Thunderbolt雷霆ネットワークから出発し、ビットコインのライトニングネットワークの設計論理を再考する

著者：YBB Capital Researcher Ac-Core

一、なぜビットコインでコーヒーが買えないのか？

ビットコインと聞くと、多くの人がまず思い浮かべるのは「分散型」や「改ざん不可能」といった特性です。しかし、実際にそれを使ってコーヒーを買おうとすると、すぐに困った問題に直面します。取引の確認にかかる時間がコーヒーを待つよりも長く、手数料がコーヒーよりも高くなることさえあります。ビットコイン上の資産は今も「動かざること山の如し」------主にHODLに頼っており、貸し出しもできず、組み合わせもできず、相互運用性もありません。

ビットコインのScriptのスクリプト構造は極めて保守的であり、大多数のオフチェーンの相互作用のシナリオを制限しています。その設計の初期の目的は、毎秒何千もの支払いを処理するためではありません。しかし、現実のニーズは明らかです------人々はビットコインを使いたいと思っており、たとえゲームのスキンを買ったり、動画を見てチップを渡したりするためであっても、10分も待ちたくはありません。

二、ライトニングネットワーク：両刃の剣

画像出典：Cointelegraph

ビットコインのメインチェーンは高速道路のようなもので、ライトニングネットワークはその横に建設された有料の高速通路のようなものです。その核心的な理念は、メインチェーンの取引効率に対する妥協から生まれています：チェーン上の取引には速度のボトルネックがあるため、すべての取引をチェーンに記録することにこだわらず、ユーザー間に専用の「支払いチャネル」を構築することで高頻度の記帳を実現し、最終的にはチャネルを閉じるときの資金状態のみをブロックチェーンに同期させるというものです。このモデルは、友人同士が毎週交互に食事を奢る決済方法に似ています------人々は毎回食事の後にすぐに銀行振込をするのではなく、10回の消費を累積して一度に清算します。ライトニングネットワークは本質的に、数万のこのような支払いチャネルで構成された取引ネットワークです。

しかし、この一見巧妙なシステムは実際のアプリケーションで複数の困難を露呈しています。まず、チャネル構築の高いハードルです。ユーザーは取引チャネルを構築するために事前に資金をロックする必要があり、これは任意の相手と取引を行うためには専用のチャネル接続を事前に構築しなければならないことを意味します。次に、複雑なルーティングの問題があります。ユーザーAとBの間に直接の接続チャネルがない場合、A-C-Bの間接的なパスが存在しても、中間のチャネルに資金が不足しているか、パスのノードが利用できない場合、取引は失敗します。さらに厳しいのは安全リスクで、システムはユーザーがオンラインの状態を維持することを要求し、相手方がチャネルを閉じる際に期限切れの取引を提出して詐欺を行うのを防ぐ必要があります。これは一般ユーザーのデバイス運用能力に対して非現実的な要求を課しています。

ライトニングネットワークは数年間稼働していますが、これらの構造的欠陥により、その実際のアプリケーションは常にボトルネックを突破するのが難しいです。公開データによれば、現在のライトニングネットワーク全体の資金ロック量は約1億ドルにとどまっており、ビットコインシステムの兆ドル規模の時価総額に対して、そのエコシステムの地位はほぼ周縁化されています。これは業界に深い考察を促します：私たちは現状の困難を突破するために、より完全なオフチェーン支払いプロトコルを構築できるのでしょうか？

4月15日の情報によると、HSBCは公式ニュースリリースで、Bitcoin Thunderboltが過去10年間で最も画期的なビットコインの技術アップグレードであると発表しました。Thunderbolt全体の観察は「ライトニングネットワーク2.0」に似ていますが、単なるアップグレードではなく、オフチェーンのビットコイン相互作用のパラダイムの再構築に近いものです。

三、Thunderboltプロトコルとは何か

画像出典：Nubit | Bitcoin Thunderbolt

Bitcoin Thunderboltは、ビットコインの基盤レイヤーに基づくソフトフォークアップグレード方式であり、第二層ネットワークやクロスチェーンブリッジの妥協案に依存するのではなく、ビットコインのメインチェーンのプロトコルレベルで直接変更を行い、ビットコインのスケーラビリティ、取引性能、プログラマビリティを根本的に向上させました。

性能の観点から見ると、NubitはUTXO（未使用の取引出力）バンドリング技術を利用して、ビットコインの従来の取引処理モデルを大幅に最適化しました。従来のビットコインネットワークは単一のUTXOモデルを採用しているため、取引速度とスループットに明らかな制限があります。UTXOバンドリングは、複数のUTXOをまとめて処理することを可能にし、取引データ量を圧縮することで、安全性を犠牲にすることなく取引速度を約10倍向上させました。

プログラマビリティの観点では、Bitcoin ThunderboltはOPCATオペコードを再導入し拡張することで、より複雑なスクリプトロジックを構築できるようにしました。このオペコードは、ビットコインの初期バージョンに存在していましたが、後に削除されました。OPCATはデータを結合する操作を可能にし、開発者がビットコインのメインチェーン上で直接スマートコントラクトを実現できるようにします。このアップグレードによる最も直接的な利点は、サイドチェーン、ロールアップ、またはクロスチェーンブリッジに依存することなく、開発者がネイティブな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（dApps）を展開できることです。

資産プロトコルの統合の観点から、NubitはGoldinalsという統一基準を提唱し実現しました。Goldinals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を提供します。簡単に言えば、これは「ビットコインネイティブ」のトークン標準であり、外部の信頼機関に依存せず、複雑なクロスチェーンブリッジを必要とせずに、チェーン上で各トークンの存在と状態を検証できます。BitMMはビットコイン上で動作するチェーン上の自動マーケットメーカーで、散発的なBRC-20、Runes、Ordinalsなどのプロトコル資産を統合しています。Nubitは信頼のない取引においても重要な突破口を持っています。彼らが導入したBitMM（Bitcoin Message Market）システムは、ユーザーがビットコインチェーン上で信頼なしに取引のマッチングと情報の検証を行うことをサポートします。

従来のスケーリングの考え方（サイドチェーン、プラズマ、ロールアップ、またはブリッジ包装トークンの使用など）とは異なり、Nubitは「メインチェーンネイティブのスケーリング」パスを採用しています。BitVisaは分散型のアイデンティティと証明システムを提供します。取引の圧縮、スマートコントラクトのサポート、資産標準の統合、チェーン上の取引のマッチング------すべてがビットコインのメインチェーン上で直接実行されます。使用されるのはネイティブなBTCであり、クロスチェーンマッピングトークンではありません。

3.1 コアメカニズムの分析

この章の内容は「Stateless and Verifiable Execution Layer for Meta-Protocols on Bitcoin」という論文に基づいて説明します（参考リンク1を参照）。私の理解によれば、ビットコインThunderbolt（雷霆ネットワーク）とビットコインLightning（ライトニングネットワーク）は似ており、ビットコインのメインチェーンの取引確認の遅さを解決するために提案された拡張ソリューションであり、コアの目標は効率を向上させ、コストを削減することです。両者の違いは以下の通りです：

• Lightning Networkの設計は「支払いチャネル」に偏っており------送金にのみ使用でき、スマートコントラクトや複雑なロジックをサポートせず、構築と維持のハードルが高く、大規模な普及には不利です。

• ThunderboltはNubitによって提供され、プログラミング能力を持つ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、より複雑な状態資産、流動性プロトコル、金融アプリケーションを構築できるようにします。

柔軟に調整可能なマルチサイン

ビットコインの「署名」を二つに分けることを想像してください：一つはアリスの手元に、もう一つは委員会の手元にあります。新しいユーザーに転送するたびに、アリスと委員会はそれぞれ自分の半分の署名に「小さな秘密」を追加します------受け取る新しいユーザーだけがその秘密を知っています。受信者は自分が知っている小さな秘密を使って、二つの半分を「組み合わせて」完全な署名を得ることができ、アリスと委員会がオンラインで対話する必要はありません。

非同期フォールトトレラントの委員会台帳

数ノード（例えば4n+1）からなる「サービスグループ」が記帳を担当し、皆が現在の所有者を確認します。少数のノードが故障しても、大多数がオンラインであれば、台帳は正常に運営され続けます。これらのノードは「署名を手伝う」ことと「記帳」を行うだけで、資金を自由に動かすことはできず、安全性と分散化が保証されます。

原子交換式の最終化

実際にこのお金をチェーン上で使う必要があるとき、まず三つの「原子交換」を経ます：1.アリスと委員会が元のロックされた出力を使い、資金を一時的に委員会に渡します；2.委員会が同等の金額を「ゼンニと委員会」だけが使用できる金庫にロックします；3.最後にゼンニが二つの署名を使って金庫の中のお金を取り出します。こうすることで、ゼンニまたは委員会のいずれかが逃げることはできず、オフチェーンの再構築とオンチェーンの償還が一気に行われます。

3.2 Thunderboltのプロトコル設計と重要な革新

• 非対話的、再帰的な署名委任
  調整可能（Tweakable）な閾値Schnorr署名構造を設計しました。従来の支払いチャネルは往復で何度もメッセージをやり取りする必要がありますが、Thunderboltは毎回「小さな秘密を持った署名を一度送信する」だけで済み、オンラインの要求も大幅に低下しました。

• 毎回の転送で「新しいロック」を変更
  各ジャンプ転送時に、アリスと委員会は新しい小さな秘密で署名を更新し、古い「ロック」は完全に無効になります。こうすることで、以前の誰も新しい署名を取得できず、古い署名が再利用されるのを防ぎます。

• チェーン上には一度だけ痕跡を残す
  最初にロックを行うために一度だけチェーン上に上げ、その後のすべての変動はオフチェーンで完了し、最後にこのお金をチェーン上で使います。ライトニングネットワークがチャネルを頻繁に開閉する必要があるのに対し、Thunderboltのチェーン上の操作は少なく、プライバシーも向上します。

• オフラインでもお金を失わない
  アリスやゼンニがオフラインであっても、委員会の大多数がオンラインであれば、いつでも転送や償還を完了でき、時間ロックの期限切れや相手の悪意によるチャネルの閉鎖を心配する必要はありません。

• 真の「機械証明」セキュリティ
  プロトコル内のすべての重要なステップはTamarin Proverを使用して「形式的検証」を行っており、これらのセキュリティ保証は単なる理論ではなく、自動化ツールによって何度も検証されたものです。

四、Thunderboltと既存のライトニングネットワークの違いは何か？

Thunderboltと既存のソリューション（例えばBOLTプロトコル、Breez SDK、Phoenix）を比較して、どのように改善されたのかを見てみましょう。

Thunderboltと既存のライトニングネットワークの違い：

Thunderboltの主な利点は「セキュリティ」と「理論的完全性」にあります。これは少数のプロトコルの中で実現できるものです：

• プロトコル設計が安全であることを証明できる

• 悪意のあるユーザーがどんな状態でも一方的に利益を得ることができない

しかし、その欠点も明らかです：

• 展開が複雑 ：Thunderboltを使用するには、完全なプロトコルスタックを実行する必要があり、一般のウォレットユーザーには難しいです。

• メインチェーンの互換性 ：ビットコインのメインチェーンのスクリプト言語は非常に簡素であり、Thunderboltは機能を実現するために巧妙に回避する必要があり、実装の難易度が増します。

• エコシステムのサポートが不足している ：BOLTにはすでに多数のウォレットやノードのサポートがありますが、Thunderboltは現在「初期研究段階」にあります。

五、Thunderboltの潜在的な影響：BTCFiの触媒？

画像出典：自作

さて、ThunderboltはBTCFiの最適解なのでしょうか？大胆な見解を提起してみましょう：

Thunderboltは現在BTCFi理論上の最適解ですが、実際には「アルファ段階」にあります。言い換えれば、これはビットコインの世界における「イーサリアム2.0のホワイトペーパー」のようなもので、先見の明に満ちていますが、「エンジニアリングシステムレベル」の実装にはまだ至っていません。現段階の観察から、Thunderboltの可能な発展経路は三つあると考えています：

1. ロールアップ化統合：ビットコイン側のDeFiエンジンとして

ビットコインのメインチェーン自体はスケーラビリティが不足しており、Thunderboltは最終的にビットコインL2（BitVM、Nomic、BOBなど）のオフチェーンモジュールになるかもしれません。これは「ロールアップ内にThunderboltを統合して汎用契約実行層を実現する」ことに似ています。

例えば：

• BOBはThunderboltチャネル層を統合してネイティブBTC取引を実現できます。

• RGBエコシステムもThunderboltの状態管理ロジックを導入する可能性があります。

• BitVM自体はより複雑なロジックをサポートしており、Thunderboltは契約標準の一つになるでしょう。

• Babylon、Bitlayerなどのシステムにサービスを提供します。

2. 独立した標準エコシステムを形成し、メインチェーンと並行して運営

Thunderboltは、ライトニングネットワークのように独自のネットワークエコシステム、ノード運営体系、アグリゲーターなどを発展させ、Thunderbolt-LSPオペレーターを形成する可能性が最も高いです。同時に、Nubitは中本聡時代のマイナーと協力してプロトコル層のソフトフォークアップグレードを推進し、UTXOバンドリングとOP_CATの二つの特性を導入しました。これにより、BTCプロトコル関連の資産（BRC20、Runes、Ordinals）を直接受け入れることができ、非常に大きな想像の余地が生まれます。将来的には以下のようなものが考えられます：

• Thunderbolt Wallet（Phoenixに似たもの）

• Thunderbolt Node（軽ノード運営チャネル）

• Thunderbolt DEX（オフチェーン注文マッチング）

• Thunderbolt AMM（流動性プール）

3. よりシンプルなソリューションに取って代わられる

もちろん、将来的に状態チャネルや形式的言語、オフチェーンプロトコルの協力なしに類似の機能を実現できるシステムが登場すれば、Thunderboltは単なる段階的な過渡的な産物に過ぎないかもしれません。例えば：

• BitVMがより効率的な契約実行環境を実現する場合

• クロスチェーンZK技術がBTC資産を他のチェーン上で完全に信頼できる形で展開する場合

• あるネイティブビットコインプロトコルが支払い、貸し出し、契約を統一的にモデル化する場合

最後にエコシステムの観点から見ると、Thunderboltの最大の意義は、ビットコインの資産が初めて「オフチェーン契約の可組み合わせ性」を持つようになったことです。これは抽象的に聞こえますが、イーサリアムのDeFiの爆発から、この「可組み合わせ性」がどれほど重要であるかがわかります。イーサリアムの爆発は、Solidity + Hardhat + Ethers.js + Metamaskの全エコシステムのおかげです。

Thunderboltの最大の注目点は、UTXOバンドリングとOPCATの二つの特性を導入したことです。OPCATはビットコインのネットワークにネイティブなプログラマビリティをもたらし、UTXOバンドリング（バンドル）は複数の小額取引をまとめて処理し、取引データの規模を圧縮し、チェーン上のスループットを向上させます。これはイーサリアムのロールアップに似た論理です。すべてのビットコインエコシステムプロトコルを統一し、さまざまな資産とBitMMの実現を包摂することはもはや空論ではなくなりましたが、Thunderboltは現段階では「非常に強力な数学論文を書いた」ようなもので、全体として開発者が「使える」までにはまだかなりの距離があります。

参考リンク：

（1）https://eprint.iacr.org/2024/408.pdf