CKBエコシステムからのFiber Networkを理解するための記事

概要

Fiber Networkは、Nervos CKBをベースにした次世代の公共ライトニングネットワークであり、オフチェーンチャネル技術を使用して高速かつ低コストの多通貨支払いとピアツーピア取引を実現しています。このネットワークはRGB++アセットをサポートし、分散化された、高速かつ低コストの支払い方法を提供し、ユーザーが異なるデジタル資産間でリアルタイム取引を行うことを可能にします。チャネルのクローズ時にオンチェーンの決済が行われるため、高いセキュリティとプライバシー保護が維持されます。

此外，Fiber Network 还特别设计了与ビットコインライトニングネットワークの相互運用性，使得两个ネットワーク間の資産をシームレスに移動できるようにし、ユーザーの支払い選択肢とネットワークのカバレッジ範囲を拡大しています。これらの技術により、Fiber Network はビットコインエコシステムにより高い取引効率とより広範なアプリケーションシナリオをもたらすことを目指しています。

背景

ブロックチェーン技術はビットコインの誕生以来進歩し、スマートコントラクト、DeFi、NFTなどに拡大しましたが、スケーラビリティとトランザクション速度の課題に直面しました。 これらの問題を解決するために、ライトニングネットワークは、ビットコインのレイヤー2スケーリングソリューションとして、オフチェーントランザクションとペイメントチャネルテクノロジーを通じて高速かつ低コストのマイクロペイメントを可能にします。

Nervos CKBは革新的なブロックチェーンプラットフォームであり、その独自の設計によりBTCネットワークの拡張性と相互運用性を向上させています。Fiber NetworkプロジェクトはCKBの利点を活用し、ライトニングネットワークの経験を組み合わせ、高速で低コスト、分散型の多資産リアルタイム支払いネットワークを構築し、大規模なユーザー需要をサポートし、取引手数料をドロップさせ、ミリ秒単位の支払い確認を提供し、同時に多資産支払いとクロスチェーンインタラクションの相互運用性をサポートしています。

ライトニングネットワークの容量（出典：BitcoinVisua)

技術原理

Fiber Networkの全体的なアーキテクチャには、オフチェーン支払いチャネル、オンチェーン契約、マルチホップルーティング、モニタリングサービスなどのコアモジュールが含まれています。

ペイメントチャネル

支払チャネル技術の核心思想は、トランザクションプロセスをブロックチェーンの外部に移し、最終的な状態をブロックオンチェーンに更新する必要がある場合にのみオンチェーン操作を行うことです。

オフチェーン支払いチャネルはFiber Networkの核心であり、複数回のオフチェーン取引を実現し、チャネルが閉じた時にのみオンチェーンの決済を行うことができます。このメカニズムにより、BTCなどのメインチェーンのパフォーマンス制限を回避し、高速なオフチェーン取引を実現し、オンチェーン取引数を大幅に減らし、取引速度を向上させ、取引手数料をドロップさせることができます。

大まかな作業フローは次のとおりです：

• チャネル作成：双方のユーザーはオンチェーンで支払いチャネルを作成し、一定数量の CKB または RGB++ 資産をロックします。
• オフチェーン取引：チャネルが開かれている間、両者は自由にオフチェーン取引を行うことができ、取引ごとにチャネルの状態が更新されますが、オンチェーンにすぐに放送する必要はありません。
• チャネルクローズ：どちらかのパーティがチャネルをクローズすることを決定した場合、最終的なチャネルの状態がオンチェーンにブロードキャストされ、両者の最終的な残高が確認されます。

AliceとBobを例に取って、彼らはブロックチェーン上でマルチシグ（multisig）アカウントを作成し、それぞれ一定量の資金を預けることで支払いチャネルを開くことができます。この例では、AliceとBobがそれぞれ100単位の資金を預けたとします。その後、彼らは支払いチャネル内で自由に転送を行うことができ、チャネルを閉じることを決定するまで複数回の転送が可能です。この場合、最終的な残高はブロックチェーンに更新されます。

一連の取引の後、AliceとBobの残高がそれぞれAliceが70単位、Bobが130単位になったと仮定します。彼らのいずれかがチャネルを閉じたい場合、この最終残高をブロックオンチェーンに提出して決済を完了することができます。このプロセスは簡単に見えますが、実際には取引の安全性と両当事者の誠実さを確保するためにいくつかの複雑なメカニズムを必要とします。

可能な詐欺行為に対処するため、例えばBobが期限切れの取引状態を使用してシステムをだまそうとするなど、支払いチャネルは「コミットメントトランザクション」と「取り消し秘密鍵」という2つの重要な概念を採用しています。各取引の後、両当事者は新しいコミットメントトランザクションのペアを生成し、これらの取引は当事者がチャネル内での現在の残高を宣言します。これらのコミットメントトランザクションは非対称であり、つまりそれらの両当事者のアンロック条件が異なるため、両当事者に均衡機構を提供します。

もしBobが期限切れのコミットトランザクションを送信しようとした場合、Aliceは取り消し秘密鍵を使用してBobを罰することで、彼の資金を没収することができます。このメカニズムにより、ダブルスペンディングを試みる行為は適切に罰せられ、支払いチャネルの完全性が保護されます。

Fiber NetworkはCKBに基づいてこのプロセスをさらに最適化しています。BTCのライトニングネットワークと比較して、FiberはCKB、BTC、およびRGB++ステーブルコインを含むさまざまな資産をネイティブにサポートできます。さらに、Fiberが依存するLayer1メインチェーンがCKBであるため、支払いチャネルを開く際および閉じる際の手数料もはるかに低くなります。これにより、Fiber Networkはユーザーエクスペリエンスに明らかな優位性を持つことになります。これらの仕組みにより、Fiber Networkは迅速で低コストかつ安全な支払いチャネルソリューションを提供しています。

支払いチャネルライフサイクル（出典：Nervos)

ものみの塔

WatchTower（瞭望塔）は、Fiber NetworkとBTCライトニングネットワークの重要な構成要素であり、常にセキュリティの役割を果たしています。支払いチャネルでは、参加者は常に相手を監視し、相手が期限切れの承諾トランザクションをブロックチェーンに送信しないように防止しなければなりません。しかし、ユーザーが常にオンラインであることは不可能なため、WatchTower（瞭望塔）の設計は非常に重要です。

WatchTower 瞭望塔の主な機能は、ユーザーがオンチェーンの活動を監視するのを支援し、期限切れのコミットメント取引が提出された場合には、チャネルと資金の安全を確保するよう即座に行動します。具体的には、Alice または Bob は対応する罰則取引を事前に構築することができます（期限切れのコミットメント取引を取り消すために秘密鍵を使用し、自分自身を受益者として宣言します）、そして罰則取引の平文を WatchTower に送信します。そして WatchTower は、オンチェーンに期限切れのコミットメント取引が提出されたことを検知すると、直ちに罰則取引を提出し、的確な罰を行います。

ユーザーのプライバシーを保護するために、Fiber Network はユーザーに期限切れのコミットメントトランザクションのハッシュ値とペナルティトランザクションの平文をWatchTower に送信するよう要求します。これにより、WatchTower は最初はコミットメントトランザクションの具体的な内容を知らず、そのハッシュ値しか知りません。オンチェーン に期限切れのコミットメントトランザクションが実際に提出されない限り、WatchTower は平文を見ることはありません。その後、ペナルティトランザクションを提出します。このような設計により、悪意を持つ者がいない限り、WatchTower は通常、チャネル参加者の取引履歴を見ることはありません。たとえ見たとしても、その中の1つの取引しか見ることはできません。

従来のBTCライトニングネットワークに比べ、Fiber NetworkはWatchTowerの設計にいくつかの最適化を施しました。BTCライトニングネットワークでは、秘密鍵を取り消すことに関連する罰則のメカニズムは「LN-Penalty」と呼ばれ、WatchTowerがすべての期限切れの承諾取引ハッシュと対応する秘密鍵を保存する必要があるなど、いくつかの欠点があります。一方、Fiber NetworkはDaricプロトコルを実装することで、秘密鍵の取り消しを改良し、1つの秘密鍵が複数の期限切れの承諾取引に使用できるようにしました。これにより、WatchTowerおよびユーザークライアントのストレージ負荷が大幅に削減されました。

BTCライトニングネットワークとFiber Networkの支払いチャネルでは、WatchTower（瞭望塔）はセキュリティ監視の役割を果たし、ユーザーがオフラインの場合に資金を保護します。この概念をよりよく理解するために、AliceとBobが支払いチャネルを開設し、即時取引が可能であり、毎回ブロックチェーンに取引を書き込む必要はありません。しかし、このメカニズムにはリスクも存在します。どちらの当事者も不公平な状況で期限切れのコミットメント取引を提出し、資金を盗もうとする可能性があります。

例えば、AliceとBobは、各取引ごとに新しいコミットメントトランザクションを生成し、支払いチャネルの最新の更新を確保します。しかし、Bobが突然悪意を持って行動し、期限切れのコミットメントトランザクションを提出しようとする場合、つまり、彼が更新されて無効になった古いトランザクションを提出して、Aliceの過去の資金状態の利点を得ようとする場合、Aliceがオフラインだとこの悪意のある行動をすぐには検出できません。

この時、WatchTowerの役割は非常に重要です。Aliceは関連する罰則トランザクションを平文でWatchTowerに事前に送信し、そのハッシュ値を通知します。Bobがその期限切れの取引を送信しようとすると、WatchTowerはすぐにその期限切れの取引を識別し、Aliceが事前に構築した罰則トランザクションを提出して、Bobが資金を盗むことができないだけでなく、罰せられ、Aliceは補償を受けることができます。

このプロセスにより、WatchTowerはAliceの利益を保護するだけでなく、支払いチャネルを常に監視する必要性も減らしました。

ものみの塔の仕組み(出典:Geek Web3)

マルチホップルーティングとHTLC/PTLC

マルチホップルーティングとHTLC/PTLCテクノロジーは、ブロックチェーンの支払いネットワークの中核的なメカニズムであり、安全で柔軟な価値の転送を実現するために使用されます。

• マルチホップルーティングは、複数の中間ノードを介して資金移動を完了することをユーザーに許可し、直接の支払いチャネルがなくても他のノードを介して取引を行うことができます。このプロセスにより、支払いネットワークの範囲と柔軟性が確保されます。
• HTLC（Hashed Time-Locked Contract）は、各ノードが所定の時間内に正しい秘密鍵を提供して取引を完了することを保証し、仲介者が資金を悪意ある取引に截留することを防止します。時間内に完了できなかった取引は自動的に取り消され、資金は送信元に戻ります。
• PTLC（Point Time-Locked Contract）はHTLCのプライバシー強化版であり、各ノードが異なる秘密鍵を使用してトランザクションをアンロックすることにより、トランザクションパスの関連性が外部に推測されることを回避し、ユーザーのプライバシーをさらに保護します。

Fiber Networkでは、マルチホップルーティングとHTLC/PTLC技術の組み合わせにより、支払いネットワークの柔軟性、安全性、およびプライバシーが向上しました。マルチホップルーティングにより、ユーザーは複数の中間ノードを介して資金を移動することができます。双方に直接の支払いチャネルがなくても、公開ネットワーク構造とダイクストラの最短経路アルゴリズムを使用して最適な送金経路を見つけ、トランザクションを効率的に完了します。

HTLC は、タイムロックとハッシュロックによって中間ノードが取引を時間通りに完了することを保証し、それ以外の場合は資金が自動的に返金され、中間ノードの悪意を防ぎます。一方、PTLC はさらにプライバシー保護を強化し、各ノードが異なる秘密鍵を使用するため、取引経路の関連性を公開することを避けます。

この組み合わせにより、支払いネットワークのカバー範囲が拡大するだけでなく、取引のセキュリティとプライバシーも確保され、従来のライトニングネットワークにある交換取引ループ攻撃などの脆弱性が解消され、Fiber Networkはより安全で効率的な支払いシステムになります。

AliceがDanielに100ドルを送金したい場合、直接の支払いチャネルはありません。Fiber Networkでは、Aliceは中間ノードを利用してこの取引を完了することができます。マルチホップルーティングとHTLC/PTLC技術を使用しています。

例えば、AliceとBobにはチャネルがあり、BobとCarolにもチャネルがあり、そしてCarolとDanielにもチャネルがあります。FiberはDijkstra最短パスアルゴリズムを使用して、多段ルーティングを介して、Alice→Bob→Carol→Danielの最適なパスを見つけます。その後、AliceはHTLCを使用して条件付きトランザクションを作成し、Bobに30分以内に秘密鍵Rを提供するよう要求します。Bobは同様の方法でCarolとHTLCを作成し、Carolには25分以内に秘密鍵を提供するよう要求します。最後に、CarolはDanielにHTLCを作成し、Danielに20分以内に秘密鍵Rを提供するよう要求します。

Danielは、自分が秘密鍵Rを持っていることを知っているので、指定された時間内に秘密鍵を提出して100ドルをCarolから受け取りました。その後、Carolは秘密鍵を受け取った後、指定された時間内にそれをBobに渡し、Bobは秘密鍵をAliceに提供し、取引全体が完了しました。BobとCarolは手数料を得て、AliceはDanielに100ドルを成功裏に送金しました。この過程では、PTLC技術がプライバシー保護を強化し、各ステップの秘密鍵が独立しているため、BobとCarolは完全な取引経路を知ることができず、AliceとDanielの関係を推測することができないため、両者のプライバシーが保護されます。

Fiber Networkでは、この取引は安全だけでなく、Dijkstraアルゴリズムによって最適な経路が選択され、取引が迅速かつ低コストで完了することが保証されています。また、Fiberのストレージ最適化により、HTLC/PTLCの実装がより効率的になり、ネットワークのストレージ負担が軽減され、全体的なパフォーマンスが向上しています。

クロスドメインアトミックペイメント

FiberとBTCライトニングネットワークは、HTLC（ハッシュ時間ロック契約）とPTLC（ポイント時間ロック契約）を使用してクロスチェーン支払いを実現し、クロスチェーンプロセスの原子性を確保します。つまり、クロスチェーン支払いでは、すべてのステップが成功するか、すべてのロールバックが必要であり、一部が成功し、一部が失敗することを避けることができ、ユーザーの資産を安全に保護することができます。

この設計により、FiberとBTCライトニングネットワークは相互運用が可能になり、ユーザーは2つのネットワーク間でシームレスに送金することができます。たとえば、ユーザーはFiberネットワークからBTCライトニングネットワークのユーザーに送金することができ、また、Fiberネットワークを介してCKBやRGB++アセットをBTCに交換することもできます。

具体の手順は次のように理解できます：Alice は、Fiberネットワーク内のCKBを使用してBTCライトニングネットワーク内のBobに送金したいとします。この取引は、クロスネットワークの中継業者Ingridを介して実現できます。Ingridは両方のネットワークでノードを運用し、仲介者として機能します。AliceはIngridにCKBを支払い、IngridはさらにBobにBTCを支払います。

例を挙げると、Bobは1 BTCを受け取りたいと思っています。AliceとIngridは、1.1 CKBを1 BTCに交換する比率で合意しました。AliceはIngridに1.1 CKBを支払い、そのうち0.1 CKBは手数料としてIngridに支払われます。IngridはBTCライトニングネットワークでBobに1 BTCを支払います。このプロセスでは、HTLCのメカニズムを通じて、IngridはBobの秘密鍵Rを知っている必要があり、途中でAliceのお金が失われることを防ぎます。

アプリケーションシナリオ

Fiber Networkは、Nervos CKBに基づいて構築され、そのクロスチェーンインタラクションおよび多資産支払い機能は、暗号化業界の中核ビジネスモデルで広範な応用ポテンシャルを示しています。これには、クロスチェーンインタラクション支払い、クロスチェーンインタラクション流動性マイニング、クロスチェーンインタラクションレンディング、DEXなどが含まれます。これらのシナリオでは、Fiberの技術的詳細が効率的で安全な操作の基盤を提供しています。

クロスチェーンインタラクション支払い

クロスチェーンインタラクション支払いは、Fiber Networkの重要なユースケースであり、オフチェーン支払いチャネルとHTLCスマートコントラクトにより、Fiberは多様な通貨に対応し、迅速かつ低コストでのクロスチェーンインタラクション支払い機能を提供しています。ユーザーはBTCネットワークと他のチェーン（例：Nervos CKB）間で直接支払いを行うことができ、仲介者や第三者の信頼は必要ありません。

例えば、ユーザーAはFiberを使用してBTCネットワークからユーザーBにCKBまたは他のサポートされているRGB++アセットを送金することができます。技術的には、FiberはHTLC契約を介してクロスチェーンインタラクションの支払いの安全性を確保します：Aは資金をロックし、取引を開始し、Bは正しいハッシュプリイメージを提供した後に資金をアンロックし、取引の信頼性を確保します。Bが適切なタイミングでアンロックできない場合、資金は自動的にAに返金されます。BTCライトニングネットワークとの相互運用性により、Fiberの支払いカバレッジはさらに強化され、さらに多くのアセットタイプをサポートし、取引の柔軟性を高めます。

CFNとライトニングネットワークの間の原子クロスチェーンインタラクション交換プロセス（出典：Nervos)

クロスチェーンインタラクション流動性マイニング

クロスチェーンインタラクション流動性マイニングを利用することで、Fiberのクロスチェーンインタラクションチャネルとマルチホップルーティング機能を使用して、ユーザーはさまざまな資産にクロスチェーンインタラクション流動性を提供し、収益を得ることができます。

具体的には、ユーザーはBTCをFiberの支払いチャネルにロックし、BTCエコシステムのMEME通貨や他のトークンの流動性を提供し、新しい資産のクロスチェーンインタラクションの発行や取引をサポートすることができます。オフチェーンの支払いチャネルを介して、ユーザーはオンチェーン操作を頻繁に行う必要がなく、チャネルの状態を更新することでオフチェーンの流動性提供を完了することができます。これにより、オンチェーンの取引コストを大幅に削減し、流動性の効率を向上させることができます。さらに、Fiberのウォッチタワーサービスは流動性プロバイダーをサポートし、取引とチャネルの状態をリアルタイムで監視し、悪意のあるユーザーが古いチャネルの状態を利用して攻撃を行うのを防ぎます。

クロスチェーンインタラクション原子化借贷

Fiberを基盤とするクロスチェーンインタラクションの相互交換能力により、ユーザーはBTCなどの主要資産を担保として、CKBネットワークまたは他のオンチェーンで安定したコインまたは他のトークンを借りることができます。

このような貸借シナリオでは、HTLC契約が再度重要な役割を果たします：借り手はまずBTCネットワーク上でBTCをロックし、貸し出し取引を開始し、安定通貨はFiberネットワークを介してCKBネットワークに移動します。HTLCのハッシュロックとタイムロックメカニズムにより、貸し出しプロセスの安全性と信用操作が確保されます。オフチェーン取引に問題が発生しても、ユーザーはオンチェーン契約によってロックされた資産を安全に回収できます。これにより、Fiberは分散化で許可されていないクロスチェーンインタラクション貸借市場を構築し、従来の貸借市場の境界を打ち破りました。

ファイバーネットワークと他のネットワークとの相互作用(出典:Nervos)

クロスチェーンインタラクション分散化取引所（DEX）

クロスチェーンインタラクション分散化取引所（DEX）は、Fiberがサポートするもう1つの重要なシナリオです。Fiberのクロスチェーンインタラクション技術を利用することで、ユーザーはBTC、CKB、およびサポートされているRGB++アセット間で分散取引を行うことができます。中央集権型取引所のマッチングサービスに依存する必要はありません。

具体的には、Fiberのマルチホップルーティング機能により、ユーザーは複数の中間ノードを介してクロスチェーンインタラクション資産の転送を行うことができ、支払いチャネルを直接相手と確立する必要はありません。これにより取引の柔軟性が大幅に向上します。同時に、HTLC契約は取引プロセスに安全保障を提供し、各ノードはハッシュロックとタイムロックで資金をロックし、取引の各段階を安全に完了できるようにします。最終的に、この低コストで高速なクロスチェーンインタラクション取引機能は、BTCとCKBのエコシステム内の流動性を大幅に向上させ、分散型金融アプリケーションの拡大を推進します。

これらの技術の詳細な組み合わせにより、Fiber Network はクロスチェーンインタラクションの支払い、流動性マイニング、借り入れ、分散化取引などのシナリオで強力な応用潜力を示し、BTCとNervos CKBエコシステムのイノベーションと発展を促進する重要な基盤となっています。

まとめ

現在と未来

現在、Fiber Networkはプロトタイプ開発を完了し、関連するデモを公開し、2つのノード間での基本的な機能、チャネルのオープン、更新、クローズを実現し、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機能を検証しました。関連するプロジェクトコードは以下のGitHubリポジトリで見つけることができます：

• ファイバーネットワークGitHub
• ファイバースクリプトGitHub

将来の開発計画では、チームは複数ホップのルーティングとウォッチタワーサービスの開発に取り組み、同時にRPCインターフェースとSDKの改善を行い、開発者がFiber Networkにより簡単にアクセスできるようにします。

マルチ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おり、支払いパスを検索してルート料金を低減し、マルチホップパスの支払い成功率を向上させます。Fiber Networkの正式なリリース後、チームはネットワークトラフィックと実際の運用状況に基づいてルーティングアルゴリズムを最適化する予定であり、2〜3種類のパス検索戦略を提供する予定です。これにより、ユーザーの異なるルーティングの嗜好と要件に対応します。さらに、Fiber Networkではマルチパス支払い戦略も導入され、支払い金額を複数の部分に分割し、異なるパスを介して転送することで支払い成功率をさらに向上させます。

守望塔サービスは、Fiber Networkの一部のノードによって提供され、これらのノードはオンライン状態を維持し、ネットワークの異常をリアルタイムで監視し、チャネル内の資産を保護するのに協力します。監視サービスはまた、クロスチェーンインタラクションハブサービスを追跡し、ユーザーが一時的にオフラインになっても、ライトニングネットワークとの成功したトランザクションを保証します。

此外，チームはFiber Networkにさらに多くの機能を組み込む予定です。たとえば、CKBのプログラム可能性を活用してプライバシーアルゴリズムを実装し、その上でルーティングアルゴリズムとウォッチタワーサービスを最適化して、ユーザーの支払い情報のセキュリティとプライバシーを強化する予定です。

エピローグ

Fiber Networkは、Nervos CKBに基づく次世代のパブリックライトニングネットワークであり、BTCおよびCKBエコシステムに高速かつ低コストのマルチ通貨支払いおよび取引機能を提供します。オフチェーンの支払いチャネルとマルチホップのルーティング技術により、取引速度が向上し、コストがドロップし、同時にクロスチェーンインタラクションの相互運用性がサポートされ、ネットワークの拡張性が向上し、資産の流動性が向上します。さらに、Fiber Networkはセキュリティを向上させる監視サービスを導入し、分散型金融アプリケーションに堅固な基盤を提供し、エコシステム全体のイノベーションと発展を推進します。要するに、Fiber NetworkはBTCおよびCKBエコシステムの取引効率と柔軟性を促進する重要なインフラプロジェクトです。