Fiber Network: CKBをベースにしたパブリックライトニングネットワーク

概要

Fiber Network は、Nervos CKB とオフチェーンチャネルに基づいて構築された次世代のパブリックライトニングネットワークであり、RGB++ アセットに対して高速で低コストかつ非中⼼化されたマルチ通貨⽀払いやピアツーピア取引を提供することができます。

バックグラウンド

ブロックチェーン技術の発展と挑戦

ブロックチェーン技術は、ビットコインの登場以来、急速な発展を遂げてきました。最初は単純な支払い機能から、スマートコントラクト、分散化金融（DeFi）、非代替性トークン（NFT）など、さまざまな応用領域に広がってきました。ブロックチェーン技術は、セキュリティ、透明性、分散化の面で明らかな利点を持っていますが、拡張性と取引速度の面では多くの課題に直面しています。

1. 拡張性の問題：伝統的なブロックチェーンのBTCやETHなどは、トランザクションのスループットに顕著な制約があります。BTCはブロックサイズの制限と10分間のブロック生成時間のため、ネットワークは秒間約7件のトランザクションしか処理できません。ETHも改善されていますが、伝統的な支払いネットワークに比べてトランザクションの処理能力は低いです。
2. 高額な取引手数料：ネットワークの混雑が進むにつれて、取引手数料は著しく上昇しています。例えば、ETHネットワーク上のピーク時のガス料金は、取引金額そのものを上回ることがあり、これはユーザーエクスペリエンスに重大な影響を与え、小額の支払いの実現可能性をドロップさせます。
3. トランザクションの確認時間が長い：伝統的なブロックチェーンネットワークでは、トランザクションは複数のブロックの確認を待たなければ最終確認として扱われません。このプロセスは数分から数時間かかるため、即時決済には適していません。

Nervos CKB は性能や確認時間が向上していますが、小額の支払いや即時支払いのニーズを満たすために取引速度と取引コストをさらに向上させる必要があります。

ライトニングネットワーク的启示

ライトニングネットワーク（Lightning Network）は、ビットコインネットワークのセカンドレイヤー拡張ソリューションであり、オフチェーントランザクションと支払いチャネル技術を通じて、高速かつ低コストのマイクロペイメントを実現しました。その核心の理念には、以下が含まれます：

1. ペイメントチャネル：ユーザーはオンチェーンでペイメントチャネルを作成し、チャネルがオープンされると、両者はオフチェーン取引を無制限に行うことができます。チャネルがクローズされるときだけオンチェーンで決済が行われます。これにより、オンチェーン取引の数が著しく減少し、取引速度が向上し、取引手数料がドロップします。
2. ハッシュ時間ロック契約（HTLC）：HTLC技術により、ライトニングネットワークは資金の安全な転送を保証し、トランザクションパートナーのリスクを回避します。オフチェーン取引が失敗した場合でも、ユーザーはオンチェーン契約によって資金の保護を受けることができます。
3. ルーティングメカニズム：ライトニングネットワークは、マルチホップルーティングを使用して、ユーザーは受取人との直接チャネルを開設する必要なく支払いを完了することができます。これにより、ネットワークの柔軟性と利用可能性が向上します。

Nervos CKBの利点

Nervos CKBは、汎用性と安全性に特化したブロックチェーンプラットフォームです。その独自の設計により、ブロックチェーンの拡張性と相互運用性の問題に対する独自の優位性を持っています。

1. コンセンサスメカニズム：基于 NC-Max[1]コンセンサス协议、同時に労働量証明（PoW）と状態貸与メカニズムを組み合わせたもので、ネットワークのセキュリティとリソースの有効利用を保証します。
2. 強力なスマートコントラクトモデル：CKB独自のCellモデルとRISC-V命令セット仮想マシンはUTXOモデルの能力を大幅に向上させ、チューリング完全なスマートコントラクトをサポートするだけでなく、抽象アカウントやcovenantなどの特性を容易に実現し、分散化アプリケーションに柔軟なプログラミング可能性、さらに優れた相互運用性と拡張性を提供しています。
3. 経済モデル：CKBの経済モデルは、ネットワークリソースの長期的な保有と適切な使用を促進し、分散型アプリケーション、開発者、およびユーザーに安全で持続可能な分散型エコシステムを提供します。

ファイバーネットワークプロジェクトの意義

Nervos CKBを使用してオフチェーンチャネルを構築することで、ライトニングネットワークの成功体験とCKBの技術的優位性を組み合わせ、高速で低コストかつ分散化されたマルチアセットリアルタイム支払い交換ネットワークを構築することを目指しています。具体的には:

1. 拡張性の問題の解決：オフチェーンの支払いチャネルとマルチホップルーティング技術により、Fiberネットワークは高いスループットのトランザクション処理を実現し、大規模なユーザーの需要を満たすことができます。
2. ドロップ取引コスト：オンチェーントランザクションの頻度を減らし、ユーザーの取引手数料をドロップすることで、小額の支払いを実現し、効率的にします。
3. 取引速度の向上：オフチェーン取引による即時承認により、すべての即時支払いシーンに対応し、秒速の支払い確認体験を提供します。 4.マルチアセットのサポート:複数のデジタルアセットの支払いをサポートし、ユーザーに幅広い支払いオプションを提供します。
4. ネットワーク間の相互運用をサポート: BTCライトニングネットワークとの相互運用をサポートし、クロスチェーンインタラクションの支払いと資産転送をサポートします。

アーキテクチャ設計

総合的なアーキテクチャ

Fiber Networkの全体的なアーキテクチャには、次の主要なモジュールが含まれています：

*ファイバーチャネル

• オンチェーン合约（HTLC）
• マルチホップルーティング（Multi-Hop Routing） *ものみの塔サービス

オフチェーン支付通道

オフチェーン支払いチャネルはFiber Networkの中核であり、それを通じて複数のオフチェーン取引を行い、チャネルを閉じる際にのみオンチェーン決済を行うことができます。このメカニズムにより、オンチェーン取引の数が著しく減少し、取引速度が向上し、取引手数料がドロップします。

大まかな作業フローは次のとおりです：

1. チャネルの作成：両者のユーザーはオンチェーンで支払いチャネルを作成し、一定量のCKBまたはRGB ++資産をロックします。
2. オフチェーン取引：チャネルが開かれている間、両当事者は任意の回数オフチェーン取引を行うことができ、各取引ごとにチャネルの状態が更新されますが、オンチェーンに直ちにブロードキャストする必要はありません。
3. チャネルクローズ：いずれかの当事者がチャネルを閉じることを決定した場合、最終的なチャネルの状態をオンチェーンにブロードキャストし、両当事者の最終残高が確認されるように決済されます。

具体のメッセージ交換形式については、Fiber Network P2Pメッセージプロトコルを参照してください[2]

オンチェーン合约

目前、我々はハッシュドタイムロックコントラクト（HTLC）を使用して、オフチェーン取引の安全性を確保し、ライトニングネットワークに互換性を持たせています。これにより、トランザクション相手のリスクを回避し、オフチェーン取引が失敗した場合でも、ユーザーはオンチェーンの契約により資金の保護を受けることができます。

大まかな作業フローは次のとおりです：

1. トランザクションの開始：支払い発起者は、ハッシュロックと時間ロックの条件を持つトランザクションを作成し、一定量のCKBをロックします。
2. ハッシュ検証：支払い受け取り側は所定の期間内に正しいハッシュ元象を提供する必要があり、それによって取引がアンロックされ、資金の移動が完了します。
3. タイムアウト返金：受信者が規定時間内に正しいハッシュ元の画像を提供できなかった場合、取引は自動的にアンロックされ、支払い発起者に返金されます。

CKBのチューリング完全性により、より柔軟かつ安全なオンチェーン契約を実現することができます。その後、バージョンベースの取り消しメカニズムやより安全なポイントタイムロック契約の導入など、契約の機能をさらに拡張する予定です。

マルチホップルーティング

多ホップルーティング技術では、ユーザーは相手と直接支払いチャネルを確立せずに、複数の中間ノードを通じて支払いを完了することができます。このメカニズムにより、ネットワークの柔軟性とカバレッジ範囲が向上します。

作業フロー:

1. ルートの発見：支払い元は、ルーティングモジュールを通じて自分自身から支払い受信者への最適なルートを発見します。
2. パスロック：パス上の各ノードで対応するHTLC契約が作成され、資金の安全な転送が確保されます。
3. 支払い完了：支払いの受信側がHTLCのロックを解除し、資金がパス上の各ノードに順次移動します。

同時に、ここではHTLC契約を使用してクロスチェーンインタラクションの支払いを実現し、ライトニングネットワークとの相互運用をcross-chain hub serviceを介してサポートします。詳細については、HTLCを使用したPayment Channel Cross-Chain Protocolを参照してください。[3]

監視サービス

監視サービスはFiber Networkの重要な構成要素であり、オフチェーン支払いチャネルの状態を監視し、チャネルの安全性と資金の安全性を確保します。機能と役割は以下の通りです:

1. チャネル監視：参加ユーザーの支払いチャネルの状態をリアルタイムで監視し、チャネルの作成、更新、終了のプロセスを含む。
2. 異常検知：チャネル内の異常な活動を検出します。たとえば、悪意のあるユーザーが古い状態でチャネルを閉じようとしたり、ダブルスペンディング攻撃を企てたりします。
3. アクティブなレスポンス：異常が検出された場合、最新のチャネル状態をブロックチェーンネットワークに迅速にブロードキャストして、悪意のある行為による資金の損失を防止する。

現在の進捗状況と計画

現在、私たちはFiber Networkのプロトタイプを完成し、2つのノード間でチャネルの作成、更新、クローズの基本機能を実現しました。また、BTCライトニングネットワークとのクロスチェーンインタラクションの機能も検証しました。プロジェクトコードは、次の2つのGitHubリポジトリで見つけることができます：

次の作業計画では、マルチホップルーティングとモニタリングサービスの準備、および RPC インターフェースと SDK の改善が行われます。これにより、より多くの開発者が Fiber Network に簡単にアクセスできるようになります。

多ホップルーティングプロトコルは、Dijkstraアルゴリズムに基づいて支払い経路を探索し、このようにしてルーティングコストを低減し、マルチホップ経路の支払い成功率を向上させます。Fiber Networkが稼働した後、ネットワークトラフィックと運用状況に応じてルーティングアルゴリズムを最適化し、2〜3種類の経路検索戦略を提供する予定であり、ユーザーの異なるルーティング好みと要求に対応します。Fiber Networkは、マルチパス支払い戦略も導入し、大きな支払い額を複数の部分に分割し、それぞれを異なる経路で転送することで、支払い成功確率をさらに高めます。

監視サービスは、Fiber Networkの一部のノードによって提供され、彼らはオンラインのままであり、ネットワーク内の異常な状況をフォローし、チャネル内の資産を保護するのを助けます。監視サービスは、クロスチェーンハブサービスを追跡することもあります。ユーザーが一定の時間オフラインの場合でも、監視サービスはライトニングネットワークとの交換が成功することを保証します。

また、Fiber Networkには、プライバシー保護アルゴリズムを実現するためのCKBのプログラム可能性を活用し、ルートアルゴリズムと監視サービスを最適化して、ユーザーの支払い情報の安全性とプライバシーを保護するなど、さらなる機能の追加も検討しています。