、Lightning ゲートウェイは Bridge Lightning ノードとのチャネルを開き、ターゲット ネットワーク ノードに接続します。
ブリッジネットワークノードは、支払いを開始するライトニングネットワークゲートウェイにルーティング料金を請求できます
IoT デバイスの支払いはブリッジ ノードを介して指定されたターゲット ノードにルーティングされます。
セキュリティ分析
セキュリティ分析
ここでは、私たちのシステムが共謀攻撃、IoT デバイスと Lightning Gateway との共謀、身代金攻撃という 3 つの脅威に直面すると仮定します。
攻撃の陰謀:
1. Lightning ゲートウェイとブリッジノードの共謀
私たちのシステムでは、支払いは常に IoT デバイスから対象の Lightning ノードに送信され、それによってチャネル内のブリッジ ノードの残高が常に増加します。したがって、ブリッジ ノードの古いチャネル状態のバランスは常に最新の状態よりも低くなり、このような衝突は発生しません。現在、私たちのプロトコルは一方向の支払いに限定されており、IoT デバイスの双方向支払いを実現するのは将来の課題です。
ここで、Lightning Gateway が古い状態をブロックチェーン ネットワークにブロードキャストしたいとします。これは、Lightning Gateway の古い状態に現在の状態よりも多くの資金がある場合にのみ有益です。ただし、Lightning Gateway は IoT デバイスの支払いごとに請求し、その残高は常に増加するため、これは不可能です。さらに、ブリッジ ノードの古い状態のバランスも低くなければなりません。したがって、両者とも旧状態の残高は比較的低く、共謀は有益ではありません。
(翻訳者注: 背景を追加すると、これらの脅威を分析する必要がある理由と、これらの脅威にどのように対処するかを読者が理解するのに役立ちます。このシステムでは、IoT デバイスとゲートウェイは、ブリッジ ノード (マルチシグネチャ コントラクト) とチャネルを開くためのしきい値秘密キーを共有します。 ) ですが、各コミットメント トランザクションには、しきい値秘密キーに資金を割り当てるのではなく、IoT デバイスとゲートウェイによって制御されるアドレスに資金を割り当てる出力があるため、チャネルはゲートウェイとブリッジ ノードの残高を常に増加させることができます。詳細については、末尾に添付されている全文を参照してください。)
2. IoT デバイスと Lightning ゲートウェイの共謀: IoT デバイスのチャネル内の資金は支払いが発生すると常に減少するため、Lightning ゲートウェイと共謀して古い状態をネットワークにブロードキャストするのは簡単です。
ブリッジ ノードが資金を失いたくない場合は、他の時間にオフラインになることはできません。したがって、この共謀は私たちのプロトコルに特有のものではなく、ライトニング ネットワーク全体の問題です。
IoT デバイスから盗まれた資金:
Lightning ゲートウェイは、次の方法で IoT デバイスによって約束された資金を盗むことができます。
他のライトニングネットワークノードに送信します。
古い状態をネットワークにブロードキャストする
他のライトニングネットワークノードと共謀する
Lightning Network の独自の署名メカニズムを使用すると、Lightning Gateway は IoT デバイスからの署名なしでチャネル内の IoT デバイスの資金を取得できます。私たちが提案している変更 (Lightning Gateway のコミットメント トランザクションで (2-2) しきい値スキームを使用する) は、まさに IoT デバイスを資金損失から保護することです (IoT デバイス、チャネルは共同で計算される秘密キーを使用して開かれるため)。
ランサムウェア攻撃:
この攻撃は、Lightning Gateway がプロトコルの説明から逸脱するケースです。たとえば、ゲートウェイは IoT デバイスに、「ビットコインを好きなだけください、そうでなければチャネルを閉じません」、または「今後は 10% のサービス率を受け入れなければなりません。どうしてですか」と伝えることができます。私はあなたに奉仕を与えません。」
現時点で、IoT デバイスにとって最善の方法は、脅迫を拒否して消費し続けることです。次に、Lightning Gateway は IoT デバイスからの資金を保留し、可能な限り遅延させます。これは無限ループであり、双方とも疲弊しています。
最初のレベルのタイトル
応用と実験
当社の契約の適用シナリオには、電気自動車の充電パイル、センサーデータの販売、駐車場充電システムが含まれます。フィールドテストも行ったので、最初の料金所を例に挙げると良いでしょう。
料金所ではリアルタイムの応答が最も重要です。理想的な状況は、料金所を通過するときに車が停止する必要がなく、(たとえば) ワイヤレス ネットワークを使用して支払いを完了できることだからです。
車両が料金所の無線サービスエリアに進入するたびに、IoT ゲートウェイを介して料金所の Lightning ゲートウェイへの支払い要求が開始されます。この Lightning ゲートウェイは、要求された支払い金額をすぐに充電会社の Lightning ノードに送信します。支払いが完了すると、IoTゲートウェイを通じて「支払いが成功しました」というメッセージが車両に返されます。
このシステムが実際に機能するには、車が料金所の無線ネットワークの範囲から出る前に、支払いプロセス全体が完了する必要があります。
支払いにかかる時間はわずか 4.12 秒なので、車は時間内に支払いを完了できます。
コストについては、車が 1 日に 2 回料金を支払うと仮定します。車が事前にチャネルを開設していると仮定すると、このサービスの使用にかかる費用は、支払いのたびに Lightning Gateway によって請求されるサービス料金だけです。この料金はゲートウェイによって決定されますが、サービス料金額は実際の通行料金の 5% であると仮定します。 1 回の旅行につき 0.75 ドルの通行料金がある場合、支払いごとの手数料は 0.0375 ドルで、月額サービス料はわずか 2.50 ドル (0.0375*60) です。
結論は
結論は
私たちの評価結果は、Lightning Network ノードが低い運用コストで高速かつタイムリーな IoT マイクロペイメントをサポートできることを示しています。
この研究の目標は、リソースに制約のある IoT デバイスがライトニング ネットワークと対話し (通常は不可能です)、他のユーザーと少額決済を行えるようにすることです。
私たちが知る限り、これはライトニング ネットワークにしきい値暗号化を実装した最初の作業です。
したがって、旅行を楽しみ、時間通りに到着し、通行料金の支払いを心配する必要はありません。
私たちのプロトコルは、他の多くの IoT マイクロペイメント アプリケーションでも使用できます (つまり、料金支払いに限定されません)。
私たちの成果は、ライトニング ネットワークのしきい値暗号化のための一般的なフレームワークの開発におけるマイルストーンでもあります。計画全体の詳細については、論文を参照してください。
何かを得られるといいですね！
