# オフチェーン拡張デプス解析## 1. スケーリングの必要性ブロックチェーンの未来のビジョンは、分散化、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ため、これは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、人々は分散化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の問題を解決する方法を模索してきました。これは現在のブロックチェーンの発展におけるホットな話題の一つです。ブロックチェーンの分散化、安全性、スケーラビリティは以下のように簡単に定義されます:- 非中央集権: 誰でもノードとなり、ブロックチェーンシステムに参加できます。ノードの数が多いほど、非中央集権の度合いが高まり、ネットワークが少数の大規模中央集権的参加者に支配されないことを保証します。- セキュリティ: ブロックチェーンシステムの制御権を取得するために必要なコストが高いほど、セキュリティは高くなり、大規模な参加者の攻撃に耐えることができる。- 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ブロックの上限を持つ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ており、一方はブロックの拡大を支持し、もう一方はSegWit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ています。2017年8月1日、ブロックの拡大を支持する側は独自に8MBクライアントシステムを開発し運営を開始し、ビットコインの初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は、セキュリティと分散化を保障するために、スケーラビリティの一部を犠牲にすることを選択し、取引量を制限するためにブロックの燃料費に上限を設定しています。2017年のCryptoKittiesから後のDeFi、GameFi、NFTなどのアプリケーションの台頭まで、市場のスループットに対する需要は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ず、取引コストが増加し、決済時間が長くなり、多くのDAppが運用コストに耐えられなくなり、ネットワーク全体が遅くて高くなり、スケーリング問題の解決が急務です。理想的なスケーリングソリューションは、分散化とセキュリティを犠牲にせずに、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. スケーリングソリューションの種類"メインネットのレイヤーを変更するかどうか"を基準に、スケーリングソリューションは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ることができます。### 2.1 チェーン上のスケーリングコアコンセプト:レイヤー1のメインネットプロトコルを変更することでスケーラビリティを達成するソリューションで、現在の主なソリューションはシャーディングです。オンチェーンスケーリングにはさまざまなソリューションがあり、ここでは2つの例を簡単に挙げます:- プラン1: ブロックスペースを拡大し、各ブロックにパッケージされるトランザクションの数を増やしますが、ノードデバイスの要件が高まり、分散化の程度が低下します。- プラン2: シェーディング、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、異なるノードが異なる記帳を担当し、並行計算により複数のトランザクションを同時に処理できる; ノードの計算負荷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ることができる; ただし、全ネットワークの計算能力が分散されることで、ネットワーク全体の安全性が低下する。レイヤー1のメインネットプロトコルを変更することは、予測できない悪影響を引き起こす可能性があります。基盤となる微細なセキュリティの脆弱性は、ネットワーク全体のセキュリティを深刻に脅かす可能性があり、フォークや修正アップグレードの中断を引き起こす可能性があります。### 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を提供すること。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 ソリューションには:- ステートチャネル- サイドチェーン- プラズマ- ロールアップ(楽観的ロールアップとゼロ知識ロールアップ)その他のオプションには:- バリデーター- バリディウム! [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 ステートチャネル#### 3.1.1 まとめステートチャンネルは、チャンネルが開いている、閉じている、または争議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ると規定しています。ユーザー間の相互作用はオフチェーンで行われ、取引の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。状態チャネルはシンプルなP2Pプロトコルで、"ターンベースのアプリケーション"、例えば二人のボードゲームに適しています。各チャネルはメインネット上のマルチシグスマートコントラクトによって管理され、資産の預入、状態更新の検証、および紛争の仲裁を行います。参加者は契約を展開した後、資金を預けてロックし、双方の署名確認後にチャネルが正式に開通します。チャネルは、預けたトークンの総額(を超えない限り、無制限の回数でオフチェーンの無料取引を許可します。参加者は交互に状態更新を送信し、相手の署名確認を待ちます。通常、状態更新はメインネットにアップロードされず、紛争が発生したりチャネルを閉じたりする際にのみメインネットの確認が必要です。チャネルを閉じる際、任意の参加者はメインネットにリクエストを出すことができ、全員の一致した署名が得られれば即座に実行されます。それ以外の場合は、"チャレンジ期間"が終了するのを待ってから残りの資金を受け取ります。ステートチャンネルは、メインネットの計算量を大幅に削減し、トランザクション速度を向上させ、トランザクションコストを低下させることができます。)# 3.1.2 タイムライン- 2015/02:ジョセフ・プーンとサディウス・ドライヤ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- 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た- 2016/01:ジョセフ・プーンとサッディウス・ドライヤがビットコイン・ライトニングネットワークのホワイトペーパーを正式に発表- 2017/11:最初の支払いチャネルフレームワークに基づくステートチャネル設計仕様Spritesの提案- 2018/06: Counterfactual が一般化状態チャネルの詳細設計を提示- 2018/10: Generalised State Channel NetworksでState Channel NetworksとVirtual Channelsの概念を紹介- 2019/02:ステートチャネルの概念がN-Party Channelsに拡張され、Nitroはそのアイデアに基づく最初のプロトコルです。- 2019/10:Pisaは、参加者が継続的にオンラインである必要がある問題を解決するために、Watchtowersの概念を拡張しました。- 2020/03:Hydraがファストアイソモーフィックチャネルを提案#### 3.1.3 技術原則従来のオンチェーンワークフロー: ユーザーがメインネットのスマートコントラクトと相互作用し、トランザクションを送信することでコントラクトの状態を変更します。欠点は時間とコストの問題を引き起こすことです。ステートチャネルのワークフロー:1. ユーザーは資金をメインネット契約アドレスに預け、チャネルが閉じるまで資金をロックします。2. ユーザーはオフチェーンで無制限の取引を行い、暗号署名メッセージ通信を通じて3. チャネルを閉じる必要がある場合、ユーザーは契約に最終状態を提出します。4. 相手が署名して承認した場合、契約は最終状態に基づいて資金を配分します。それ以外の場合は、チャレンジ期間が終了するのを待つ必要があります。悲観的なシナリオ:- あるユーザーが状態更新に応答しない場合、もう一方は契約に最後の有効な状態を提出して挑戦を開始できます。- 契約は、挑戦された側が一定の期間内に応答することを許可します- 応答がない場合、契約は自動的にチャネルを閉じ、資金を返還します! [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-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5()#3.1.4長所と短所価値：- 取引の即時確認- 高スループット- 取引手数料が安い- プライバシーが良い短所： - 資金を事前にロックする必要があります- 通道容量が限られています- 参加者は継続的にオンライン監視する必要があります- 通路の作成と閉鎖コストが高い- 限られた汎用性#### 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: 一方向決済チャネル、双方向決済チャネル、多人数決済ネットワークを経てきました。オフチェーン決済チャネルと仲介者を通じて取引ネットワークを構成し、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します。使用フローは「入金###チャネルを構築(→ライトニングネットワーク取引)チャネル状態を更新(→返金/決済)チャネルを終了(」です。理論的には毎秒百万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の発表- 2016年1月:正式ホワイトペーパーが発表され、Lightning Labsが設立されました- 2018年3月:初のメインネットバージョンLND 0.4をリリース- 2021年6月:エルサルバドルがビットコインを法定通貨として採用し、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- 2022年:複数の取引所がライトニングネットワークをサポート- 2022年10月:ライトニングネットワークは76,236の支払いチャネルを持ち、チャネル資金は5049 BTCです。エコロジーの発展:ライトニングネットワークエコシステムは、下から上へ次のようになります: 基盤となるBTCネットワーク、コアインフラ、さまざまなDApps。コアインフラにはライトニングネットワークソリューションとノード流動性サービスが含まれます。そのインフラの上には、支払いおよび金融サービスなどのアプリケーションがあります。現在、支払い、ウォレット、ノード管理、ブラウザ拡張、ポッドキャスト、ストリーミングなどの分野をカバーする20以上のカテゴリと100以上のアプリがあります。! [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-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709(イーサリアムライトニングネットワーク:概要：雷電ネットワークは、イーサリアムに基づく小額決済チャネルであり、ライトニングネットワークに似て、ステートチャネルを構築することでオンチェーン取引を拡張し、迅速かつ低コストでERC20トークンの支払いを実現します。タイムライン:- 2017年に設立され、創設者はイーサリアムのコア開発者でした- 2017年10月にICOを開始し、3,000万ドル以上を調達- 2020年5月に最初のメインネットAlderaanバージョンをリリース- 2021年末に複数の取引所がRDNトークンを上場廃止した現在広く採用されていない理由は、以下の通りです:1) 使用門檻が高い: 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すぎる2) より高度なスケーリング技術が登場: 当時はイーサリアム唯一のスケーリングソリューションでしたが、現在はRollupなどのより良いソリューションが登場しています。エコロジーの発展:現在、エコシステムの発展は遅れており、チームはそれをEthereum 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、チャネルの作成にかかるGas費用を削減します。2022年5月にArbitrumで稼働を開始し、L2の上のL2となりました。将来的にはRollupsを中心に転換し、補完的なソリューションとして機能する予定です。セラー ネットワーク:概要：Celer Networkの本質は、インセンティブ層)CELRトークン(のライトニングネットワークを増加させることであり、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、電子競技プラットフォームなどの高速で低コストの高頻度インタラクションDAppsを構築することです。技術原理:ユーザーはオフチェーンのステートチャネルでインタラクションを行い、必要な場合にのみ)争議が発生した場合(にオンチェーンで検証されます。オフチェーンアドレスコンバータOATを介して、オフチェーンアドレスはオンチェーンのスマートコントラクトに一意にマッピングできます。アーキテクチャは三層で構成されています:- cChannel:広義ステートチャネルとサイドチェーンスイート- cRoute:オフチェーン決済ルーティング- cOS:オフチェーンアプリケーション開発フレームワークと実行環境タイムライン:- 2018年に設立され、チームは有名大学出身です。- 2019年3月にバイナンスLaunchpadでCELRトークンを発行- 2019年7月にメインネットがローンチされ、初の汎用状態チャネルネットワークおよびeスポーツプラットフォームCelerXが発表されました。エコロジーの発展:ブロックチェーンエコシステムがマルチチェーンに向かって進化する中、Celer NetworkはクロスチェーンをサポートするL2スケーリングアグリゲーションプラットフォームに変わり、DeFiプロトコルLayer2.finance、情報クロスチェーンプロトコルCeler IM、資産クロスチェーンブリッジcBridgeなどの製品を発表しました。cBridgeは139種類のトークンと38のチェーンをサポートしています。2022年11月にMetaMask Bridges BetaとzkSync 2.0テストネットに統合されました。)# 3.1.6 アプリ比較ビットコイン・ライトニングネットワーク:- 主な用途:ビットコインの少額決済- 技術的特徴:HTLCはマルチホップ決済をサポートします- エコシステムの発展:広範な応用、オンチェーンの容量が着実に増加- 利点:低手数料、迅速な取引、ビットコインネットワークの拡張性の強化- デメリット:資金の事前預け入れが必要、チャンネル容量が限られている、ルーティングが複雑イーサリアムライトニングネットワーク: - 主な用途:イーサリアムトークンの支払い- 技術的特徴:汎用スマートコントラクトをサポート- エコシステムの発展: 発展が遅く、Rollupへの転換中- 利点:より複雑なロジックをサポート- 劣位:使用の敷居が高い、エコシステムが遅れているセラーネットワーク:- 主な用途:高頻度インタラクションDApp- 技術的特徴:インセンティブ層の追加、汎用スマートコントラクトのサポート- エコシステムの発展：クロスチェーンL2アグリゲーションプラットフォームへの転換- 優位性:汎用性が高く、クロスチェーン能力- デメリット:相対的に複雑
オフチェーン拡張デプス分析: ビットコインライトニングネットワークからイーサリアムLayer2ソリューションまで
オフチェーン拡張デプス解析
1. スケーリングの必要性
ブロックチェーンの未来のビジョンは、分散化、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ため、これは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、人々は分散化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の問題を解決する方法を模索してきました。これは現在のブロックチェーンの発展におけるホットな話題の一つです。
ブロックチェーンの分散化、安全性、スケーラビリティは以下のように簡単に定義されます:
非中央集権: 誰でもノードとなり、ブロックチェーンシステムに参加できます。ノードの数が多いほど、非中央集権の度合いが高まり、ネットワークが少数の大規模中央集権的参加者に支配されないことを保証します。
セキュリティ: ブロックチェーンシステムの制御権を取得するために必要なコストが高いほど、セキュリティは高くなり、大規模な参加者の攻撃に耐えることができる。
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ブロックの上限を持つ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ており、一方はブロックの拡大を支持し、もう一方はSegWit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ています。2017年8月1日、ブロックの拡大を支持する側は独自に8MBクライアントシステムを開発し運営を開始し、ビットコインの初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は、セキュリティと分散化を保障するために、スケーラビリティの一部を犠牲にすることを選択し、取引量を制限するためにブロックの燃料費に上限を設定しています。2017年のCryptoKittiesから後のDeFi、GameFi、NFTなどのアプリケーションの台頭まで、市場のスループットに対する需要は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ず、取引コストが増加し、決済時間が長くなり、多くのDAppが運用コストに耐えられなくなり、ネットワーク全体が遅くて高くなり、スケーリング問題の解決が急務です。理想的なスケーリングソリューションは、分散化とセキュリティを犠牲にせずに、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. スケーリングソリューションの種類
"メインネットのレイヤーを変更するかどうか"を基準に、スケーリングソリューションは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ることができます。
2.1 チェーン上のスケーリング
コアコンセプト:レイヤー1のメインネットプロトコルを変更することでスケーラビリティを達成するソリューションで、現在の主なソリューションはシャーディングです。
オンチェーンスケーリングにはさまざまなソリューションがあり、ここでは2つの例を簡単に挙げます:
プラン1: ブロックスペースを拡大し、各ブロックにパッケージされるトランザクションの数を増やしますが、ノードデバイスの要件が高まり、分散化の程度が低下します。
プラン2: シェーディング、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、異なるノードが異なる記帳を担当し、並行計算により複数のトランザクションを同時に処理できる; ノードの計算負荷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ることができる; ただし、全ネットワークの計算能力が分散されることで、ネットワーク全体の安全性が低下する。
レイヤー1のメインネットプロトコルを変更することは、予測できない悪影響を引き起こす可能性があります。基盤となる微細なセキュリティの脆弱性は、ネットワーク全体のセキュリティを深刻に脅かす可能性があり、フォークや修正アップグレードの中断を引き起こす可能性があります。
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を提供すること。
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 ソリューションには:
その他のオプションには:
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3. オフチェーン拡張の方案
3.1 ステートチャネル
3.1.1 まとめ
ステートチャンネルは、チャンネルが開いている、閉じている、または争議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ると規定しています。ユーザー間の相互作用はオフチェーンで行われ、取引の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。
状態チャネルはシンプルなP2Pプロトコルで、"ターンベースのアプリケーション"、例えば二人のボードゲームに適しています。各チャネルはメインネット上のマルチシグスマートコントラクトによって管理され、資産の預入、状態更新の検証、および紛争の仲裁を行います。参加者は契約を展開した後、資金を預けてロックし、双方の署名確認後にチャネルが正式に開通します。チャネルは、預けたトークンの総額(を超えない限り、無制限の回数でオフチェーンの無料取引を許可します。参加者は交互に状態更新を送信し、相手の署名確認を待ちます。通常、状態更新はメインネットにアップロードされず、紛争が発生したりチャネルを閉じたりする際にのみメインネットの確認が必要です。チャネルを閉じる際、任意の参加者はメインネットにリクエストを出すことができ、全員の一致した署名が得られれば即座に実行されます。それ以外の場合は、"チャレンジ期間"が終了するのを待ってから残りの資金を受け取ります。
ステートチャンネルは、メインネットの計算量を大幅に削減し、トランザクション速度を向上させ、トランザクションコストを低下させることができます。
)# 3.1.2 タイムライン
3.1.3 技術原則
従来のオンチェーンワークフロー: ユーザーがメインネットのスマートコントラクトと相互作用し、トランザクションを送信することでコントラクトの状態を変更します。欠点は時間とコストの問題を引き起こすことです。
ステートチャネルのワークフロー:
悲観的なシナリオ:
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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: 一方向決済チャネル、双方向決済チャネル、多人数決済ネットワークを経てきました。オフチェーン決済チャネルと仲介者を通じて取引ネットワークを構成し、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します。使用フローは「入金###チャネルを構築(→ライトニングネットワーク取引)チャネル状態を更新(→返金/決済)チャネルを終了(」です。理論的には毎秒百万件の取引を処理できます。
タイムライン:
エコロジーの発展: ライトニングネットワークエコシステムは、下から上へ次のようになります: 基盤となるBTCネットワーク、コアインフラ、さまざまなDApps。コアインフラにはライトニングネットワークソリューションとノード流動性サービスが含まれます。そのインフラの上には、支払いおよび金融サービスなどのアプリケーションがあります。現在、支払い、ウォレット、ノード管理、ブラウザ拡張、ポッドキャスト、ストリーミングなどの分野をカバーする20以上のカテゴリと100以上のアプリがあります。
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イーサリアムライトニングネットワーク:
概要： 雷電ネットワークは、イーサリアムに基づく小額決済チャネルであり、ライトニングネットワークに似て、ステートチャネルを構築することでオンチェーン取引を拡張し、迅速かつ低コストでERC20トークンの支払いを実現します。
タイムライン:
現在広く採用されていない理由は、以下の通りです:
エコロジーの発展: 現在、エコシステムの発展は遅れており、チームはそれをEthereum 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、チャネルの作成にかかるGas費用を削減します。2022年5月にArbitrumで稼働を開始し、L2の上のL2となりました。将来的にはRollupsを中心に転換し、補完的なソリューションとして機能する予定です。
セラー ネットワーク:
概要： Celer Networkの本質は、インセンティブ層)CELRトークン(のライトニングネットワークを増加させることであり、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、電子競技プラットフォームなどの高速で低コストの高頻度インタラクションDAppsを構築することです。
技術原理: ユーザーはオフチェーンのステートチャネルでインタラクションを行い、必要な場合にのみ)争議が発生した場合(にオンチェーンで検証されます。オフチェーンアドレスコンバータOATを介して、オフチェーンアドレスはオンチェーンのスマートコントラクトに一意にマッピングできます。
アーキテクチャは三層で構成されています:
タイムライン:
エコロジーの発展: ブロックチェーンエコシステムがマルチチェーンに向かって進化する中、Celer NetworkはクロスチェーンをサポートするL2スケーリングアグリゲーションプラットフォームに変わり、DeFiプロトコルLayer2.finance、情報クロスチェーンプロトコルCeler IM、資産クロスチェーンブリッジcBridgeなどの製品を発表しました。cBridgeは139種類のトークンと38のチェーンをサポートしています。2022年11月にMetaMask Bridges BetaとzkSync 2.0テストネットに統合されました。
)# 3.1.6 アプリ比較
ビットコイン・ライトニングネットワーク:
イーサリアムライトニングネットワーク:
セラーネットワーク:
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