# オフチェーン拡容デプス解析## 1. スケーラビリティの必要性ブロックチェーンの未来のビジョンは、デセンタライズ、安全性、スケーラビリティですが、通常はそのうちの2つしか実現できないことが、ブロックチェーンの不可能三角問題と呼ばれています。長年にわたり、人々はデセンタライズと安全性を保証しながら、ブロックチェーンのスループットと取引速度を向上させる方法、つまりスケーリング問題を解決する方法を探求してきました。これは現在のブロックチェーンの発展過程におけるホットな話題の1つです。ブロックチェーンの非中央集権性、安全性、及びスケーラビリティは以下のように定義されます:- 非中央集権: 誰でもノードになり、ブロックチェーンシステムの生産と検証に参加できます。ノードの数が多いほど、非中央集権の程度が高まり、ネットワークが小さなグループによって制御されることを防ぎます。- セキュリティ: ブロックチェーンシステムの制御を取得するためにかかるコストが高いほど、セキュリティは高く、チェーンはより多くの参加者の攻撃に対抗できる。- スケーラビリティ:ブロックチェーンが大量の取引を処理する能力。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-7d930821d982f99c43cf5400e4db2175)ビットコインネットワークの最初の重大なハードフォークは、スケーラビリティの問題に起因しています。ユーザー数と取引量が増加するにつれて、1MBブロック制限のビットコインネットワークは混雑に直面し始めました。2015年から、ビットコインコミュニティはスケーラビリティの問題について意見が分かれ、一方はブロックを拡大することを支持し、もう一方はSegwitソリューションを使用してメインチェーンの構造を最適化することを支持しました。2017年8月1日、スケーラビリティを支持する側が独自に8MBのブロッククライアントシステムを開発し、運用を開始した結果、ビットコインの歴史上初めての重大なハードフォークが発生し、新しいコインBCHが誕生しました。イーサリアムネットワークもネットワークのセキュリティと分散化を確保するために、一部のスケーラビリティを犠牲にすることを選択しています。イーサリアムはビットコインのようにブロックサイズを制限していませんが、単一のブロックに収容できるガス代に上限を設けていますが、目的は信頼不要のコンセンサスを実現し、ノードの広範な分布を確保することです。2017年のCryptoKitties、DeFiサマーから後のGameFiやNFTなどのオンチェーンアプリケーションの台頭まで、市場はスループットの需要が増加し続けていますが、イーサリアムは1秒あたり15～45件の取引しか処理できません。このため、取引コストが増加し、決済時間が長くなり、大部分のDAppsは運営コストを負担するのが難しくなり、ネットワーク全体が遅く高価になっています。ブロックチェーンのスケーラビリティの問題は早急に解決する必要があります。理想的なスケーリングソリューションは、非中央集権性と安全性を犠牲にすることなく、ブロックチェーンネットワークの取引速度とスループットを可能な限り向上させることです。## 2. 拡張ソリューションの種類私たちは「主ネットワークのレイヤーが変更されるかどうか」を基準として、スケーリングソリューションをオンチェーンスケーリングとオフチェーンスケーリングの2つの大カテゴリに分けました。### 2.1 チェーン上のスケーリングコアコンセプト: 主ネットプロトコルの一層を変更することでスケーラビリティを実現するソリューションで、現在の主要なソリューションはシャーディングです。オンチェーンのスケーリングにはさまざまなソリューションがありますが、ここでは詳しく説明せず、2つの例を簡単に挙げます:- プラン1はブロックスペースを拡大することであり、つまり各ブロックにパッケージされる取引の数を増やすことですが、これにより高性能ノードデバイスに対する要求が高まり、ノードの参加のハードルが上がり、「非中央集権」の程度が低下します。- 方案二はシャーディングであり、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、各ノードがすべての記帳に参加するのではなく、異なるシャード、つまり異なるノードが異なる記帳を担当します。並行計算により、複数の取引を同時に処理できます。この方法はノードの計算圧力と参加のハードルを下げ、取引処理速度と分散化の程度を向上させます。しかし、これは全体のネットワークの算力が分散されることを意味し、ネットワーク全体の「安全性」が低下する可能性があります。メインネットのプロトコルのコードを変更することは、予測できない悪影響を引き起こす可能性があります。なぜなら、基盤となる微細なセキュリティの脆弱性がネットワーク全体のセキュリティを深刻に脅かすからです。また、ネットワークはフォークを余儀なくされたり、修復アップグレードを中断する可能性があります。### 2.2 オフチェーン拡張コアコンセプト:既存のレイヤー1メインネットプロトコルを変更せずにスケーリングソリューション。オフチェーン拡張ソリューションはLayer2とその他のソリューションに細分化できます:- Layer2:メインチェーンの上に構築された二層ネットワークで、State Channels、Plasma、Rollupsなどが含まれます- その他のソリューション: サイドチェーン、バリディウムなど! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e)## 3. オフチェーン拡張の方案### 3.1 ステートチャンネル#### 3.1.1 まとめステートチャネルでは、チャネルが開いている、閉じている、または紛争を解決しているときのみ、ユーザーがメインネットと相互作用する必要があり、ユーザー間の相互作用はオフチェーンで行われるため、取引時間とコストを削減し、取引回数に制限がないことを実現します。ステートチャンネルは、シンプルなP2Pプロトコルで、"ターン制アプリケーション"、例えば2人のチェスゲームに適しています。各チャンネルは、メインネットで動作するマルチシグスマートコントラクトによって管理されており、このコントラクトはチャンネルに預けられた資産を制御し、ステートの更新を検証し、参加者間の争いを仲裁します。参加者はネットワークにコントラクトをデプロイした後、資金を預けてロックし、双方が署名して確認した後、チャンネルが正式に開通します。チャンネルは、参加者間で制限なしにオフチェーンで無料の取引(を行うことを許可しますが、転送のネットバリューは預けられた総額)を超えてはいけません。参加者は交互に相手にステート更新を送信し、相手の署名確認を待ちます。相手が署名確認を行うと、そのステート更新は完了と見なされます。通常、双方が合意したステート更新はメインネットにはアップロードされず、争いが発生したりチャンネルを閉じたりする場合にのみ、メインネットの確認に依存します。チャンネルを閉じる必要がある場合、いずれかの参加者はメインネットに取引リクエストを提出でき、全員の合意署名が承認されれば、オンチェーンで即座に実行されます。他の参加者が署名承認をしなかった場合、全員が"チャレンジ期間"終了を待つ必要があり、その後で残りの資金を受け取ることができます。以上のように、ステートチャンネルのソリューションは、メインネットの計算量を大幅に削減し、取引速度を向上させ、取引コストを低減することができます。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5)#### 3.1.2 タイムライン- 2015/02、ジョセフ・プーンとサディウス・ドライジャがライトニングネットワークのホワイトペーパー草案を発表しました。- 2015/11、ジェフ・コールマンが初めてState Channelの概念を体系的にまとめ、ビットコインのPayment ChannelはState Channelのサブケースであることを提案しました。- 2016/01、ジョセフ・プーンとサディウス・ドライジャは、ビットコインの拡張ソリューションである「The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments」を正式に発表しました。これにより、ビットコイン・ライトニングネットワークのペイメントチャネル(が提案され、これはビットコインネットワーク上の送金支払いの処理にのみ使用されます。- 2017/11年に、Payment Channelフレームワークの下でState Channelの設計仕様に基づく最初のスプライトが提案されました。- 2018/06年、Counterfactualは、State Channelsに完全に関連する最初のデザインである詳細なGeneralized State Channelsデザインを発表しました。- 2018年10月、Generalised State Channel Networksの記事では、State Channel NetworksとVirtual Channelsの概念が提案されました。- 2019/02、ステートチャネルの概念がN-Party Channelsに拡張され、Nitroがこのアイデアに基づいて構築された最初のプロトコルです。- 2019/10、Pisaはすべての参加者が常にオンラインである必要があるという問題を解決するために、Watchtowersの概念を拡張しました。- 2020/03、Hydraはファストアイソモルフィックチャネルを提案しました。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709()# 3.1.3 技術原則ステートチャネルの一般的なワークフローは以下の通りです:1. アリスとボブは、個人EOAから資金をオンチェーン契約アドレスに入金することで、これらの資金は契約内にロックされ、チャネルが閉じられるまでユーザーに返されません; 二人が署名を確認した後、二人の間の状態チャネルは正式に開通します。2. アリスとボブはオフチェーンで無制限に取引を行うことができ、参加者は暗号化された署名メッセージで相互に通信###し、ブロックチェーンネットワークと通信(するのではありません。両者は二重支払いを防ぐために、各取引に署名する必要があります。これらのメッセージを通じて、彼らは自分のアカウントの状態更新を提案し、相手が提案した状態更新を受け入れます。3. もしアリスがボブとの取引を終了するためにチャネルを閉じたい場合、アリスは契約に自分のアカウントの最終状態を提出する必要があります。ボブが署名を承認すれば、契約は最終状態に基づいてロックされた資金を対応するユーザーに返却します。ボブが署名に応答しない場合、契約はチャレンジ期間が終了した後にロックされた資金を対応するユーザーに返却します。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa()#3.1.4長所と短所価値：- 即時取引、高スループット- 低い取引コスト- プライバシー取引を実現可能- セキュリティは基盤となるブロックチェーンによって保証されています短所： - 資金をロックする必要があります- 大規模なマルチパーティ取引には適していません- 参加者は頻繁にオンラインである必要があります- 一部のシーンは制限されています#### 3.1.5 アプリケーションビットコイン・ライトニングネットワーク:- 概要:ライトニングネットワークはビットコインネットワークの小額決済チャネルであり、技術の進化は片方向決済チャネルから双方向決済チャネル、そして多人決済ネットワークへと進んできました。オフチェーンの小額決済チャネルを通じて、中間者を利用して取引ネットワークを構成することで、ビットコインネットワークのスケーラビリティ問題を解決できます。"預金###チャネルを構築(→ライトニングネットワーク取引)チャネルの状態を更新(→払い戻し/決済)チャネルを終了("というプロセスに従って使用します; 理論的には、毎秒100万件の取引を処理できます。- タイムライン: - 2015年2月、ホワイトペーパー草案を発表 - 2016年1月に正式版ホワイトペーパーを発表し、Lightning Labsを設立しました。 - 2018年3月15日、最初のメインネットバージョンLND 0.4をリリース - 2021年初頭の公開容量は約4,000万ドルで、ユーザー数は約10万人でした。 - 2021年6月、エルサルバドルはビットコインを法定通貨として採用し、9月にライトニングネットワークに基づくウォレットChivoを発表しました。 - 2022年、26の暗号通貨取引所がライトニングネットワークのサポートを発表しました。 - 2022年10月、Lightning LabsはTaroプロトコルのアルファ版をリリースし、将来的にはビットコインネットワーク上で資産を鋳造、送信、受信するために使用できるようになる予定です。 - 2022年11月23日、ライトニングネットワークには76,236のペイメントチャネルがあり、チャネル資金は5049 BTC)81.8Mドル(- エコシステムの発展:閃電ネットワークエコシステムは下から上に、基盤となるBTCネットワーク、コアインフラ)ソリューション、ノードおよび流動性サービス(、さまざまなDAppsを含みます。2022年11月現在、閃電ネットワークに基づくDAppsは20以上のカテゴリーと100以上のアプリケーションを超え、主に支払い、ウォレット、ノード管理、ブラウザ拡張機能、ポッドキャスト、ストリーミングなどが含まれます。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e(イーサリアムライトニングネットワーク:- 概要:ライトニングネットワークは、イーサリアムに基づく小額決済チャネルで、ライトニングネットワークに似ており、状態チャネルを構築することでオンチェーン取引を拡張し、ほぼ瞬時、低コスト、かつスケーラブルなERC20トークン決済を実現することを目的としています。- タイムライン: - 2017年に設立され、創業者Heiko Heesはイーサリアムのコア開発者でした - 2017年10月17日、ICOは3,000万ドル以上を調達しました。 - 2020年5月第一个Raiden Light Client - Alderaanがイーサリアムメインネットにローンチされました - 2021年末に、複数の取引所が$RDNを上場廃止しました。- 現在まだ広く採用されていない理由には: 1) 使用門檻が高すぎる: イーサリアムのガス料金が高すぎると、チャネルを開くコストが高くなる 2) より進んだスケーリング技術の登場: Rollupなどのより良いスケーリングソリューションがRaiden Networkのユースケースを制限している- エコシステムの発展:現在、エコシステムの発展は遅れており、チームはそれをイーサリアムLayer2 Rollupネットワーク上で動作するように改造しています。これにより、State ChannelのGas費用をさらに削減することができます。2022年5月にArbitrumでのローンチを発表し、L2上で動作するL2となりました。今後はRollupsを中心に移行し、Rollupsと共存する補完的なソリューションとして進めていく予定です。セラーネットワーク:- 概要:Celer Networkは本質的に、インセンティブ層)トークン$CELR(を追加したライトニングネットワークであり、オフチェーン拡張技術とインセンティブ経済モデルを通じて、迅速で使いやすく、低コストで安全な高頻度インタラクション型ブロックチェーンDAppsを構築します。例えば、電子
オフチェーン拡張デプス解析：概念からState Channel実践まで
オフチェーン拡容デプス解析
1. スケーラビリティの必要性
ブロックチェーンの未来のビジョンは、デセンタライズ、安全性、スケーラビリティですが、通常はそのうちの2つしか実現できないことが、ブロックチェーンの不可能三角問題と呼ばれています。長年にわたり、人々はデセンタライズと安全性を保証しながら、ブロックチェーンのスループットと取引速度を向上させる方法、つまりスケーリング問題を解決する方法を探求してきました。これは現在のブロックチェーンの発展過程におけるホットな話題の1つです。
ブロックチェーンの非中央集権性、安全性、及びスケーラビリティは以下のように定義されます:
非中央集権: 誰でもノードになり、ブロックチェーンシステムの生産と検証に参加できます。ノードの数が多いほど、非中央集権の程度が高まり、ネットワークが小さなグループによって制御されることを防ぎます。
セキュリティ: ブロックチェーンシステムの制御を取得するためにかかるコストが高いほど、セキュリティは高く、チェーンはより多くの参加者の攻撃に対抗できる。
スケーラビリティ:ブロックチェーンが大量の取引を処理する能力。
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ビットコインネットワークの最初の重大なハードフォークは、スケーラビリティの問題に起因しています。ユーザー数と取引量が増加するにつれて、1MBブロック制限のビットコインネットワークは混雑に直面し始めました。2015年から、ビットコインコミュニティはスケーラビリティの問題について意見が分かれ、一方はブロックを拡大することを支持し、もう一方はSegwitソリューションを使用してメインチェーンの構造を最適化することを支持しました。2017年8月1日、スケーラビリティを支持する側が独自に8MBのブロッククライアントシステムを開発し、運用を開始した結果、ビットコインの歴史上初めての重大なハードフォークが発生し、新しいコインBCHが誕生しました。
イーサリアムネットワークもネットワークのセキュリティと分散化を確保するために、一部のスケーラビリティを犠牲にすることを選択しています。イーサリアムはビットコインのようにブロックサイズを制限していませんが、単一のブロックに収容できるガス代に上限を設けていますが、目的は信頼不要のコンセンサスを実現し、ノードの広範な分布を確保することです。
2017年のCryptoKitties、DeFiサマーから後のGameFiやNFTなどのオンチェーンアプリケーションの台頭まで、市場はスループットの需要が増加し続けていますが、イーサリアムは1秒あたり15～45件の取引しか処理できません。このため、取引コストが増加し、決済時間が長くなり、大部分のDAppsは運営コストを負担するのが難しくなり、ネットワーク全体が遅く高価になっています。ブロックチェーンのスケーラビリティの問題は早急に解決する必要があります。理想的なスケーリングソリューションは、非中央集権性と安全性を犠牲にすることなく、ブロックチェーンネットワークの取引速度とスループットを可能な限り向上させることです。
2. 拡張ソリューションの種類
私たちは「主ネットワークのレイヤーが変更されるかどうか」を基準として、スケーリングソリューションをオンチェーンスケーリングとオフチェーンスケーリングの2つの大カテゴリに分けました。
2.1 チェーン上のスケーリング
コアコンセプト: 主ネットプロトコルの一層を変更することでスケーラビリティを実現するソリューションで、現在の主要なソリューションはシャーディングです。
オンチェーンのスケーリングにはさまざまなソリューションがありますが、ここでは詳しく説明せず、2つの例を簡単に挙げます:
プラン1はブロックスペースを拡大することであり、つまり各ブロックにパッケージされる取引の数を増やすことですが、これにより高性能ノードデバイスに対する要求が高まり、ノードの参加のハードルが上がり、「非中央集権」の程度が低下します。
方案二はシャーディングであり、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、各ノードがすべての記帳に参加するのではなく、異なるシャード、つまり異なるノードが異なる記帳を担当します。並行計算により、複数の取引を同時に処理できます。この方法はノードの計算圧力と参加のハードルを下げ、取引処理速度と分散化の程度を向上させます。しかし、これは全体のネットワークの算力が分散されることを意味し、ネットワーク全体の「安全性」が低下する可能性があります。
メインネットのプロトコルのコードを変更することは、予測できない悪影響を引き起こす可能性があります。なぜなら、基盤となる微細なセキュリティの脆弱性がネットワーク全体のセキュリティを深刻に脅かすからです。また、ネットワークはフォークを余儀なくされたり、修復アップグレードを中断する可能性があります。
2.2 オフチェーン拡張
コアコンセプト:既存のレイヤー1メインネットプロトコルを変更せずにスケーリングソリューション。
オフチェーン拡張ソリューションはLayer2とその他のソリューションに細分化できます:
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3. オフチェーン拡張の方案
3.1 ステートチャンネル
3.1.1 まとめ
ステートチャネルでは、チャネルが開いている、閉じている、または紛争を解決しているときのみ、ユーザーがメインネットと相互作用する必要があり、ユーザー間の相互作用はオフチェーンで行われるため、取引時間とコストを削減し、取引回数に制限がないことを実現します。
ステートチャンネルは、シンプルなP2Pプロトコルで、"ターン制アプリケーション"、例えば2人のチェスゲームに適しています。各チャンネルは、メインネットで動作するマルチシグスマートコントラクトによって管理されており、このコントラクトはチャンネルに預けられた資産を制御し、ステートの更新を検証し、参加者間の争いを仲裁します。参加者はネットワークにコントラクトをデプロイした後、資金を預けてロックし、双方が署名して確認した後、チャンネルが正式に開通します。チャンネルは、参加者間で制限なしにオフチェーンで無料の取引(を行うことを許可しますが、転送のネットバリューは預けられた総額)を超えてはいけません。参加者は交互に相手にステート更新を送信し、相手の署名確認を待ちます。相手が署名確認を行うと、そのステート更新は完了と見なされます。通常、双方が合意したステート更新はメインネットにはアップロードされず、争いが発生したりチャンネルを閉じたりする場合にのみ、メインネットの確認に依存します。チャンネルを閉じる必要がある場合、いずれかの参加者はメインネットに取引リクエストを提出でき、全員の合意署名が承認されれば、オンチェーンで即座に実行されます。他の参加者が署名承認をしなかった場合、全員が"チャレンジ期間"終了を待つ必要があり、その後で残りの資金を受け取ることができます。
以上のように、ステートチャンネルのソリューションは、メインネットの計算量を大幅に削減し、取引速度を向上させ、取引コストを低減することができます。
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3.1.2 タイムライン
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)# 3.1.3 技術原則
ステートチャネルの一般的なワークフローは以下の通りです:
アリスとボブは、個人EOAから資金をオンチェーン契約アドレスに入金することで、これらの資金は契約内にロックされ、チャネルが閉じられるまでユーザーに返されません; 二人が署名を確認した後、二人の間の状態チャネルは正式に開通します。
アリスとボブはオフチェーンで無制限に取引を行うことができ、参加者は暗号化された署名メッセージで相互に通信###し、ブロックチェーンネットワークと通信(するのではありません。両者は二重支払いを防ぐために、各取引に署名する必要があります。これらのメッセージを通じて、彼らは自分のアカウントの状態更新を提案し、相手が提案した状態更新を受け入れます。
もしアリスがボブとの取引を終了するためにチャネルを閉じたい場合、アリスは契約に自分のアカウントの最終状態を提出する必要があります。ボブが署名を承認すれば、契約は最終状態に基づいてロックされた資金を対応するユーザーに返却します。ボブが署名に応答しない場合、契約はチャレンジ期間が終了した後にロックされた資金を対応するユーザーに返却します。
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)#3.1.4長所と短所
価値：
短所：
3.1.5 アプリケーション
ビットコイン・ライトニングネットワーク:
概要:ライトニングネットワークはビットコインネットワークの小額決済チャネルであり、技術の進化は片方向決済チャネルから双方向決済チャネル、そして多人決済ネットワークへと進んできました。オフチェーンの小額決済チャネルを通じて、中間者を利用して取引ネットワークを構成することで、ビットコインネットワークのスケーラビリティ問題を解決できます。"預金###チャネルを構築(→ライトニングネットワーク取引)チャネルの状態を更新(→払い戻し/決済)チャネルを終了("というプロセスに従って使用します; 理論的には、毎秒100万件の取引を処理できます。
タイムライン:
エコシステムの発展: 閃電ネットワークエコシステムは下から上に、基盤となるBTCネットワーク、コアインフラ)ソリューション、ノードおよび流動性サービス(、さまざまなDAppsを含みます。2022年11月現在、閃電ネットワークに基づくDAppsは20以上のカテゴリーと100以上のアプリケーションを超え、主に支払い、ウォレット、ノード管理、ブラウザ拡張機能、ポッドキャスト、ストリーミングなどが含まれます。
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イーサリアムライトニングネットワーク:
概要:ライトニングネットワークは、イーサリアムに基づく小額決済チャネルで、ライトニングネットワークに似ており、状態チャネルを構築することでオンチェーン取引を拡張し、ほぼ瞬時、低コスト、かつスケーラブルなERC20トークン決済を実現することを目的としています。
タイムライン:
現在まだ広く採用されていない理由には:
エコシステムの発展: 現在、エコシステムの発展は遅れており、チームはそれをイーサリアムLayer2 Rollupネットワーク上で動作するように改造しています。これにより、State ChannelのGas費用をさらに削減することができます。2022年5月にArbitrumでのローンチを発表し、L2上で動作するL2となりました。今後はRollupsを中心に移行し、Rollupsと共存する補完的なソリューションとして進めていく予定です。
セラーネットワーク: