This page may contain third-party content, which is provided for information purposes only (not representations/warranties) and should not be considered as an endorsement of its views by Gate, nor as financial or professional advice. See Disclaimer for details.
オフチェーン拡張ソリューションの解析：ステートチャネルとサイドチェーンの技術原理及び応用の比較
オフチェーン拡張デプス解析
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、分散化、安全性、スケーラビリティを実現することですが、通常はそのうちの2つしか同時に満たすことができません。これをブロックチェーンの不可能な三角問題と呼びます。長年にわたり、人々は分散化と安全性を確保しながら、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、すなわち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一つです。
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大まかに次のように定義される:
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の増加に伴い、1MBのブロック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で意見が分かれ、最終的に2017年8月1日にビットコインの歴史上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。
同様に、イーサリアムネットワークもセキュリティと非中央集権を保障するために、一部のスケーラビリティを犠牲にすることを選択しました。イーサリアムはブロックサイズを直接制限するのではなく、単一のブロックの燃料費に上限を設けていますが、その目的は信頼のない合意を実現し、ノードが広く分布することを確保するためです。
2017年のCryptoKittiesからその後のDeFi、GameFi、NFTなどのアプリケーションの台頭に至るまで、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。しかし、チューリング完全なEthereumでも、1秒あたりに処理できる取引は15～45件しかなく、これにより取引コストが上昇し、決済時間が延び、多くのDAppが運用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て高価になっています。したがって、ブロックチェーンのスケーラビリティの問題は緊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、分散化と安全性を犠牲にすることなく、可能な限り取引速度とスループットを向上させることです。
! 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
2. スケーリングソリューションの種類
"主ネットワークのレイヤーを変更するかどうか"を基準に、拡張ソリューションをオンチェーン拡張とオフチェーン拡張の2つの大カテゴリに分けることができます。
2.1 チェーン上の拡張
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リング効果を達成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。
チェーン上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、この記事では詳しくは説明せず、2つの例を簡単に挙げます。
方案一はブロックスペースを拡大し、すなわち各ブロックにパッケージ化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への要求が高まり、ノード参加のハードルが上がり、非中央集権化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、異なるシャードが異なる記録を担当し、並列計算により複数のトランザクションを同時に処理できます; これにより、ノードの計算負荷と参加の敷居を下げ、トランザクション処理速度と分散化の程度を向上させます; しかし、全ネットワークの計算力が分散されることを意味し、全体のネットワークの安全性が低下します。
レイヤー1のメインネットプロトコルを変更すると、基盤となる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に深刻な脅威を与えるため、予測できない悪影響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。
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:
! 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
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、チャネルが開かれている、閉じられている、または紛争が解決されている場合にのみ、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おり、ユーザー間の相互作用をオフチェーンで行うことで、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ています。
ステートチャンネルはシンプルなP2Pプロトコルで、"ターンベースのアプリケーション"に適しており、例えば二人のチェスゲームがあります。各チャンネルはメインネット上で稼働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、この契約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、双方の署名確認が行われた後、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くオフチェーンでの無料取引を行うことを可能にし、(、送金の純価値が預けられたトークンの総額を超えない限りです。参加者は交互に状態更新を相手に送り、相手の署名確認を待ちます。一度相手が署名確認を行うと、この状態更新は完了とみなされます。通常、双方が合意した状態更新はメインネットにアップロードされず、争いが生じたりチャンネルが閉じられる場合にのみ、メインネットによる確認に依存します。チャンネルを閉じる際、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、全員の署名承認を得た場合は即座に実行されます。そうでない場合は、"チャレンジ期間"が終了するまで残りの資金を受け取ることができません。
以上のように、ステートチャ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/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(
)# 3.1.2 タイムライン
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、個人のEOAから資金をオンチェーンの契約アドレスに入金することで、これらの資金は契約にロックされ、チャネルが閉じられるまでユーザーに戻されません; 二人が署名して確認した後、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、参加者は暗号署名メッセージを通じて相互に通信します。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。
アリスがチャネルを閉じたい場合、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。ボブが署名して承認すれば、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還します。ボブが署名に応答しなかった場合、契約はチャレンジ期間が終了した後に資金を対応するユーザーに返還します。
悲観的な状況では、もしボブがある時点でアリスから送られたステータス更新署名に応答しない場合、アリスは契約に自分の最後の有効なステータスを提出することで挑戦を開始できます。その後、契約はボブが一定期間内に次のステータスを契約に提出することで応答できるようにします。ボブが応答すれば、二人はステータスチャネル内で取引を続けることができます。ボブがその期間内に応答しない場合、契約は自動的にステータスチャネルを閉じ、資金をアリスに返します。
! [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/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)#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:
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:
! [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/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(
)# 3.1.6 アプリケーションの比較
ビットコインのライトニングネットワーク、イーサリアムのライトニングネットワーク、そしてCeler Networkは、設計思想が似ており、いずれも状態チャネルに基づくオフチェーンのスケーリングソリューションです。主な違いは:
ベースレイヤーブロックチェーン: ビットコインのライトニングネットワークはビットコインに基づいており、ライトニングネットワークとCeler Networkはイーサリアムに基づいています。
アプリケーションシーン:
3.技術的特徴:
4.開発段階:
3.2 サイドチェーン
3.2.1 まとめ
サイドチェーンの概念は2012年にビットコイン開発者のチャットルームで初めて提案され、2014年にBlockstreamの研究者によって最初の記事が執筆されました。
サイドチェーンは、ビットコイン取引を加速させるために登場したブロックチェーンの形態であり、より複雑な契約を使用したり、コンセンサスメカニズム###を改善したり（例えばPoS(）、ブロックパラメータを調整して特定の用途に合わせることができます。サイドチェーンの取引結果は、最終的にメインチェーンに戻される際に、検証に記録されます。