ビットコイン Thunderbolt プロトコル：再考オフチェーンインタラクションパラダイム

ビットコインは暗号通貨の先駆者として、その去中心化と改ざん不可能な特性が常に注目されています。しかし、実際の応用において、ビットコインは取引速度の遅さや手数料の高さといった問題に直面しており、これが日常の小額支払いシーンでの使用を難しくしています。ビットコインのスクリプト構造は比較的保守的であり、大多数のオフチェーン相互作用の可能性を制限していますが、これはその設計の意図と一致しています - それは毎秒数万件の取引を処理するために生まれたわけではありません。しかし、現実の需要は客観的に存在しており、人々はビットコインを便利かつ迅速に使用できることを望んでいます。たとえゲームアイテムを購入したり、動画クリエイターにチップを送ったりする場合でも、長い確認時間を待ちたくはありません。

ライトニングネットワーク：二刃の剣効果

ライトニングネットワークは、ビットコインのメインチェーンの隣にある高速通貨チャネルに例えることができます。その核心思想は、オフチェーンでユーザー間の専用"支払いチャネル"を構築し、高頻度で記帳を行い、最終的にチャネルを閉じる際の資金状態をブロックチェーンに同期することです。このモデルは、友人同士が定期的に食費を精算する方法に似ており、毎回の食事後に即座に送金するのではありません。

しかし、この一見巧妙な設計は、実際の適用において複数の問題を露呈しています。まず、取引チャネルを構築するには事前に資金をロックする必要があり、これはユーザーにとって障壁となります。次に、直接接続されたチャネルが不足している場合、取引ルーティングが複雑になり、中間ノードの資金不足や利用不可のために失敗しやすくなります。さらに深刻なのは、ユーザーがチャンネルが閉じられる際に相手が期限切れの取引を提出して詐欺を行うのを防ぐためにオンラインを維持する必要があることで、これは一般のユーザーには非現実的な要求です。

ライトニングネットワークは数年間運営されていますが、これらの構造的問題によりその適用範囲は常に制限されています。公開されたデータによると、ライトニングネットワークの資金ロック量は約1億ドルであり、ビットコインの兆単位の時価総額に対して微々たるものです。これは業界に考えさせる要因となり、より洗練されたオフチェーン決済ソリューションを設計できるのかという疑問が生まれています。

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サンダーボルト プロトコルの概要

サンダーボルトプロトコルは、ビットコイン主チェーンに基づくソフトフォークアップグレードのソリューションであり、プロトコルレベルでビットコインのスケーラビリティ、取引性能、プログラム可能な能力を直接向上させます。それは第二層ネットワークやクロスチェーンブリッジに依存せず、ビットコイン主チェーン上での改善を行います。

性能に関して、ThunderboltはUTXOバンドリング技術を採用し、複数のトランザクション出力を集約処理し、トランザクションデータ量を圧縮し、安全性を確保しつつトランザクション速度を約10倍向上させました。

プログラムの柔軟性において、ThunderboltはOP_CATオペコードを再導入し拡張し、開発者がより複雑なスクリプトロジックを構築し、スマートコントラクト機能を実現できるようにしました。これは、ビットコインネットワーク上で分散型アプリケーションを直接展開できることを意味し、サイドチェーンやクロスチェーンブリッジに依存する必要がありません。

資産プロトコル統合に関して、ThunderboltはGoldinals統一標準を提案しました。これは、ゼロ知識証明と状態コミットメントに基づく資産発行フレームワークです。それは、外部の信頼機関に依存することなく、オンチェーンで各トークンの存在と状態を検証することを可能にします。

Thunderbolt は BitMM システムを導入し、ユーザーがビットコインチェーン上で非信任型の取引マッチングと情報検証を行えるようにしています。この "メインチェーンネイティブ拡張" の方法により、すべての機能がビットコインメインチェーン上で直接実行され、ネイティブ BTC を使用し、クロスチェーンマッピングトークンは使用しません。

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サンダーボルトのコアメカニズム

Thunderboltの設計目標は、プログラミング機能を備えたオフチェーンプロトコルを提供し、チューリング完全な操作をサポートし、複雑な状態資産、流動性プロトコル、金融アプリケーションを構築できることです。そのコアメカニズムには、次のものが含まれます：

1. 柔軟に調整可能なマルチシグ：ビットコインの署名を2つの部分に分け、ユーザーと委員会がそれぞれ保持し、"小秘密"を追加することで安全な移転を実現します。

2. 非同期フォールトトレラントの委員会台帳：複数のノードで構成されるサービスグループが帳簿を管理し、一部のノードがオフラインであっても、大多数がオンラインであれば帳簿は正常に運営され続けます。

3. アトミックスワップによる最終化：3つのステップのアトミックスワップを通じて、オフチェーンの再構築とオンチェーンのリデンプションの整合性を確保し、いずれの当事者も一方的に違約することを防ぎます。

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サンダーボルトの重要な革新

1. 非対話型の再帰的な署名委任: 再構成可能な閾値 Schnorr 署名構造は、対話プロセスを簡素化し、オンライン要件を減らすように設計されています。

2. 毎回の移転更新"ロック"：毎回の移転時に新しい小さな秘密を使用して署名を更新し、古い署名の再利用を防ぎます。

3. オンチェーン操作の最小化：開始時と終了時のみオンチェーン操作を行い、中間のすべての変動はオフチェーンで完了し、プライバシーと効率を向上させます。

4. オフラインセキュリティ保証：ユーザーがオフラインであっても、委員会の多数がオンラインであれば、移転または償還を完了でき、タイムロックの期限切れや悪意のあるチャネルの閉鎖のリスクを回避できます。

5. 形式的な検証：すべての重要なステップは Tamarin Prover によって形式的に検証され、プロトコルの安全性が確保されています。

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サンダーボルトと既存のソリューションの比較

既存のライトニングネットワークソリューションと比較して、Thunderboltは安全性と理論的完全性において優位性を持っています：

• プロトコル設計は安全であることが証明できる
• 悪意のあるユーザーは、いかなる状態でも一方的に利益を得ることができません

しかし、Thunderbolt はいくつかの課題にも直面しています：

• 複雑なデプロイメントが必要で、完全なプロトコルスタックを実行する必要があります
• ビットコイン主チェーンとの互換性は複雑な実装を通じて解決する必要があります
• エコシステムのサポートはまだ不十分で、初期研究段階にあります

サンダーボルトの潜在的な影響と発展の道筋

サンダーボルトは BTCFi の理論的な最適解になる可能性がありますが、現在はまだ初期段階にあります。今後の発展には以下のいくつかの方向性が考えられます：

1. Rollup化された統合：ビットコインのサイドチェーンとしてのDeFiエンジンが、さまざまなL2ソリューションに統合される。

2. 独立した標準エコシステムの形成：自分自身のネットワークエコシステム、ノード運用システム、アグリゲーターを発展させ、専用のウォレット、ノード、取引所、流動性プールが出現する可能性がある。

3. より簡単なソリューションに取って代わられる：もし将来、より効率的な契約実行環境やクロスチェーン技術が登場すれば、サンダーボルトは過渡的な製品となる可能性があります。

Thunderboltの最大の意義は、ビットコイン資産に「オフチェーン契約のコンポーザビリティ」を与えることにあります。導入されたUTXOバンドリングとOP_CATの特性は、ビットコインネットワークにネイティブなプログラマビリティとより高いオンチェーンスループットをもたらします。これは、ビットコインエコシステムプロトコルの統一とさまざまな資産の統合の可能性を提供しますが、実際のアプリケーションにはまだ一定の距離があります。

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