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息吹をもたらし、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。ある見解では、これはビットコインエコシステムのパンドラの箱を開けたとされています。ビットコインエコシステムの技術的発展において、第二層の構築は非常に重要です。本稿ではビットコインの第二層に関する基礎知識をまとめ、より多くの人々が関連する思考を深め、この分野の発展を促進できることを願っています。

有观点认为,区块链世界以ビットコイン为开局,以ビットコイン生态为终局。イーサリアムもビットコイン的一种侧链技术探索。

本文中"二層建設"と"二層ネットワーク建設"は同じ概念と見なされ、後者は相対的に狭義で、前者はより広範です。業界で一般的に使用される言い回しに適応するため、文中でも"二層ネットワーク建設"を使用します。

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1. レイヤー2のミッション

ビットコイン二層建設に必要な基本的な問題を理解するために、まずはブロックチェーンシステムの基本特性から始めましょう。

1.1 ブロックチェーンの基本的な特性と需要

私たちは、Vitalikが提唱した概念「ブロックチェーンは世界コンピュータである」を使用して、ブロックチェーンの多様な特性を理解します。後で、コンピュータのフォン・ノイマン構造を使用して、この「世界コンピュータ」の発展の可能性を分析します。

ブロックチェーンの基本特性には、次のものが含まれます:

• 公開透明:ブロックチェーンのデータストレージと実行指令の特徴は、分散ノードの協力の内部的なニーズでもあります。ユーザーのデータに対する知る権利を満たしています。

• 非中央集権: ブロックチェーンのアーキテクチャの特性、程度、及びフォールトトレランスはビザンチン将軍問題によって支えられています。これは安全性の重要な指標です。

• 安全性:アーキテクチャの特性から生じる内部の要求とユーザーが必要とする外部の要求が共同で構成されます。ミクロは暗号学によって保証され、マクロは分散化によって保証されます。

• 計算能力:主要機能の一つであり、通常はチューリング完全性で測定される。一部のチェーンは特性を保持するために意図的に非チューリング完全に設計されている。

• 性能:計算能力が同じ場合の主要な能力指標であり、通常はTPSで測定されます。

• ストレージ:データを記録する能力で、現在は主にブロック内に保存されている。

• プライバシー:計算およびストレージプロセスにおけるデータ権限の範囲を維持するニーズ、検閲耐性を含む。

これらの特性は「不可能な三角形」に制約されることが多く、例えばDSSの猜想(、去中心化、安全性、可拡張性)、そしてCAP原則(の一貫性、可用性、分割耐障害性)があります。

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1.2 2階建て建築の役割

二層の構築は、主に一層システムの不足を拡張し、一層システムが達成できないことを完了するために使用されます。主な機能は以下の通りです:

• 基本機能の拡大:透明性、分散化、セキュリティ、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: 一層ネットワークでのトランザクションの総コストは高い
• カスタマイズ機能:特定のアプリケーションに対するさまざまな機能の実装度を調整する

容量の増加、コストの削減、カスタマイズ機能の3つの次元に要約されます。レイヤー2の構築は、さまざまな基盤能力を天秤にかけることになり、他の機能の顕著な向上と引き換えに、特定の機能を削減または放棄する可能性があります。

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ための方法論であり、階層構造を分割することでモジュール化、保守性、拡張性を実現します。膨大なプロトコル体系に対して、階層設計には以下の利点があります:

1. 各層は独立しており、層間のインターフェースにのみ注意を払う必要があります。
2. 柔軟性が良く、単層の変化は他の層に影響しない
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る。 4.実装と保守が簡単
4. 標準化の推進

階層的モジュール化設計は、技術分野において複雑なプロジェクト、複数人の協力、および継続的な改善に対処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主に三つのルートがあります:

1. チェーンに基づく拡張ルート: EVMのような二層、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. 中央集権システムに基づくルート: 中央集権インデックスを代表として、中央集権構造である。

前の2つの方法にはそれぞれ特徴があり、すでに使用されている製品や探求されています。第一の方法はイーサリアムの発展に伴い、参考事例が多くあります。第二の方法は難易度が高く、発展が遅いです。第三の方法は議論の余地がありますが、二層拡張と見なすこともできます。

現在、最適なソリューションはなく、市場での検証が必要です。どのソリューションの総ロックアップ価値(TVL)がより高いかを見ていきます。時間と技術の進展に伴い、最適なソリューションは変化するでしょう。

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、一部の特性がレイヤー1ネットワークより優れている限り、すべてはビットコインのレイヤー2ネットワークの構築と見なされます。つまり、BTCをガスとして消費し、BTCを基盤資産とし、ビットコインの性能を拡張するシステムはすべてレイヤー2の構築と見なされます。

2.1 チェーンに基づく二次構築

初期のビットコインは、"カラードコイン"、さまざまなスケーラビリティフォークチェーン、サイドチェーンなど、さまざまな探求を行いました。イーサリアムもビットコインの改良探求と見なすことができます。

イーサリアムの発展は、ビットコインに基づくチェーンのレイヤー2に参考を提供しました。さまざまなロールアップソリューション、クロスチェーンソリューション、メッセージチャネル技術などが、イーサリアムエコシステムを繁栄させています。しかし、これはレイヤー2構築の一つの方法に過ぎず、全体のエコシステムを完成させるためには他の技術も必要です。

ビットコイン基于链の二层は主に2つの链类型を含んでいます:

1. EVM互換のアカウントモデル: 例えば、イーサリアム、ポリゴン、BSC、アービトラムなど
2. ビットコインのUTXOモデルに類似: Nervos CKB、Chiaなど

チェーンに基づく二層構築の利点:

• 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、すでに多くの探索事例がある
• 上層アプリケーションの移行が簡単

短所：

• まだブロックチェーンの制限を受けており、パフォーマンスの向上は限られています
• セキュリティが低下する可能性があります
• 二層の二層(Layer3/4)をさらに拡張する必要があります

多数のブロックチェーンベースのレイヤー2プロジェクトが登場する見込みで、各垂直分野に複数のレイヤー2が存在し、異なるアプリケーションのニーズを満たします。その価値は、上位アプリケーションの数と総価値によって決まります。

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2.2 分散システムに基づくレイヤー2の構築

この種の第2層はブロックチェーン構造ではなく、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。

分散システムは二層に分かれ、二つのカテゴリがあります:

1. 価値の伝達のみを完了: 例として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: RGB

この種のレイヤー2は難易度が高く、チャネル内の総価値容量、トランザクションの厳密性、二重消費の防止などの問題が関与しています。発展は遅く、成熟したケースはあまり多くありません。

Channel上でチューリング完全な計算を実現することは、より挑戦的です。RGBプロトコルは、クライアント検証とワンタイムシールを通じて、分散システム上でチューリング完全な計算を実現します。

既存のケースには、ライトニングネットワーク、RGBなどが含まれます。イーサリアムのRaiden Network、Plasmaもこのカテゴリに属します。

分散型システムに基づくレイヤー2の利点:

• システムがより分散化される
• 無数のノードを収容可能
• プライバシーと検閲耐性が向上
• 理論的には無限の拡張性と非常に高いパフォーマンスを持つ

短所：

• 複雑な技術的実装
• ルーティングアルゴリズム、価値分割とパッケージングアルゴリズムが複雑
• エンジニアリング実装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の実現は非常に挑戦的です。

予想されるのは、無限の拡張能力と技術的難易度のため、少数の並行プロジェクトのみが存在することです。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、より多くの人々の参加を受け入れる必要があります。このような二層のアプリケーション開発チームも、二層の発展を促進します。

2.3 中央集権システムに基づく二層構築

Ordinalsの中央集権的インデックス構造や特定の機能ノードのインデクサー。この考え方はあまり認められていない、なぜなら中央集権的すぎて、レイヤー1のネットワーク拡張に限界があるからだ。

中央集権型システムに基づくレイヤー2の利点:

• システムは非常に成熟しており、大量の利用可能なケースや最適化方案があります。
• 完全なチューリング完全
• 優れた性能

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的な特性は、1つのネットワークに依存しています。

少数のプロジェクトのみが存在することが予想され、段階的に存在する可能性があります。チェーンと分散型構造に基づくレイヤー2の成熟が進むにつれて、ほとんどの中央集権型レイヤー2は消滅し、特定のシーンでのみ使用される少数が残るでしょう。

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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発展(のOP_RETURN修正、Taproot、Schnorr署名、MAST、Tapscript)は主にレイヤー1とレイヤー2を接続するために使用されるべきであり、機能の過度な開発は避けるべきである。

一般的な接続技術には次のものが含まれます:

• クロスチェーン技術
• アイソレーション検証技術
• サイドチェーン技術
• ステートチャネル技術
• プラズマ技術

接続技術の良し悪しは以下の指標を参考にできます:

• 一層は二層の取引を検証できますか
• 一層の資産は二層の崩壊時に無事に逃げられるか
• 接続技術はシステムのいくつかの特性を低下させますか

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

既然ブロックチェーンは"世界のコンピュータ"であり、従来のコンピュータのフォン・ノイマン構造と比較分析できる。

ブロックチェーンシステムの発展の法則は従来のコンピュータに似ており、現在は286以前の段階にあり、処理能力とストレージ能力の拡張を行っており、できることは限られています。

従来のコンピュータと「世界コンピュータ」の発展について:

1. CPU拡張は現在の第1層と第2層の計算能力とスループットの拡張に類似しています
2. ストレージの拡張は競争チェーンから専門のブロックチェーンストレージの使用に至ります。
3. 入出力デバイスはオラクルに類似しており、上層アプリケーションでの需要が増加しています。
4. 特殊チェーンと機能はGPU、専用デバイスカードなどに類似しています
5. ブロックチェーン上のアプリケーションとレイヤーアプリケーションは、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進化に類似している。
6. アプリケーションは金融からより広範な分野に徐々に拡大し、従来のコンピュータが研究・軍事から企業・家庭・個人に至るようなものです。

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4. 現在のビットコインのLayer2の構築状況

4.1 稼働中のビットコイン二層プロジェクト

1. ライトニングネットワーク(Lightning Network):分散型のレイヤー2構築に基づく

   • 2015年に提案され、2018年に全面的に実施された
   • 特徴:高速、低コスト、スケーラブル
   • オフチェーン取引を実現するための支払いチャネル
   • 安定性、ルーティングアルゴリズム、ユーザーインターフェースなどの課題に直面している

2. Liquid:チェーンに基づくレイヤー2の構築

   • 2015年にBlockstreamによって導入されたサイドチェーンソリューション
   • 特徴:迅速な取引確認、取引のプライバシー、高いスループット
   • Confidential TransactionsテクノロジーとFederated Pegテクノロジー

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されました
   • 特徴:ビットコインと双方向でアンカーされ、スマートコントラクトをサポート
   • ビットコインエコシステムにイーサリアムのような機能を提供する

4. RGB:分散型とチューリング完全に基づく第2層の構築

   • 2016年に起源を持ち、LNP/BP標準協会によって開発されました
   • 特徴:拡張性があり、秘密のスマートコントラクトシステム
   • クライアント検証とワンタイムシールの概念に基づいて

5. スタックス:チェーンに基づくレイヤー2の構築

   • 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
   • "Stacking"コンセンサス機構を採用

6. その他の新興プロジェクト:

   • B² Network:ZK-Rollupに基づくビットコイン二層ネットワーク