ビットコインの技術革新とWeb3の新たな発展の章

Web3技術は十年以上の急成長を経て、さまざまなレベルのイノベーションを生み出しました。ビットコインはその非中央集権的特性と安全性を損なうことなく、プライバシー保護能力を持続的に向上させ、Schnorr署名やTaprootなどの一連の高度な機能を実現し、後続の技術革新の基盤を築きました。一方、イーサリアムを代表とするオンチェーンのスマートコントラクトの進化は、ブロックチェーンアプリケーション(、例えばDeFi)の黄金時代を生み出し、二回のブルマーケットをもたらしました。しかし、2022年以降、Web3業界のイノベーションは突然方向を失い、ブロックチェーン技術は常に不可能な三角形の束縛から抜け出せず、大規模なブロックチェーンの応用は実現できませんでした。では、私たちはすでに技術の限界に達しているのでしょうか？まだ探検されるのを待つ、より深い未知の領域が隠れているのでしょうか？おそらく、これらの探検の過程で、ビットコインのレイヤー2プロトコルRGBは静かに時を待ち、徐々に成熟し、既存の技術の限界に挑戦し、輝かしい光を放つのです。

ビットコイン:貨幣層としての地位を確立する

Web3とWeb2の最大の違いは、その内蔵された経済システムにあり、あらゆる経済システムは通貨を基盤としており、通貨層の上にはプロトコル層とアプリケーション層があります。Web3の通貨は暗号通貨(CryptoCurrency)と呼ばれ、ブロックチェーンを通じて発行されます。

以下のいくつかの重要な要因により、ビットコインは最も安全で安定した暗号通貨として認識されており、ビットコインの価値は世界的な合意を得ています:

まず、ビットコインネットワークは世界中に広がっており、1万を超えるフルノードを持ち、これらのノードは協力して取引を検証し記録します。この分散性により、攻撃者が取引履歴を改ざんすることが難しくなります。次に、ビットコインは強力なハッシュ計算能力を作業証明メカニズムとして採用しており、ネットワークの安全性の基盤となっています。ブロックの検証やマイニングにおいて、大量の計算能力を消費するため、攻撃者がネットワークを制御することが困難になります。さらに、ビットコインのコンセンサスルールは歴史的に重大な変化を経験しておらず、この安定性はネットワークの一貫性と安全性を維持するのに役立っています。他のブロックチェーンプロジェクトに比べて、ビットコインのコンセンサスルールは過激な変更を受けにくいです。ビットコインコミュニティはネットワークの安全性と安定性に非常に関心を持ち、コアプロトコルの安全性に焦点を当てています。コアプロトコルの修正は慎重な議論とテストを経て行われ、ネットワークの安定性が確保されます。総じて、ビットコインは多くのブロックチェーンの中で最も安全で安定していると公認されており、卓越した分散性、コンセンサスメカニズム、安定性、そしてコミュニティの関心により、Web3通貨レイヤーの優先選択肢となっています。

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安全と簡潔さを両立させるビットコインスクリプト

ビットコインはWeb3世界の基礎通貨層として重要な役割を果たしており、核心プロトコルは慎重な議論とテストを経て段階的に進化しています。特に注目すべきはそのスクリプトシステムの発展です。ビットコインスクリプト言語の初衷は安全性を確保し、潜在的なリスクを回避することであるため、設計上機能を意図的に制限し、同時にチップ命令セットに似た簡潔さと安全性を維持しています。ビットコインスクリプトは逆ポーランド表記法に基づく、スタックベースの実行言語です。このスクリプトは限られたハードウェア上で実行されることを目的としています。

ビットコイン主流ノードコードの中で、開発者は実行可能なスクリプトタイプにいくつかの制限を設け、"標準スクリプト"と呼ばれるいくつかのタイプの取引のみが実行されることを許可しています。その中で最も重要なのはP2SH (Pay to Script Hash)取引で、実際には任意のビットコインスクリプトが実行されることを許可しており、これによりビットコイン上で一定の複雑な機能を持つスクリプトを実行することが可能になりました。例えば、ライトニングネットワークは、小額高頻度ビットコイン決済の事実上の標準となっています。

Schnorr署名とTaprootソフトフォークの導入により、ビットコインは重要な一歩を踏み出し、重要なマイルストーンを示しました。これにより、ビットコインは第2層プロトコルの発展をより良くサポートできるようになり、将来のWeb3の世界における役割をさらに高めました。

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Schnorr SignatureとTaprootに焦点を当てる

Schnorr署名とTaprootの背後には、一連の技術革新が存在し、ビットコインに新たな機会を創出しています。まず、Taprootはより柔軟な支払いチャネルを導入し、さまざまな取引タイプをよりプライバシー保護された方法でチェーン上で実行できるようにしました。複雑なマルチ署名スクリプトを単一のスクリプトに隠すことにより、Taprootはさまざまな複雑な取引を通常の単独支払いのように見せ、プライバシーと安全性を向上させます。Schnorr署名の導入により、ビットコインネットワークの取引はよりコンパクトになり、取引手数料が削減され、スケーラビリティが向上し、Web3の世界の効率的な取引要求と緊密に結びついています。

この二つの革新は、ビットコインの性能とプライバシーを向上させるだけでなく、エコシステムにさらなる革新の可能性をもたらします。より効率的なスクリプトと署名技術は、クロスチェーン操作、ライトニングネットワークの拡張、そして複雑なスマートコントラクトをサポートします。これによりビットコインはWeb3の核心に再焦点を当て、より安全で効率的な分散型金融とアプリケーションエコシステムの構築への道を開きます。

シュノールの署名の影響

ビットコインプロトコルの初期設計段階で、中本聡は署名アルゴリズムの多方面の要素を総合的に考慮する必要がありました。これには署名の長さ、オープンソース性、特許問題、安全検証時間、パフォーマンスなどが含まれます。最終的に、彼は楕円曲線デジタル署名アルゴリズム(ECDSA)を選択し、特定の楕円曲線secp256k1を選びました。これはこのアルゴリズムのパフォーマンスと安全性に基づいています。しかし、ECDSAの他にも条件を満たすデジタル署名アルゴリズムは存在し、特にシュノール署名があります。中本聡がこのアルゴリズムを採用しなかった理由は、シュノール署名の特許がビットコインの誕生年にはまだ期限が切れていなかったからかもしれません。ドイツの数学者および暗号学者クラウス・ピーター・シュノールは1990年に関連特許を申請し、取得しました。したがって、特許の有効期限内はオープンソースコミュニティがこの技術を採用することはできませんでした。そうでなければ、中本聡は初版ビットコインプロトコルにこの署名メカニズムを採用できたかもしれません。

ECDSAと比較して、Schnorr Signatureはビットコインの署名の本質により適しています。性能が優れているだけでなく、署名の長さも短く、線形特性を備えているため、鍵の集約が簡単になり、マルチ署名に必要な特別な技術はもはや必要ありません。この線形特性は理解しやすく、参加者の鍵が単純なメカニズムを通じて集約され、新しい鍵を形成します。集約メカニズムにはさまざまな方法があり、例えばBlockstreamが提案したMuSigや更新版のMuSig2があります。MuSig2のスキームでは、複数の署名がそれぞれの秘密鍵から1つの集約公開鍵を生成し、その後、その公開鍵のために有効な署名を共同で生成します。これにより、インタラクションのラウンド数が元の3ラウンド(MuSig)からわずか2ラウンドに最適化されます。

したがって、2-3のマルチシグ取引を見てみると、従来の方法では3つの公開鍵と2つの署名が必要で、取引を開始することができます。

そして、Schnorr Signature のシナリオでは、オンチェーン取引は1つの集約された公開鍵と1つの署名のみで済むため、取引バイト数が大幅に削減され、送金コストも低下します。

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Taprootスクリプトの革新

Taprootは、ビットコインの取引アドレスを使用および解析する方法を規定することを目的とした革新的なビットコインスクリプト構造です。Taprootのインスピレーションは、ビットコイン開発者によるメルクル抽象構文木(MAST)の研究から得られたものであり、したがってTaprootはMASTの特別な実装と見なすことができます。Taprootを使用することで、複数の異なるブランチスクリプトを持つビットコインUTXOが支出される際に、1つのブランチのみを公開し、残りのブランチはブロックチェーンに永遠に表示されないため、取引のプライバシーと効率が大幅に向上します。この技術により、より安全な前提の下で複雑なスクリプトの使用がより便利で効率的になります。

ビットコインプロトコルでは、"ロックスクリプト"(の出力スクリプト)がビットコイン(のUTXO)を受け取る条件を定めており、"アンロックスクリプト"(の入力スクリプト)はビットコイン(のUTXO)を使用する方法を定めています。前者は一つの鍵として見なされ、後者はそれに対応する鍵です。隔離証明(SegWit)のアップグレードにおいて、ビットコインのスクリプトルールは全面的にアップグレードされました。新たに二つのスクリプトルール、すなわちP2WPKH(はウィットネス公開鍵ハッシュ)に、P2WSH(はウィットネススクリプトハッシュ)に支払うためのものが導入され、これによりbc1で始まるアドレスが利用できるようになりました。P2WPKHは主に通常のアドレスに使用され、P2WSHは一般的にマルチシグネチャアドレスに使用されます。

隔離証明のアップグレードでは、スクリプトにバージョン番号の概念が導入され、以前の隔離証明ルールは V0 バージョンとしてマークされました。そして、Taproot は隔離証明フレームワークにさらなるアップグレードを行い、バージョン番号は V1 に更新され、これが BIP 341 の "SegWit V1" タイトルの由来です。したがって、この新しいスクリプトルールは P2TR( Taproot) に支払うためのものであり、P2WPKH および P2WSH と対応しています。

さらに、Schnorr SignatureとTaprootを組み合わせることで、多重署名(の構築方法は非常に多様です。ビットコインコミュニティの先駆者であるSteve Leeは、彼の講演で、門限署名やMusigツリー)Musig Keytree(など、さまざまな方法を紹介しました。

例えば、取引所のホットウォレットに関しては、2-3のマルチシグプランを使用することができ、3つの秘密鍵が関与します: 取引所の秘密鍵、信頼できる第三者の秘密鍵、そしてコールドウォレットのバックアップ秘密鍵です。しきい値署名において、複数の署名者はMuSigメカニズムを通じて受取アドレスを事前に構築します。実際の取引時には、2つの署名を集約するだけで、取引を完了できます。

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LNP/BP:"ビットコインプロトコル/ライトニングネットワークプロトコル"の成熟

前文では、ビットコインネットワークがSchnorr署名とTaprootソフトフォークアップグレードを導入することで示した先見性について深く掘り下げました。一方で、テクノロジーの奇跡が止まることなく、LNP/BP標準協会は裏で静かに努力しており、まるで精緻に彫刻された芸術品のようにビットコインエコシステムにさらなる革新の可能性をもたらしています。LNP/BPコードベースは、ビットコインの第二層以上の標準とベストプラクティスをカバーしており、ビットコインブロックチェーンレベルでのソフトフォークやハードフォークを必要とせず、また、ライトニングネットワークRFC)BOLTs(がカバーする内容とは直接的な関連はありません。要するに、LNP/BP標準はビットコイン取引に関連するすべての内容を網羅し、第二層以上のソリューションの基本的な構築モジュールを定義し、これらのモジュールに基づいて構築された複雑なユースケースを説明しています。これは、金融資産、ストレージ、メッセージング、計算などの分野、そしてビットコインのセキュリティモデルとビットコインを支払い手段/交換媒体として利用する二次市場に可能性を提供します。

ここでは、Web3の未来に重要な影響を与えるいくつかの重要なポイントについて紹介します。たとえば、状態チャネルの重要な段階の取引、いくつかの重要なプロトコルと技術: 双方向チャネル)、PTLC、eltoo、チャネルファクトリー(、離散対数契約)、高頻度マイクロペイメント(、Sphinxなどです。

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) ステートチャンネル同段階取引概要

**注資取引(Funding Transactions)：**注資取引は、ライトニングネットワーク内で支払いチャネルを作成するための初期取引です。それは、関係者の資金をマルチシグアドレスに集め、支払いチャネルの担保として機能します。注資取引は、参加者が支払いチャネル上でオフチェーン取引を開始する前に、一定の資金をコミットしていることを保証します。注資取引は、支払いチャネルを作成するための第一歩です、