ビットコイン二層ネットワークの基礎知識体系

ビットコインの銘文の興起は、ビットコインエコシステムに新たな活力をもたらし、より多くの人々がビットコインに再び注目するようになりました。ビットコインエコシステムの技術発展において、二層の構築は最も重要です。本稿では、ビットコインの二層に関する基礎知識をまとめ、この分野の発展を促進できることを期待しています。

ブロックチェーンの世界はビットコインを出発点とし、ビットコインのエコシステムを最終的な目的としています。イーサリアムもビットコインの一種のサイドチェーン技術の探求と見ることができます。

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1. 二層が達成すべき使命

ビットコインの第二層の構築が解決すべき基本的な問題を理解するために、まずブロックチェーンシステムの基本的な特性から始めましょう。

1.1 ブロックチェーンの基本特性と需要

ブロックチェーンは「世界コンピュータ」と見なすことができます。この視点から、ブロックチェーンのさまざまな特性を理解します:

• 公開透明:これはブロックチェーンのデータストレージと命令実行の特徴であり、また、世界中の多数の分散ノードが共同で計算に参加する必要がある内部的な要求特性です。

• 分散型:これはブロックチェーンのアーキテクチャ特性であり、分散型の程度と耐障害性はビザンチン将軍問題によって支持されています。分散型の程度はブロックチェーンの安全性の重要な指標です。

• セキュリティ: アーキテクチャの特性から生じる内部要求とユーザーが必要とする外部要求が共同で構成されています。ミクロレベルでは暗号技術によって保証され、マクロレベルでは分散型アーキテクチャによって保証されます。

• 計算能力: ブロックチェーンの主な機能の一つは計算能力です。一般的にチューリング完全性を考察します。

• 性能:計算能力が同じ場合、性能はブロックチェーンのもう一つの主要な能力です。一般的にTPSで測定されます。

• ストレージ:ブロックチェーンにはデータを保存する機能があります。現在は基本的にブロック内に保存されていますが、より専門的なブロック外のリンク上での保存はまだ発展中です。

• プライバシー:データの生産者と使用者の権限範囲を計算と保存の過程で維持することが求められます。これは基本的に使用者の外部のニーズによって推進されます。

これらの特性は主に不可能な三角形によって制約されており、DSSの推測(の分散化、安全性、スケーラビリティ)およびCAP原理(の整合性、可用性、分散耐障害性)に関連しています。

1.2 2階建て建築の役割

二層の構築は一層システムの不足を拡張し、二層で一層システムに適していないことを完了する。主な内容は:

• 基本能力の拡張: 公開性、透明性、分散化、安全性、計算能力、パフォーマンス、ストレージ、プライバシーなど
• コスト削減: 通常、1層ネットワークの実行トランザクションの総コストは高いです
• カスタマイズされた特性: 特定のアプリケーションに応じて、さまざまな特性の実装度を再調整する

容量の増加、コストの削減、カスタマイズ機能の3つの次元にまとめる。

1.3 なぜ階層設計を行うのか?

階層設計は、複雑なシステムを処理する手段と方法論であり、複数の階層構造を分割し、各層の関係と機能を定義することによって、システムのモジュール化、保守性、および拡張性を実現します。

レイヤードデザインの利点:

1. 各層は独立しており、下層の実装の詳細を知る必要はありません。
2. 柔軟性が高く、ある層の変化は他の層に影響を与えません。
3. 構造は分割可能であり、各層には最も適した技術を採用できます。 4.実装と保守が簡単
4. 標準化の推進

階層的モジュール設計は、技術分野において機能が膨大で、多くの人々が協力し、継続的に改善されるプロジェクトを処理するための効果的な方法です。

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2. ビットコインLayer2のいくつかの構築思路

ビットコインの二層構築には三つの主要なルートがあります:

1. チェーンベースの拡張ルート: EVMに似た二層, これはブロックチェーン構造です
2. 分散型のルート: ライトニングネットワークを代表とし、分散型構造です。
3. 中央集権型システムのルート: 中央集権型インデックスを代表とし、中央集権型構造です。

どの方案がより良いですか？総ロックアップ価値TVLを基準として、TVLが高い方案が優れています。時間と技術の進展に伴い、最適な方案は変化します。

ビットコインの第二層ネットワークの定義: ビットコインネットワークに依存し、技術的な関連を構築し、いくつかの特性がビットコイン第一層ネットワークよりも優れている限り、それはビットコインの第二層ネットワークの構築と見なされます。

2.1 チェーンに基づくレイヤー2の構築

初期のビットコイン模倣チェーンは、"Colorcoin"、"MasterCoin"など、さまざまな探索を行いました。BCH、BSV、BTGなどのさまざまな拡張されたビットコイン模倣チェーン、およびさまざまなサイドチェーン技術は、チェーンの拡張構築の事例に基づいています。

イーサリアムはビットコインを基にした改善の探求とも見なすことができます。イーサリアムのビットコインに対する改善とイーサリアムのレイヤー2の発展は、ビットコインのチェーンに基づくレイヤー2ネットワークの発展の参考を提供しました。

ビットコイン中基于链の二层建设は主に二つの链类型を含みます:

• EVMに対応したアカウントモデル: イーサリアム、ポリゴン、BSC、アービトラムなど
• ビットコインのUTXOモデル: 例えばCKB(Nervos)、Chiaなど

チェーンに基づく第2層の構築の利点:

• ブロックチェーンの大多数の基本的な特性を保持する
• チューリング完全性の問題を解決する
• 取引手数料の大幅な削減
• 一定の程度でネットワーク能力を拡張する
• 技術実現は比較的容易で、より多くの探索事例があります
• 上層アプリケーションの移行が簡便で、迅速に実現可能です

短所：

• ブロックチェーンの制約により、パフォーマンスの向上は限られています
• 分散化の程度や安全性が低下する可能性があります

判断:チェーン構造に基づく第2層には多くのプロジェクトが存在する可能性があり、各垂直分野には1つ以上の第2層が存在し、異なるアプリケーションのニーズを満たす。価値は上位アプリケーションの数と総価値によって決まる。

2.2 分散システムに基づくレイヤー2の構築

いくつかの二層構築は分散システムに基づいており、構造とフレームワークはブロックチェーンの構造ではなく、Channelに基づく分散システムです。ライトニングネットワークは典型的な代表です。

分散型システムの二層構築は二つのカテゴリに分かれます:

1. 価値の伝達のみを完了する、例えばライトニングネットワーク
2. 価値の伝達とチューリング完全な計算を完了する、例えばRGB

分散型のレイヤー2構築の利点:

• システムがより分散化されました
• 無数のノードを収容可能
• プライバシー性と検閲耐性が向上
• 無限の拡張性があり、理論的には性能が非常に高い

短所：

• 複雑な技術的実装
• 価値の伝達に関して、エンジニアリング実装の経験とインフラが不足している
• チューリング完全なシステムを実現することは巨大な挑戦です

判断:Channelに基づく分散型構造の第2層には、いくつかの並行プロジェクトしか存在しない可能性がある、その理由:

1. システムは無限の拡張能力を持っています。
2. 技術的に実装が難しい

このようなシステムは、設計と理念がよりオープンであり、より多くの人々やチームが参加できるようにすることを要求します。

2.3 中央集権システムに基づくレイヤー2の構築

Ordinalsのような中央集権的なインデックス構造や、特定の機能ノードのインデクサーは中央集権的な構造であり、これは一種のレイヤー2の構築思想でもあります。

このような構築の考え方はあまり認められておらず、第二層が過度に中央集権的であり、第一層ネットワークの拡張には非常に限界があります。中央集権的な構造の第二層は、さまざまなブロックチェーンの基本特性を第一層ネットワークに依存し、第二層は単純な計算と統計機能のみを行います。

価値：

• 中心化システムは非常に成熟しています
• 利用可能なケースと最適化ソリューションが多数あります
• 完全なチューリング完全性と卓越した性能

短所：

• レイヤー2は非常に中央集権的です
• すべてのブロックチェーンの基本特性は、ネットワークのレイヤーに依存しています。

判断:中心化構造に基づくレイヤー2は、少数のプロジェクトしか存在しない可能性があり、さらには一時的に存在することさえあります。チェーン構造とチャネルに基づく分散型構造が成熟した後は、大多数の中心化構造によるレイヤー2の構築は消滅するか、特定のシーンでのみ使用される可能性があります。

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3. 2階の建設に関すること

3.1 1階と2階の接続技術

ビットコイン本身の技術開発、例えばOP_RETURNの修正、Taproot、Schnorr署名、MAST、Tapscriptなどは、レイヤー1とレイヤー2を接続する目的で設計されるべきです。一般的なレイヤー1とレイヤー2ネットワークを接続する技術には:

• クロスチェーン技術:異なるブロックチェーン間の相互運用性を実現し、資産のクロスチェーン移転と相互作用を可能にする
• 分離された検証技術:レイヤー1のトランザクションデータは、レイヤー2の検証によって分離され、処理されます
• サイドチェーン技術: メインチェーンとサイドチェーンを接続し、データ転送を実現する
• ステートチャネル技術: チェーン外で通信チャネルを構築し、取引速度とスループットを向上させる
• プラズマ技術:レイヤー1のトランザクションデータは、レイヤー2の検証によってシャード化され、処理されます

第 1 層と第 2 層の接続テクノロジのインジケータを確認します。

• 一層は二層の取引を検証できるか
• 一層の資産は二層の崩壊時に無事に逃げることができるか
• 接続技術がシステムのいくつかの特性を低下させるかどうか

3.2 フェルドマン構造を参考にしてブロックチェーンの発展を見る

ブロックチェーンという「世界コンピュータ」は、従来のコンピュータのフォン・ノイマン構造と比較分析することができます。フォン・ノイマン構造のコンピュータの5つの主要部品：演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置、出力装置。ブロックチェーンシステムにも同様の部品が存在します。

いくつかの比較:

1. CPUの拡張は、レイヤー1とレイヤー2の計算能力とスループットの拡張に似ています。
2. ストレージの拡張は、競争チェーンからのスペースに移行し、真のブロックチェーンストレージを使用します。
3. 入出力デバイスはブロックチェーンシステムにおいてオラクルです。
4. 一部の特殊なチェーンと機能は、従来のコンピュータのGPU、専用デバイスカードなどに似ています。
5. チェーン上のアプリケーションとより上位のアプリケーションは、従来のコンピューターがオペレーティングシステムとアプリケーションソフトウェアの区別がされていない段階に似ている。
6. ブロックチェーンの応用は、初期の金融応用からより広範な応用に拡大します。

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4. 現在のビットコインのLayer2構築状況

4.1 すでに運営されているビットコインの二層プロジェクト

1. ライトニングネットワーク(Lightning Network)

• 分散型のレイヤー2構築
• 2015年に提案され、2018年に全面的に実施されました
• 特徴:迅速、低コスト、スケーラブル
• 支払いチャネルを通じてオフチェーン取引を実現し、確認時間とコストを大幅に削減します。
• ネットワークの安定性、ルーティングアルゴリズムなどの課題に直面する

2. リキッド

• チェーンに基づくレイヤー2の構築
• 2015年にBlockstreamが導入したサイドチェーンソリューション
• 特徴:迅速な取引確認(2分)、取引のプライバシー、高いスループット
• Confidential Transactionsテクノロジーは、取引金額を隠すために使用されます
• Federated Pegテクノロジーを使用して、多数の並列トランザクションをサポート

3. Rootstock(RSK)

• チェーンに基づくレイヤー2の構築
• 2015年に提案され、2018年に正式にローンチ
• 特徴:ビットコインとの双方向アンカー、スマートコントラクトをサポート
• ビットコインにイーサリアムのような機能を提供する
• 発展は比較的遅いが、重要なスマートコントラクトプラットフォームになる可能性がある

4.RGBの

• 分散型+チューリング完全の二層構築
• 2016年に起源し、LNP/BP標準協会によって開発された
• 特徴:拡張性、機密性、トークンを導入する必要のない非中央集権プロトコル
• クライアント検証とワンタイムシールの概念を採用
• 実行可能なトークン発行、NFTの鋳造、DeFi、DAOなどの複雑なスマートコントラクト

5. スタックス

• チェーンに基づく二次構築
• 2013年に提案され、2017年にICOを実施
• 特徴:分散型アイデンティティ認証、ストレージ、スマートコントラクト機能を提供
• "スタッキング"コンセンサス機構を採用
• 去中心化アプリケーション分野の重要なプラットフォームの一つとなった

6. その他の新興プロジェクト

• B²ネットワーク:ZK-Rollupをベースに開発され、EVMと互換性があります
• BEVM: EVM互換の分散型ビットコインL2
• Dovi: EVMスマートコントラクトに対応したビットコインLayer2
• Map Protocol:クロスチェーンプロトコルに特化
• Merlin Chain: ZK-Rollupネットワーク、分散型オラクル、オンチェーンBTC詐欺防止モジュールを統合
• バイソン:ビットコインのネイティブzkロールアップ

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4.2 ビット