ボトル内の稲妻: ライトニング ネットワークの流動性
QUICK TAKE
• ライトニングネットワークは支払いチャネルを中心に構築されているため、ネットワーク上の流動性を管理することが困難です。ネットワークの流動性を向上させるために、トランポリン ルーティング (ライトニング ネットワークはルーティングをトランポリン ノードにアウトソーシングすることで、支払いプロセスにおけるデータと計算負荷を軽減します) やアトミック マルチパス ペイメント (AmP) など、多くのアイデアが提案されています。
• 輻輳攻撃により、悪意のある Lightning ユーザーが大量の資金を安価にロックできるようになります。
カリム・ヘルミー著 翻訳者: Colin
https://www.theblockcrypto.com/
副題
瓶の中の稲妻
ライトニング ネットワークは、ビットコインのいくつかの問題、特にビットコインの基礎層が大量のトランザクションを効率的に処理できない問題を解決します。ライトニング ネットワークのトランザクションは即時かつトラストレスですが、基本的な決済保証がありません。ライトニングネットワークはトランザクションをオフチェーンに転送するため、速度が速くなり、手数料が安くなりますが、そのネットワーク構造により流動性管理もより困難になります。
ライトニング ネットワークは、両当事者が支払いチャネルのチェーン上の資金をロックすることをサポートしており、現時点では、両当事者は基礎となるチェーンに支払いを送信することなく自由に取引できます。各当事者が送信できる最大ネットトランザクションは、その当事者によってチャネルにロックされている初期量です。
ユーザーは、複数のチャネルで構成されるルートを通じて支払いを行うことができるため、直接利用できる支払いチャネルを持たない受取人に支払いを行うことができます。支払者は支払経路を指定し、中間チャネルの運営者に少額の料金を支払います。トランザクションは、中間ノードが支払い当事者の ID を取得するのを防ぐために、オニオンを使用してルーティングされます。
間接的な支払いを行うには、支払者と受取人の間に間接的なパスが必要であり、通常は当事者間の比較的良好なネットワーク接続が必要です。支払い経路の選択に使用されるアルゴリズムは Lightning Network プロトコルでは指定されておらず、プロトコルの作成者はアルゴリズムを実装の詳細であると考えています。
ライトニングネットワークはトランザクションをオフチェーンに移動することで、基礎となるブロックチェーンの検証可能性を損なうことなくビットコインネットワークを拡張します。他の新しいテクノロジーと同様に、ライトニング ネットワークにも多くの問題がありますが、現在のチャネル容量制限である 0.16 BTC など、そのほとんどは最終的には解決されるでしょう。
ただし、Lightning Network アーキテクチャに固有の問題もいくつかあります。これらの問題の一部は、ライトニング ネットワーク専用の二者間の支払いチャネルに起因しています。基礎となる未使用トランザクション出力 (UTXO) は任意のトランザクションへの入力として使用できますが、あるチャネルのユーザーの残高を別のチャネルの受信者に直接送信することはできません。
副題
チャネルのリバランス
オフチェーンでの支払いを確実に行うために、ユーザーは一連のチャネル リバランス手法を使用できます。ユーザーは、Lightning チャネルを通じて資金を再割り当てし、いくつかの方法でオンチェーン残高から新しい資金を取り込むことができます。
ライトニングネットワーク上の資金を増やすには、ビットコインの最下層から資金を送金する必要があります。これは、新しいチャネルを開くか、ユーザーがチャネルを閉じて再び開くことができるスプライシングと呼ばれる手法によって実現でき、チャネル内のバランスが向上します。これらの方法は両方とも、オンチェーン トランザクションの実行を必要とします。
アトミック スワップは、完全に実行されるか完全に中止される暗号通貨トランザクションです。ほとんどのビットコインに対するアトミック スワップ テクノロジの最も一般的な実装は、ハッシュ タイムロック コントラクト (HTLC) を使用することです。この契約では、一方の当事者がキーを提示するか、ロックの有効期限が切れるまで資金をロックします。ユーザーは、サブマリン スワップ (基礎層に保持されているビットコインとライトニング ネットワーク チャネルに保持されているビットコインの間のアトミック スワップ) を実行することで、チャネル バランスを増やすことができます。この手法を使用すると、ライトニング ネットワークにロックされている資金の合計額は変わりませんが、ユーザーの合計残高は増加します。
Lightning Network ユーザは、循環支払いを通じてチャネルのリバランスを実現することもできます。この場合、ユーザは 1 つのチャネルから資金を送信し、循環パスを通じて別のチャネルで資金を受け取ります。このようにして、ユーザーは受信チャネルの残高を増やし、送信チャネルの残高を減らし、より低い料金で合計ネット残高を一定に保ちます。
副題
ライトニングネットワークを流動的な状態に保つ
支払いチャネルの結合、ディープスワップの実行、新しいチャネルの開設にはすべてオンチェーン支払いが必要ですが、定期的な支払いは十分便利ではありません。したがって、チャネルの再バランスには非常に費用と時間がかかる場合があります。これを克服するために、チャネルのリバランスの頻度を減らし、チャネル容量が低い場合のネットワークの流動性を向上させるいくつかの技術が提案されています。
ACINQ チームは、現在のルーティング モードを維持しながら、ユーザーが必要とするメモリと計算の量を削減するトランポリン ルーティングを提案しました。トランポリン ルーティングでは、ユーザーはトランザクションと対象の受信者を適切に接続されたトランポリン ノードに送信し、トランポリン ノードに自分に代わって支払いパスを計算するように依頼します。これらのノードは適切に接続されているため、ユーザーが維持する必要があるチャネルが少なくなり、流動性が向上します。このモードはある程度の集中化を促進するため、ユーザーは計算の削減と引き換えに他のモードよりも高いルーティング料金を支払う必要がある場合があります。
支払いが単一のトランポリン ノードを介してルーティングされる場合、トランポリン ルーティングでは、このノードが最終的な受取人の情報を知っているため、ユーザーのプライバシーが侵害されます。この問題を解決するために、このプロトコルではユーザーが複数のトランポリン ノードを指定できるようになり、送信者の要求に従って中間ノードが次の受信者へのパスを見つける役割を果たします。トランポリン ノードは、次の受信者が最終受信者なのか、それとも別の中間ノードなのかがわかりません。
もう 1 つの提案である Atomic Multipath Payments (AMP) では、ユーザーが支払いをアトミックに分割し、複数のパスを介してルーティングできるため、ユーザーは非流動的なチャネルを通じて大規模なトランザクションを送信できるようになります。この技術には、流動性の問題の解決に加えて、中間ノードがルーティングする支払い金額を決定することが困難になるという追加の利点があり、ユーザーのプライバシーに利益をもたらします。アトミック マルチパス支払いの実装には Lightning Network 仕様の更新が必要ですが、この更新を有効にする必要があるのは支払いの送信者と受信者のみです。
チャネルのリバランスの頻度を減らすために、他のトランザクション ルーティング手法がいくつか提案されています。学術論文では、Spider と呼ばれるテクノロジーの使用を提案しています。このテクノロジーはパケット交換プロトコルから着想を得ており、AMP のようなマルチパス支払いをサポートしています。ただし、Spider はトランザクションの細分化をサポートしていないため、トランザクションの一部の部分は正常に処理され、他の部分は処理に失敗する可能性があります。このプロトコルではトランザクションのバッチ処理も導入されており、遅延の増加と引き換えにスループットが向上します。
"ジャストインタイム (JIT)"欠点がある
欠点がある
Lightning Network プロトコルには、流動性を低下させたり、流動性を向上させるというビジョンに反する可能性のあるバグがあります。
ライトニング ネットワークは支払いチャネルに依存しているため、攻撃者が他のノードのチャネル容量を長時間ロックする輻輳攻撃に対して脆弱になります。最近、定期的な支払いを使用して攻撃の開始に必要な資金を削減する攻撃の亜種が提案されました。現在のネットワーク状況では、この攻撃の開発者は、攻撃者はわずか 0.25 BTC の手数料で 650 BTC の流動性を 3 日間ロックできると推定しています。
攻撃の有効性を減らすために、研究者らは、支払い時に使用できる最大ホップ数を減らし、現在ライトニングネットワークで使用されているメカニズムの代わりに追加のハッシュタイムロックコントラクト解決メカニズムを採用することを提案しています。
研究者らはまた、支払い経路に沿ってノードが複数回出現した場合、ルーティングノードが支払いのためのルーティングサービスの提供を拒否するループを回避する戦略の実装についても議論した。このような措置は、誠実なユーザーによる定期的な支払いの実行を妨げ、リバランスのための技術の使用を制限し、タイムリーなルーティングの実装を制限することになります。
少数の中間ノードのみを含むライトニング支払いは、これらのノードによるトラフィック分析攻撃に対して脆弱になる可能性があります。このような攻撃では、中間ノードが取引参加者の支払いパターンから匿名化の可能性のある情報を学習します。ユーザーは意図的に長い支払い経路を選択することでこの弱点を克服できますが、その結果、手数料がわずかに増加し、複雑さが生じます。
トラフィック分析攻撃は、ほとんどのトラフィックが少数のノードを通過する場合に特に効果的です。したがって、集中化を犠牲にして流動性を高めるトランポリン ルーティングなどの手法は、このような攻撃を悪化させることになります。
指向性輻輳攻撃は、トラフィック分析攻撃を通じてライトニング ネットワーク ユーザーの ID を取得しようとする攻撃者によって開始される可能性があります。攻撃者は輻輳攻撃を利用して代替パスのチャネル容量を削減し、ユーザーにトラフィックを攻撃者のノードに引き渡すよう強制し、最終的にトランザクションをより効果的に監視できるようにします。
