前の記事で、「ライトニングネットワークの仕組み（2）「われわれはビットコインのライトニングネットワークの動作原理を調査しました。ライトニングネットワークは、個々の支払いチャネルを広範な相互接続支払いネットワークに接続するように慎重に設計された支払いチャネルシステムです。これにより、直接リンクされていない当事者間で、HTLCやPTLCなどの契約によってルートのセキュリティを確保しながら、多段ルーティングを介してお互いに支払いを行うことが可能となります。」

数年の開発と技術、ユーザーエクスペリエンスの大幅な進歩にも関わらず、ライトニングネットワークはまだ大規模な採用レベルに達していないという現実に直面しなければなりません。本日の記事では、ライトニングネットワークが現在直面している重要な課題である流動性の問題に焦点を当てます。この課題は、ネットワーク全体の流動性の不足と流動性の分配の問題の2つの側面にさらに分けることができます。

全体的なネットワーク流動性不足

Mempoolの最新の統計によると、Bitcoin Lightning Networkは現在12,389のノードと48,000の支払いチャネルを持ち、総チャネル容量は5,311.8 BTCです。

The Lightning NetworkはP2Pの流動性ネットワークであり、真の大規模な採用を実現するには、ノードの数、支払いチャネル、および全体のチャネル容量を数百、あるいは数千倍に増やす必要があります。では、どのようにしてもっと多くのノードをネットワークに参加させることができるのでしょうか？

まず、技術的なバックグラウンドを持たないユーザーがライトニングネットワークノードを実行できるように、ライトニングネットワークノードの設定と維持の障壁を下げることが重要です。ビットコインエコシステムのいくつかのチームは、Umbrelのハードウェアボックスなどのプラグアンドプレイのハードウェアソリューションをすでに導入しており、これによりビットコインライトニングネットワークノードを実行できます。同様に、Fi5Boxはビットコインライトニングネットワークをサポートするだけでなく、CKBのFiber Networkなど他のネットワークのノードを実行できるようにしています。これらのデバイスは、ユーザーにメンテナンスフリーのノードソリューションを提供しています。

第二に、追加のインセンティブメカニズムを導入することは、ライトニングネットワークにおいてポジティブなフィードバックループを作成するための鍵です。ライトニングネットワーク上で支払いチャネルが開かれると、資金がロックされます。例えば、アリスがライトニングサービスプロバイダ（LSP）として機能し、100人とチャネルを開き、チャネルごとに1BTCを割り当てたい場合、100BTCをロックする必要があります。これらの資金は動いているときにのみ収益を生み出します。アイドルな資金は収益を生みません。これは、ライトニングネットワークノードの主な収入源が取引手数料であるためです。取引手数料は通常、「ベース料金+ Satoshiあたりの手数料率」として計算されます。ベース料金は取引のサイズに関係なく、各取引に課金される固定額であり、手数料率は取引のSatoshiごとに課金される割合です。

Mempoolの統計によると、Bitcoin Lightning Networkの現在の平均基本手数料は950mSat（0.95 sat）であり、平均手数料率は764ppm（0.000764 Sat per satoshi）です。これは、10,000 satoshis（0.0001 BTC、現在の価値約$6.50）の取引に対して、ルーティングノードが手数料として9 satoshis未満を得ることを意味します。さらに、Lightning Network上の取引量はまだ比較的低く、多くの取引はルーティングノードを必要としません（関係する2つの当事者が直接の支払いチャネルを持っているため）。その結果、BTCを保有し投資収益を求める人々は、主に取引手数料を得るためにBTCをLightning Networkにロックすることを選択していません。代わりに、彼らはBTCを取引所で貸し出したり、ステーキング/リステーキングの機会を提供する新興プロジェクトに参加することを好むです。

より多くの人がライトニングネットワークノードを運営したり、LSPになったりすることを奨励するために追加のインセンティブメカニズムを導入し、より多くのBTC保有者が報酬を得るためにBTCをライトニングネットワークに預ける動機付けになれば、ネットワークの流動性不足の問題は解決される可能性があります。ライトニングネットワークがよりユーザーフレンドリーになるにつれて、さらに多くのユーザーを引き付け、トランザクションの増加につながり、ルーティングノードの手数料収入が増加し、より多くの人々がLSPになることが促進されます。これにより、ライトニングネットワークは最終的に正のフィードバックループに陥ります。

現在、ビットコインエコシステムでは、UTXOスタックがライトニングネットワークのステーキングレイヤーへの移行を発表しました。分散型ステーキングプロトコルを通じて、ライトニングネットワークにより良い流動性と改善された利回りモデルを提供することを目的としています。さらに、UTXOスタックは、ユーザーがBTCをステーキングすることを奨励し、ライトニングネットワークの支払いチャネルの流動性を高めるためのトークンインセンティブメカニズムを導入します。

Liquidity Distribution Issue

全体的な流動性不足が解消されたとしても、この流動性を効果的に配分することは依然として課題です。

例を挙げて、AliceがルーティングノードBobを介してCarolに支払いを行う場合を考えてみましょう。最初に、AliceとCarolのチャネルにはそれぞれ20,000サトシがあり、Bobの各チャネルには10,000サトシがあります。いくつかの取引の後、チャネル内の残高分布は次のようになる場合があります（簡単のため、Bobが集めたルーティング手数料は考慮していません）。

もしアリスとキャロルが将来も取引を続ける場合、アリスがキャロルにさらなる支払いをする必要がある場合、どのように対処できますか？ ボブはもはや支払いをルーティングできません（ボブはキャロルとのチャネルに十分な資金がないため、彼女にお金を送金することができません）。 この場合、ボブは自分のチャネルを再バランスする必要があります。

このシナリオは、ライトニングネットワークのルーティングノードにとって非常に一般的です。ノードオペレーターは、自分のチャンネル間で流動性を常にバランスさせなければなりません。チャンネルに資金がなければ支払いを送ることはできません。すべての資金が自分の側にある場合、支払いを受け取ることはできません。

上記の例では、BobとCarolの間のチャネルを閉じて新しいものを開くという選択肢があります。しかし、このアプローチはコスト効果がありません。なぜなら、チャネルの閉鎖と開設の両方にはオンチェーンのトランザクションが必要であり、ビットコインのマイナー手数料が発生するからです。ライトニングネットワークの主な目標は、オンチェーンの操作を減らし、可能な限り多くのトランザクションをオフチェーンのチャネルに移すことです。もしライトニングネットワークで毎日何百万ものチャネルが開設・閉鎖された場合、ビットコインのブロックチェーンは混雑し、マイナー手数料が高騰するでしょう。

これに対処するために、Bitcoinコミュニティは流動性分配の問題を解決するためにいくつかの革新的な解決策を提案しています。

サブマリンスワップ（サブマリンスワップ）

Submarine Swapとは、ユーザーがライトニングネットワーク内の取引所サービスにBTCを送信することを可能にします。その代わりに、取引所サービスは指定されたビットコインブロックチェーン上の受信アドレスに同等のBTCを送信するか、その逆の操作ができます：ユーザーはオンチェーンのBTCを取引所サービスに送信し、取引所サービスはその後、チャネルから指定された受信ノードにBTCを送信します。このプロセスは取引所サービスを介して行われますが、HTLC（ハッシュタイムロックされた契約）のおかげで完全に信頼性があります。

サブマリンスワップは、ピアスワップチャネルバランス調整プロトコルなど、多くの後続のイノベーションにもインスピレーションを与えました。これにより、ユーザーはチャネルの相手と直接サブマリンスワップを実行することができます。上記の例では、キャロルは交換サービスとして機能することができます。ボブはオンチェーンのBTCをキャロルに送金し、その代わりに、キャロルはチャネルからボブにBTCの同等額を支払います。

具体的には、プロセスは次のように機能します:

1. Bobは秘密の値R（逆像）とそのハッシュHを生成します。
2. Bobは、ハッシュHを使用してビットコインブロックチェーン上にHTLCを作成し、5ブロック以内に秘密のRを明らかにできる場合、Carolに10,000サトシを支払います。それ以外の場合、資金はBobに戻ります。
3. Carolは、同じハッシュHを使用して、Bobとの支払いチャネルでHTLCを作成します：彼は4ブロック内に秘密のRを公開できれば、チャネルからBobに10,000サトシを支払います。それ以外の場合、資金はCarolに戻ります（簡単のため、取引所によって請求されるサービス手数料については考慮していません）。
4. Bobは秘密のRを使用して、チャネル内のHTLCを解除し、10000サトシを取得します。
5. Bobが資金を引き出した後、Carolも秘密のRを知っており、それを使用してBitcoinブロックチェーン上のHTLCを解除して10,000 satoshisを引き出します。

チャネルを閉じて新しいものを開くと比較して、Submarine Swapはオンチェーンのトランザクションが1つだけで済むため、経済的で完全に信頼性があります。

スプライシング

チャネル分割は、ノードがチャネルを閉じて新しいチャネルを1つのトランザクションで開くことにより、チャネルにロックされたバランスを変更するオンチェーンリバランス手法です。このプロセスを通じてノードがより多くの資金をロックすると、「スプライスイン」と呼ばれ、ロックされた資金を減らす場合は「スプライスアウト」と呼ばれます。上記の例では、ボブとキャロルの間のチャネルをチャネル分割を通じて拡張することができます。

チャネルのスプライシングは、チャネルを閉じて再度開くために2つのトランザクションを使用するよりもはるかに便利です。ただし、ネットワーク全体にトランザクションをブロードキャストし、オンチェーンのマイナー手数料を支払い、トランザクションが確認されるのを待つ必要があります。

マルチパスペイメント（MPP）

マルチパス支払いは、支払いを複数のパートに分割し、それらを同時に保持するか、異なるチャネルを経由してルーティングすることができます。例えば、もしアリスがキャロルに10,000サトシを支払う必要があり、ボブが支払いをルーティングできなくなった場合、アリスはルーティングノードのデビッドを介して6,000サトシをキャロルに支払い、ルーティングノードのエヴァを介して4,000サトシを支払うことができます。これにより、アリスの10,000サトシの支払いをマルチパス支払いを使用して完了することができます。

マルチパス支払い技術の本来の意図は、単一の経路支払いの制限を克服し、支払いを小さな部分に分割することで大きな支払いを提供することです。たとえば、1 BTCのライトニングネットワーク取引は、それぞれ0.01 BTCの100の取引に分割されることができます。マルチパス支払いは、ネットワークの分散化と取引のプライバシーに利益をもたらします。セキュリティの観点から、アトミックマルチパス支払い（AMP）技術は、1つの経路が支払いを完了できない場合、すべての支払いが失敗するため、混乱や詐欺を防ぎます。

また、ライトニングネットワークでは、大きな取引もワンボチャネルを介して完了することができます。ワンボチャネルは、通常のライトニングチャネルが保持できるビットコインの金額の制限（0.1667 BTC）を取り除き、ノードがより高いチャネル容量を持ち、それによってより大きな取引をサポートすることができます。

結論

流動性は、ライトニングネットワークの開発を制約する主要な要素の一つです。ライトニングネットワークノードの設定と維持の障壁を下げ、追加のインセンティブメカニズムを導入することで、ネットワークは不十分な流動性の問題に対処することができます。サブマリンスワップ、チャネルスプライシング、マルチパスペイメントなどのソリューションも、ネットワーク内の流動性分布に対処するのに役立ちます。

これらの解決策に加えて、ビットコインコミュニティはネットワークの流動性を最適化するための他の戦略を提案しています。これには、ライトニングプール（チャネルレンタルオークションマーケット）、流動性広告（チャネルレンタルスキーム）、ループペイメント（ノードが支払いチャネルで形成されるループを介して自身に支払いを行い、オフチェーンのリバランスを実現する）などがあります。

流動性管理は、間違いなくライトニングネットワークにとって複雑な作業です。しかし、継続的な技術の進歩とコミュニティの取り組みにより、これらの流動性の課題は最終的に解決されると信じる理由があります。

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