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【解説】スケーラビリティ問題の解決につながるライトニングネットワークの仕組み!

ライトニングネットワークは、オフチェーンでのトランザクションを実行するための仕組みのことで、スケーラビリティ問題の解決につながるといわれています。この記事では、ライトニングネットワークの仕組みや実装事例について解説していきます。

ライトニングネットワークとは

ライトニングネットワークとは

ライトニングネットワークはJoseph Poon氏とThaddeus Dryja氏によって考案されたセカンドレイヤーの決済プロトコルで、スケーラビリティ問題を解決するために開発された技術です。

ライトニングネットワークでは、オフチェーンで開設した決済チャネルを用いることで、ユーザー間の即時送金やマイクロペイメントを実現することができます。

現在、ライトニングネットワークを利用した決済を実用化するための研究および開発が、ライトニングラボを中心として行われています。

※オフチェーンは、ブロックチェーンの外側で行われ、ブロックチェーンに記録されない取引を指します。

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ペイメントチャネルで構成されたネットワーク

ライトニングネットワークでは、個人間で開設されるペイメントチャネルを次々につなげていくことで、第三者との間にペイメントチャネルを開設することなく、他のノードを経由して第三者に送金を行うことが可能となっています。

ペイメントチャネルとは

ペイメントチャネルは、個人間で開設されるオフチェーン取引のことで、取引の最終的な結果のみをブロックチェーンに書き込むため、高額の手数料を支払うことなく、複数回にわたる取引が可能となっています。

ペイメントチャネルは、マルチシグアドレスに仮想通貨をデポジットすることで開設することができ、この仕組みによってトラストレスな取引が可能となっています。

segwitを導入する必要がある

これまでのトランザクションでは、ブロックチェーンに記録するデータに署名データを含む必要があり、このデータに基づいてトランザクションidが生成されていました。

しかし、このトランザクションidは、悪意あるユーザーによって変更されてしまう可能性があり、変更されてしまった場合、トランザクションが認識されず、取引は失敗したことになるため、送金者は仮想通貨を失うことになってしまいます。
このような攻撃はトランザクション属性と呼ばれています。

ライトニングネットワークでは、複数のノードを介して送金を行うため、トランザクション属性に耐性がないと、送金者から受取者への送金の途中で仮想通貨が奪われてしまう可能性があります。

そのため、ライトニングネットワークを実装するためには、トランザクションidの変更を不可能にするsegwit(Segregated Witness)の導入が不可欠になります。

segwitを実装したブロックチェーンでは、トランザクションを記録する際に署名データをwitnessと呼ばれる別の領域に格納し、フルノード以外が検証できないようにすることで、署名データ(トランザクションid)の変更を不可能にします。

この方法によって、ライトニングネットワークでは第三者を仲介した送金ネットワークを構築することが可能になりました。

タイムロックの概念

ライトニングネットワークでは、ペイメントチャネルと同様に、個人間で取引を行う際に、一方のユーザーが不正に送金できないように、一定期間トランザクションを実行できないように条件を設定します。
この条件の設定をタイムロックと呼びます。

タイムロックとは、特定の時間やブロック高までトランザクションを実行することができないようにするための仕組みで、個人間でのトラストレスな取引の実現に必要なものとなっています。

このタイムロックには、以下の2種類の方式があります。

  • CLTV(Check Lock Time Verify)
  • CSV(Check Sequence Verify)

CLTV(Check Lock Time Verify)は、トランザクションの実行に対して絶対的な時間やブロック数による制約を設けることができ、CSV(Check Sequence Verify)では、相対的な時間やブロック数の条件を設けることができます。

ライトニングネットワークでは、タイムロック方式のうち、CLTVを応用した「HTLC」という方法が採られており、一定期間内に受取者が生成したバリュー値と、送金者が持つハッシュ値の照合を終えなければ、タイムロック解除後に送金者に仮想通貨が戻るようになっています。

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ライトニングネットワークのメリット

この項ではライトニングネットワークのメリットを解説していきたいと思います。
ライトニングネットワークのメリットには、以下のようなものがあります。

  • 送金速度が向上する
  • スケーラビリティ問題を解決できる
  • マイクロペイメントが可能
  • トラストレスな取引が可能

送金速度が向上する

ビットコインの送金ではブロック生成後、そのチェーンに6つのブロックがつなげられた段階でブロックの内容を承認することが推奨されていますが、1ブロックあたりの生成時間には10分程度かかるため、取引が承認され、送金が実行されるまで60分程度の時間がかかります。

しかし、ライトニングネットワークではブロックチェーンの承認作業はペイメントチャネルの開閉時のみ行われ、その他の取引は全てオフチェーンを使い行われるので、送金が承認されるのを待つことなく、受取者は送金された仮想通貨を受け取ることができます。

スケーラビリティ問題を解決できる

従来のブロックチェーンでは、取引データをすべてブロックチェーンに記録する必要がある一方、ブロックに格納できるデータサイズが限られているため、スケーラビリティや送金手数料に関する課題が生じていました。

しかし、ライトニングネットワークを実装することで、ブロックチェーン上に記録するデータを減らすことができるため、スケーラビリティ問題や手数料の問題を解決が見込まれるようになりました。

また、ライトニングネットワークでは、小さいデータサイズでの送金ができ、複数のトランザクションを実行する場合も1回分の手数料で済むため、マイクロペイメントの実現が可能となっています。

トラストレスな取引が可能

上述したように、ライトニングネットワークでは、「HTLC」と呼ばれる方式を採用しており、受取者が生成したバリューを仲介者のもつ仮想通貨と交換していき、最終的に送金者のもつハッシュ値と照合することで送金が成立するように設定されています。

この過程では、相手に渡す通貨はタイムロックされており、不正に通貨を送金することはできないようになっているため、トラストレスな取引が可能となっています。

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ライトニングネットワークのデメリット

次にライトニングネットワークの問題点を解説していきたいと思います。
ライトニングネットワークのデメリットには、以下のものがあります。

  • 特定のノードがハブ化されたネットワークになる可能性がある
  • マイナーの手数料が減る
  • セキュリティの脆弱性

特定のノードがハブ化されたネットワークになる可能性がある

ブロックチェーンでは取引台帳への記録を分散して行うことで管理者の権限が集中しない非中央集権的なシステムの構築を実現していました。

これに対して、ライトニングネットワークでは複数人との取引を行うために第三者を経由する必要があり、特定のノードがハブ化され、権利が一極集中する中央集権的なシステムになる可能性が懸念されています。

すでにハブ化しているノードも

ハブ化したノードのツリー図

ハブ化したノードのツリー図

上記の画像はshitcoin.comという仮想通貨の情報メディアを運営するAndreas Brekken氏が立てたノードから派生しているツリー図となっています。

上記の中央に位置しているのがAndreas氏が立てたノードとなっており、無数のノードとつながっていることがわかります。

このようにすでにハブ化されたノードが存在しており、ノード作成者に悪意がある場合、手数料やセキュリティ面で中央集権的なコントロールを受ける可能性があります。

Andreas Brekken氏のtwitterはこちら

マイナーの手数料が減る

上述のように、ライトニングネットワークではオフチェーンの取引はブロックチェーン上に記録されません。

そのため、マイナーによる取引承認の機会が減り、したがってマイナーの受取手数料が減少することになります。

マイナーはマイニング報酬によってマイニングのインセンティブを受けていますが、半減期などでマイナーの報酬が減るうえ、手数料による収入も減ってしまった場合に、マイニングのインセンティブが小さくなってしまうことが懸念されています。

セキュリティの脆弱性

ブロックチェーンでは取引の記録を分散して行うことで安全性と透明性を保ってきました。
しかし、オフチェーンで行われる取引は常にオンラインのホットウォレットを使うためハッキングを受けるリスクが高まります。

このようなセキュリティ面での問題点がライトニングネットワークには存在します。

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ライトニングネットワークに対応したウォレット

ライトニングネットワークを利用するためには、対応のウォレットが必要となります。
対応のウォレットには以下のものが挙げられます。

  • Eclair Wallet
  • Bitcoin Lightning Wallet

Eclair Wallet

Eclair Walletは、フランスのスタートアップ企業「ACINQ」が開発しているライトニングネットワーク対応のビットコインウォレットで、2018年8月現在テスト版がリリースされています。

Eclair Walleのダウンロードはこちら

Bitcoin Lightning Wallet

Bitcoin Lightning Walletもライトニングネットワークに対応したビットコインウォレットで、ライトニングネットワークを利用したビットコインの受け取りと送金どちらにも対応しています。

Bitcoin Lightning Walletのダウンロードはこちら

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ライトニングネットワークを実装予定の仮想通貨

この項では、ライトニングネットワークを実装予定の銘柄について解説します。

ビットコインでは実装がスタート

ビットコインでは実装がスタート

ライトニングラボは公式twitterでライトニングネットワークのベータ版をビットコインのメインネットでリリースしたことを発表しており、既に国内外でライトニングネットワークを利用した決済が行われています。

国内では、仮想通貨取引所を運営するbitbankが、ライトニングネットワークによるビットコインの決済システムを使用した動画を公開しています。

また、米シリコンバレーでは、カフェでライトニングネットワークを使った支払いを受け付けている様子などが公開されており、実用化に向けて徐々に普及しているようです。

ライトコインやモナコインでも実装予定

ライトコインやモナコインでも実装予定

ライトコインでは、セキュリティ面での課題を解決するためのsegwitをすでに導入しており、今後のライトニングネットワークの実装が予定されています。

また、国産の暗号通貨であるモナコインもsegwitの導入がすでに終わっており、ライトニングネットワークの将来的な実装も近いといえるでしょう。

イーサリアムではライデンネットワークを実装予定

イーサリアムではライデンネットワークを実装予定

イーサリアムでは、ライトニングネットワークから着想を得たライデンネットワークを実装予定になっています。

ライデンネットワークは、イーサリアムのスケーラビリティを解決することを目的としたプロジェクトで、開発資金を集めるためのICOが行われたことで話題となりました。

イーサリアムの開発者であるヴィタリック・ブテリンはライデンネットワークがICOを行う必要性がないことを指摘していましたが、その後このICOのアドバイザーに就任しています。

ライデンネットワークは、ライトニングネットワークと同様にオフチェーンでの送金を行うことで当事者間同士の直接取引、即時送金、マイクロペイメント、匿名性を実現することを目的としています。

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まとめ

  • ブロックチェーンによらない2者間の直接取引を実現
  • 即時決済とマイクロペイメントが可能に
  • セキュリティへの対策が課題
  • ビットコインではすでに実装も
  • 今後さまざまな暗号通貨に実装予定

ライトニングネットワークは、スケーラビリティ問題の解決やマイクロペイメントを実現できる可能性が高いといわれています。

今後、さまざまな仮想通貨で実装されることによって、上記の問題が実際に解決されるか注目です。

最終更新日: 2018-08-22

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