脚本：エコー、インフィニタス

監督: ホン・シュニン

Web3 Labs と Waterdrip Capital が共催する研究所である SATOSHI Lab が香港に正式に設立されたことにより、暗号化市場全体でビットコイン エコシステムに関する議論が徐々に高まっています。クライアント側の検証ソリューションを使用してビットコイン スクリプトでスマート コントラクトを構築することは、チャネル トランザクション用の無限にスケーラブルなライトニング ネットワークと互換性がありながら、「セキュリティ、分散化、スケーラビリティ」を同時に確保するトライアングル上のブロックになる可能性があります。チェーン大規模アプリケーションソリューション。

この記事では、ビットコインエコシステムのいくつかの基本概念について一般的な科学的な説明を提供します。大規模アプリケーションを妨げる「ブロックチェーンの不可能な三角形」から、「不可能な三角形」を克服するビットコインの「ライトニングネットワーク」、そしてビットコインスクリプトとUTXOモデル原則の現在の解決策まで。

ブロックチェーンの大規模な適用を妨げるものは何でしょうか?

イーサリアムの創設者ヴィタリック・ブテリン氏とバビットの創設者チャン・チャイ氏はともに、「ブロックチェーンネットワークはセキュリティ、分散化、スケーラビリティを同時に達成することはできない」と提案しており、これが「ブロックチェーンの不可能な三角形」である。 「不可能な三角形」の問題は、ブロックチェーンの大規模な適用を長い間妨げてきました。

セキュリティの確保に基づいて、イーサリアムは過去 10 年間、分散化の開発に焦点を当て、イーサリアム パブリック チェーンのスケーラビリティを拡張するために、基礎となるパブリック チェーンのインフラストラクチャ層で革新を続けてきました。この目標を達成するために、イーサリアムは過去 10 年間、さまざまなエア アルゴリズム、シャーディング、ロールアップ、その他のテクノロジーも繰り返し開発してきました。

しかし、スケーラビリティの問題に関しては、イーサリアムとそのレイヤ 2 の試みから判断すると、解決策が依然としてブロックチェーンに限定されている限り、パフォーマンスには上限があるように思えます。現在最強の性能を持つブロックチェーンであっても、TPS（1秒あたりのトランザクション数）の上限を突破することはまだ難しく、数百万TPSという大規模商​​用アプリケーションの要件や達成目標にはまだまだ遠い。世界の産業レベルでは数億 TPS ですが、大きなギャップがあります。主流のパブリックチェーンにとって、それがイーサリアムであろうとビットコインであろうと、それらはすべて「スケーラビリティをどう解決するか?」というボトルネックに直面しています。

ライトニングネットワークはどのように機能しますか?

ライトニングネットワークは、オフチェーンコンピューティング手法、すなわち「ペイメントチャネル」を使用して、「不可能な三角形」のスケーラビリティ問題を完全に解決します——十分なチャネルを構築している限り、好きなだけ同時トランザクションを実行できます。

ライトニングネットワークの原則

• 銀行システムを例として考えてみましょう。A と B の 2 人が口座を開設して送金するとします。 2 人が同じバンクにいる場合、清算は同じバンク内で行われます。 A と B が同じ銀行に所属していない場合、中央銀行を介して銀行間決済操作を行う必要があります。

• ライトニング ネットワークは、銀行の清算方法を模倣しています。ユーザー A と B は、ライトニング ネットワークを通じて両者の間にライトニング チャネルを開きます。チャネルがオープンされると、A と B はそのチャネルを使用して、ビットコイン ブロックチェーン上で決済せずに、ライトニング ネットワーク上で直接決済します。チャネルが閉じている場合にのみ、A と B はライトニング ネットワークを通過してビットコイン ブロックチェーンに定着する必要があります。

Lightningチャネルの操作プロセス

1. 準備金の支払い: 銀行口座を開設するために事前準備金を支払う必要がある従来のシナリオと同様に、ライトニング ネットワーク チャネルを開くためにもビットコイン準備金を支払う必要があります。

2. オフチェーントランザクションの会計: 各トランザクションはライトニングネットワークを通じて 1 つずつ記録され、会計ごとに違約金契約に署名する必要があります。

3. オンチェーン決済記録：ライトニングチャネルを閉じた後、過去の取引データはパッケージ化されて一度に決済され、最終的にビットコインブロックチェーンに送信されます。

ライトニングネットワークがオンチェーン詐欺を回避する方法

チャネルトランザクション中に、A が不正行為を行った場合、チャネルはビットコインを決済するために早期に閉じられます。そして、チャネルが閉じられると、直ちに不正なトランザクションがビットコインチェーン上で生成されます。ビットコインチェーンのオープン性に基づいて、B は適時に監視し、事前に署名された罰則協定で A を罰することができます。罰則は、A のすべての準備金を没収することです。

ライトニングネットワークの大規模適用のボトルネック

理論的には、ライトニング ネットワークは無限のスケーラビリティを実現し、ブロックチェーンの不可能な三角形を克服します。しかし、ライトニング ネットワークの大規模なアプリケーションを妨げる最も重大な問題は、ライトニング ネットワークがビットコインと同じスクリプトを使用する一方で、ビットコイン チェーンにはスマート コントラクトがなく、単純なスクリプトのみが存在し、複雑なアプリケーションを実行できないことです。つまり、ビットコイン チェーンはチューリング不完全であり、チューリングが完全であるということは、理論的にはあらゆる計算問題を解決できることを意味します。チューリング完全スクリプト言語を使用すると、他のプログラミング言語と論理的に互換性があり、他の言語で実現できるロジックを理論的に実現し、実際のビジネス ロジックを最大限に再現できます。ビットコイン ブロックチェーンにはスマート コントラクトはなく、ましてやスマート コントラクトに基づいてアプリケーションを構築することはできません。それでライトニングネットワークが克服すべき最大の課題は「ビットコイン上でスマートコントラクトをどのように実装するか」だ。

ビットコインブロックチェーンの「パワー」を向上させる既存のソリューション

1. サイドチェーン

• サイドチェーンとは、スマートコントラクト機能を備えたチェーンを作成し、それをコピーしてビットコインメインチェーンに双方向でリンクすることにより、メインチェーンとサイドチェーン間でビットコイン資産をシームレスに移行し、スマートコントラクトを実現することを指します。しかし、現在、十分に分散化された双方向ペグ技術は存在しません。サイド チェーンでは、メイン チェーンのレプリケーションと資産移行のためにサードパーティの集中型サービス プロバイダーが必要ですが、現時点では汎集中型のソリューションしかありません。たとえば、「WBTC」はイーサリアム ネットワーク上で BitGo によって発行された ERC-20 トークンであり、デリバティブ資産として BTC 1:1 に固定されています。サイドチェーン ソリューションは、サードパーティ発行の集中化の問題により、Bitcoin Core 開発者コミュニティによってサポートされていません。

2. カラーコイン

• 2012年、ビットコイン協会会長のメニ・ローゼンフェルド氏は「カラーコインの概要」という論文を発表し、特定のコインを「色付け」して特定のトークンを他のトークンから区別することでビットコインの「代替可能性」を利用するメカニズムを紹介した。これらのコインに適したアプリケーションを作成します。具体的な方法は、ビットコインスクリプトのOP_RETURN命令を使用し、末尾に任意の文字を80バイト追加し、その80バイト内に指定された形式に従って文字列を設計し、人為的に意味を指定して「色の付いたコイン」をマークするというものです。複雑なスマート コントラクト。しかし、80 バイトのスペースは複雑な関数を実装するには小さすぎます。

• 後続の「Colored Coin」プログラムでも新しいテクノロジーが導入されました。たとえば、「Ordinals」彫刻技術は、ビットコインブロック内の3Mの「Segregated Witness」スペースを使用して、そこに小さな写真を挿入してNFTを発行します。たとえば、BRC-20 は、80 バイトよりも豊富なコンテンツを表現するためにコード文字列を使用します。しかし、これらのカラーコインは、「分離された証人」スペースを占有するというさらなる深刻な問題を引き起こす可能性があり、もともとビットコイン送金トランザクションの署名を保存するために使用されていたスペースが「分離された証人」スペースを圧迫することになります。これにより、ビットコインで実行できるトランザクションの数が減少し、ビットコインのパフォーマンスが低下しました。カラーコイン計画は、カラーコインがネイティブビットコインを汚染するため、ビットコインコア開発者からも強く抵抗されました。さらに、人為的に指定されたフォームでも、サーバー解析のために集中管理されたサードパーティが必要です。

3. クライアントの検証

2016 年、ビットコインのコア開発者であるピーター・トッドは、クライアント側の検証パラダイムを提案する論文を発表しました。従来の契約署名方法をシミュレートすることで、契約内容のプライバシーの前提を両当事者のみが知ることが保証されます。第三者の参加を必要とせず、完全に分散化されています。同時に、取引が実行されると、取引開始者は必要な完全な取引履歴データを提供し、相手方はそれを自ら検証して、不正行為の問題の発生を防ぎます。一元化の問題がなく、オフチェーン検証はパフォーマンスによって制限されないため、現在、ほとんどの人がビットコイン ブロックチェーンのチューリング完全性欠陥を解決する「最適な」ソリューションであると考えています。

従来の契約署名とブロックチェーンスマート契約署名

• 従来の契約署名: A と B の間で取引があり、最初に契約書に署名します。双方が契約内容を確認してから署名します。署名時に契約書を改ざんすることはできません。今後の契約締結プロセスにおける取引は、A社とB社の間の取引であり、第三者の介入を必要としません。

• ブロックチェーン スマート コントラクトの署名: トランザクション プロセスはネットワーク全体に通知され、すべてのマイナーがそれを実行して検証します。実行プロセス全体にはプライバシーがなく、コンセンサスに達するにはネットワーク全体に公開する必要があるため、パフォーマンスが制限されます。

クライアント側の検証は完全ですか?

これを見て疑問を抱く人もいるようですが、分散型ビットコインブロックチェーン自体は従来のビジネスにおけるセキュリティ問題を解決しますが、クライアント認証の導入により、詐欺問題は解決しても解決策はオフチェーンに戻ってしまいます。二重支払い問題を効果的に防ぐには？

「使い捨てシール」のご紹介です。

クライアント側の検証自体には二重支払いを防止するメカニズムが含まれていないため、この問題を解決するにはサードパーティの支援を導入する必要があります。これを達成するために、クライアント検証で検証する必要があるすべてのコントラクトのすべての状態を、特定のビットコインの未使用トランザクション出力 (UTXO) にバインドします。 UTXO は 2 つの形式しか存在しないため、"「使用済み」と「未使用」。検証コントラクトのステータスを変更したい場合は、バインドされた UTXO (任意の金額が許容されます) を使用して、それを使用したトランザクションがブロックチェーンによって確認できるようにする必要があります。トランザクションは、状態遷移の内容の証拠 (ハッシュ値と同様) も提供する必要があります。簡単に言うと、バインドされた UTXO は、この状態の「封筒」の封蝋とみなすことができます。封筒を開けたら、必ず開けてください。 シーリングワックス。

UTXOモデルに関する追加の注意事項

イーサリアムのアカウントモデルとは異なり、未使用のトランザクション出力 (UTXO)あるアドレスから別のアドレスに送信されたが、その後のトランザクションで資金を他の人に送金できるように受信者によってまだ償還されていない暗号通貨の合計です。

• たとえば、アリスがボブに 1 ビットコインを送信した場合、ボブがアリスから受け取った BTC を使用しない限り、ボブは UTXO を所有します。ボブが 1 BTC を使用すると、UTXO のライフサイクルは終了します。

• ボブのウォレットがボブがアリスから 1 BTC を受け取った 1 つのトランザクションにのみ参加したと仮定すると、トランザクション検証者はボブの UTXO 残高が 1 BTC であることを知っています。ボブがキャロルに 1 BTC を送信すると、彼の UTXO はすぐに 0 BTC になります。ボブが 2 番目の送信トランザクションを試行すると、八重の花彼のコインを受け取った場合、バリデーターは彼の UTXO 残高が 2 番目のトランザクションの入力として使用するには不十分であることがわかり、正直なバリデーターはそうではありません。広めるまたは、彼の二重支払い取引を確認してください。

次の指数関数的な成長: ビットコイン エコシステムの爆発

ビットコインの進化の過程で、クライアント側検証の設計は、サイドチェーンおよびカラーコインソリューションの集中化の問題を巧みに回避し、セキュリティをさらに向上させるためにワンタイムシーリングメカニズムを導入しました。現在、ビットコインのエコシステムでは一連の新しいプロトコルが誕生しており、その中でもRGBプロトコルは上記の概念を踏襲するだけでなく、ライトニングネットワークとの互換性を提案し、無制限のスケーラビリティの基盤を築きます。 RGB プロトコルとライトニング ネットワークの互換性はまだ完全ではありませんが、私たちは将来に自信を持っており、プロトコルの最適化を続けるインフラストラクチャが長年の限界である「不可能な三角形」を打ち破ってくれると信じています。ブロックチェーンの」。

次のサイクルでのブロックチェーンの指数関数的な成長は、ビットコイン エコシステムの爆発によるブロックチェーンの大規模な導入によってもたらされると予想するさらなる理由があります。私たちは、ビットコインが本来の単一の価値保存を打ち破り、その通貨の特性を強調すると同時に、多様なソリューションを通じてより多くのアプリケーションをビットコインのエコシステムに移植し、生態学的拡張性と持続可能な開発を促進し、貢献し続けると信じています。ブロックチェーンの世界に無限の可能性をもたらします。