Fiberについて

Fiber Networkは、Nervos CKB上に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す。オフチェーンチャネル技術を利用して、高速で低コストなマルチ通貨決済やピアツーピア取引を実現しています。ネットワークはRGB++資産をサポートし、ユーザーが異なるデジタル資産を即座に取引できる分散型で高速で低コストな支払いソリューションを提供しています。チャネルが閉じるときのみオンチェーン決済が行われ、高いセキュリティとプライバシー保護が確保されています。

また、Fiber Networkはビットコインのライトニングネットワークとの相互運用が可能に設計されており、両ネットワーク間でのシームレスな資産転送が可能となります。これにより、ユーザーの支払いオプションとネットワークカバレッジが拡大します。Fiber Networkはこれらの技術を通じて、ビットコインエコシステムにより高い取引効率と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

ビットコインの創設以来、ブロックチェーン技術はスマートコントラクト、DeFi、およびNFTといった領域をカバーするように進化してきましたが、スケーラビリティとトランザクションの速度には課題が残っています。これらの問題に対処するため、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、ライトニングネットワークはオフチェーンのトランザクションと支払いチャネルを利用して、高速かつ低コストなマイクロペイメントを実現しています。

Nervos CKBは、革新的なブロックチェーンプラットフォームとして、そのユニークな設計を通じてビットコインのスケーラビリティと相互運用性を強化します。ファイバーネットワークプロジェクトは、CKBの強みを活用し、ライトニングネットワークの経験を統合して、高速、低コスト、分散型、マルチアセット、リアルタイム決済ネットワークを構築します。大規模なユーザーの需要をサポートし、取引手数料を削減し、第2レベルの支払い確認を提供し、チェーン間の相互運用性を備えたマルチアセット支払いを提供します。

ソース:BitcoinVisuals

技術原則

Fiber Networkのアーキテクチャには、オフチェーンの支払いチャネル、オンチェーンの契約、マルチホップルーティング、および監視サービスなどのコアモジュールが含まれています。

支払いチャネル

支払いチャネル技術の核心のアイデアは、トランザクションプロセスをブロックチェーンから移動し、最終状態の更新が必要な時にのみブロックチェーンとやり取りすることです。

オフチェーン支払いチャネルは、Fiber Networkのバックボーンです。この仕組みにより、オフチェーンで複数の取引が行われ、チャネルが閉じられる際にのみオンチェーンの決済が必要となります。このメカニズムにより、ビットコインなどのメインチェーンのパフォーマンス制限をバイパスし、迅速なオフチェーン取引を可能にし、オンチェーン取引の数を大幅に削減し、スピードを向上させ、手数料を低減させます。

一般的なワークフローは次のようになります:

• チャネルの作成：2人のユーザーがチェーン上で支払いチャネルを開き、一定額のCKBまたはRGB++資産をロックします。
• オフチェーン取引：チャネルが開いている間、両当事者は自由に取引することができ、更新を即座にオンチェーンでブロードキャストすることなく、各交換でチャネルの状態を更新します。
• チャネルの終了：いずれかの当事者がチャネルを終了することを決定した場合、最終状態は決済のためにブロックチェーンにブロードキャストされ、両当事者の残高が確認されます。

例として、アリスとボブを考えてみましょう。彼らはブロックチェーン上でマルチシグ（マルチシグネチャ）アカウントを作成し、それぞれ100単位の資金を預けて支払いチャネルを開きます。このチャネル内では、アリスとボブは自由に複数の取引を行うことができます。チャネルを閉じることを決めたとき、彼らの最終的な残高はブロックチェーン上で更新されます。

一連の取引の後、アリスとボブの残高はそれぞれ70ユニットと130ユニットになるとします。どちらかの当事者がチャネルを閉じたい場合、最終残高をブロックチェーンに送信して決済を完了させることができます。このプロセスは簡単に見えるかもしれませんが、取引のセキュリティと両当事者の完全性を保証するために複雑なメカニズムが関与しています。

潜在的な詐欺を防ぐために、例えばBobが古いトランザクションの状態でシステムを欺こうとすることを防ぐために、支払いチャネルでは「コミットメントトランザクション」と「取り消しキー」という2つの重要な概念を使用します。各トランザクションの後、両者は現在のチャネルの残高を反映した新しいコミットメントトランザクションのペアを作成します。これらのトランザクションは非対称であり、各当事者に異なるアンロック条件があり、堅牢なチェックアンドバランスメカニズムを提供します。

もしボブが古いコミットメントトランザクションを提出しようとすると、アリスは取り消しキーを使用してボブを罰することができ、彼の資金を引き出すことができます。この仕組みにより、二重支払いの試みが罰せられ、支払いチャネルの整合性が維持されます。

Fiber Networkは、CKB上に実装されており、このプロセスをさらに最適化しています。Bitcoin Lightning Networkと比較して、FiberはCKB、BTC、およびRGB++ステーブルコインなど、複数の資産をネイティブサポートしており、単なるBitcoinだけではありません。さらに、FiberはLayer 1のCKBメインネットに依存しているため、チャネルを開く際の取引手数料が大幅に低くなっており、ユーザーエクスペリエンスにおいてFiber Networkには明確な利点があります。この仕組みを通じて、Fiber Networkは高速で低コスト、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。

ソース：Nervos

WatchTower

WatchTowerは、Fiber NetworkとBitcoin Lightning Networkの重要なコンポーネントであり、24時間体制のセキュリティガードとして機能します。支払いチャネルでは、参加者は常に互いを監視して、古いコミットメントトランザクションがブロックチェーンに送信されるのを防止する必要があります。しかし、ユーザーは常にオンラインになっているわけではないため、WatchTowerの設計は不可欠です。

WatchTowerの主な機能は、ユーザーに代わってオンチェーンアクティビティを監視することです。誰かが古いコミットメントトランザクションを送信したことを検出すると、チャネルと資金の安全性を確保するために直ちに行動します。具体的には、アリスまたはボブは、対応するペナルティトランザクションを事前に構築し(失効キーを使用して古いトランザクションを処理し、自分自身を受益者として宣言します)、ペナルティトランザクションの平文をWatchTowerに送信できます。ものみの塔は、古い取引が提出されたことを検出すると、罰則を執行するためにペナルティ取引を速やかに提出します。

ユーザーのプライバシーを保護するために、ファイバーネットワークは、ユーザーが古いコミットメントトランザクションのハッシュとペナルティトランザクションの平文をWatchTowerに送信することのみを要求します。このように、WatchTowerは最初にコミットメントトランザクションの特定の内容を知らず、そのハッシュのみを認識します。誰かが古いコミットメントトランザクションをオンチェーンで送信しない限り、WatchTowerは平文を表示せず、必要な場合にのみペナルティトランザクションを送信します。この設計により、不正行為が発生しない限り、WatchTower は通常、チャネル参加者のトランザクション履歴を表示せず、その場合でも、特定のトランザクションを 1 つだけ表示します。

従来のビットコインライトニングネットワークと比較して、ファイバーネットワークはものみの塔の設計を最適化します。ビットコインライトニングネットワークでは、失効キーに関連付けられたペナルティメカニズムは「LNペナルティ」として知られています。ただし、すべての古いコミットメントトランザクションハッシュと対応する失効キーをものみの塔に保存する必要があるなどの欠点があり、大量のストレージ需要につながります。ファイバーネットワークは、単一の失効キーを複数の古いコミットメントトランザクションに適用できるようにすることで失効キーの設計を強化し、WatchTowerとユーザークライアントの両方のストレージ負荷を大幅に軽減するDaricプロトコルを実装することで、これを改善します。

BitcoinのライトニングネットワークとFiber Networkの両方で、WatchTowerはセキュリティモニターとして機能し、ユーザーの資金をオフラインの際に保護します。AliceとBobが支払いチャネルを開いたと仮定して、この仕組みをより良く理解しましょう。彼らはお互いに即座に取引を行うことができますが、ブロックチェーンにすべての取引を記入する必要はありません。しかし、この仕組みにはリスクが伴います。どちらかの当事者が過去のコミットメント取引を提出し、不当に資金を盗もうとする可能性があります。

例えば、アリスとボブが取引を完了すると、最新の状態を反映するために新しいコミットメントトランザクションを生成します。しかし、ボブが悪意を持って古いコミットメントトランザクションを提出し、すでに置き換えられて無効になっている場合、アリスの前の残高に基づいて不当な利益を得ようとするかもしれません。アリスはオフラインの場合、ボブの悪意のある行動にすぐに気づかないかもしれません。

ここで、WatchTowerが重要になります。アリスは関連するペナルティトランザクションの平文とそのハッシュをWatchTowerに事前に送信することができます。ボブが古いトランザクションを送信しようとすると、WatchTowerはすぐにそれを認識し、事前に構築されたペナルティトランザクションを送信します。その結果、ボブは資金を盗む試みに失敗するだけでなく、罰せられ、アリスは補償を受け取ります。

このプロセスにより、ウォッチタワーはアリスの利益を守りながら、彼女が支払いチャネルを常に監視する必要性を軽減します。

ソース：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、ブロックチェーン支払いネットワークの中心的なメカニズムであり、安全で柔軟なバリュートランスファーを可能にします。

• マルチホップルーティングは、送信者と受信者の間に直接の支払いチャネルがなくても、複数の中間ノードを介して資金を送信することを可能にします。これにより、より広範なネットワークカバレッジと柔軟性が確保されます。
• HTLC（ハッシュタイムロック契約）は、各中間ノードが指定された時間内に正しいキーを提供してトランザクションを完了させ、悪意のある当事者が資金を保留するのを防ぎます。トランザクションが時間内に完了しない場合、自動的にキャンセルされ、資金は送信者に返されます。
• PTLC（Point Time-Locked Contract）は、HTLCのプライバシー強化版です。各ノードで異なるキーを使用してトランザクションをアンロックし、外部からのトランザクションパスの推論を防ぎ、ユーザーのプライバシーを向上させます。

マルチホップルーティングをHTLC/PTLCと組み合わせることで、Fiber Networkの柔軟性、セキュリティ、プライバシーが向上します。マルチホップルーティングにより、ユーザー間に直接の支払いチャネルが存在しない場合でも、公共のネットワーク構造とDijkstraの最短経路アルゴリズムを使用して、効率的なトランザクションのための最適な転送ルートを見つけることができます。

HTLCは時間とハッシュロックを使用して、中間ノードが取引を時間内に完了することを保証し、それ以外の場合は資金が返され、悪意のある行動を防止します。PTLCはさらにプライバシーを強化し、各ノードで異なるキーを使用することにより、トランザクションのパスの公開を防止します。

この組み合わせにより、ネットワークカバレッジが拡大し、同時に安全でプライバシーが保護されたトランザクションが実現され、置換攻撃ループなどの従来のライトニングネットワークの脆弱性が解決されます。したがって、Fiber Networkはより安全かつ効率的な支払いシステムです。

アリスが100単位をダニエルに転送したいとしますが、直接の支払いチャネルがない場合もあります。マルチホップルーティングおよびFiberネットワークのHTLC/PTLCを使用することで、アリスは中間ノードに頼って取引を完了することができます。

例えば、アリスはボブとのチャネルを持ち、ボブはキャロルとのチャネルを持ち、キャロルはダニエルとのチャネルを持っています。マルチホップルーティングを使用すると、Fiberは最適なルートを見つけるためにダイクストラの最短経路アルゴリズムを適用します：アリス→ボブ→キャロル→ダニエル。その後、アリスはHTLC（ハッシュタイムロック付き契約）を介して条件付きトランザクションを作成し、30分以内にボブが資金を請求するためのキー「R」を提供するよう要求します。ボブはキャロルと同様のHTLCを作成し、彼女がキーを提供するための25分を与えます。最後に、キャロルはダニエルとHTLCを設定し、彼に20分以内にキー「R」を提出するよう要求します。

ダニエルは自分が鍵 R を持っていることを知っているので、割り当てられた時間内に鍵を提出し、キャロルから 100 単位を受け取ります。鍵を受け取ったキャロルは、必要な時間内にそれをボブに渡し、ボブはそれをアリスに渡し、トランザクションを完了します。ボブとキャロルはそれぞれ取引手数料を獲得し、アリスはダニエルに100ユニットを譲渡することに成功しました。このプロセス中、PTLC(Point Time-Locked Contracts)は、各ホップが独立したキーを使用するようにすることで、プライバシーを強化します。これにより、Bob と Carol は完全なトランザクション パスに気付かず、Alice と Daniel の関係を推測できず、両者のプライバシーが保護されます。

Fiber Networkは、Dijkstraのアルゴリズムを介してトランザクションのセキュリティを確保し、迅速で費用対効果の高い完了を可能にします。さらに、Fiberのストレージ最適化により、HTLC / PTLCの実装を強化し、ネットワークのストレージ要件を大幅に削減し、全体的なパフォーマンスを向上させます。

クロスドメインアトミックペイメント

FiberとBitcoin Lightning NetworkはHTLC（Hashed Time-Locked Contract）とPTLC（Point Time-Locked Contracts）を介してクロスドメインの支払いをサポートし、すべての支払い手順が成功するか失敗するかのいずれかであることを保証する原子性を確保します。これにより部分的な失敗を防ぎ、ユーザーの資産の安全を確保します。

この設計により、FiberとBitcoin Lightning Networkの間でシームレスな相互運用性が実現され、ユーザーは両方のネットワーク間で資金を送受信することができます。たとえば、ユーザーはFiberからBitcoin Lightning Networkのユーザーに支払いを送信したり、Fiberを介してCKBやRGB++の資産をBitcoinに交換したりすることができます。

プロセスの動作方法は次のとおりです：アリスがファイバーネットワークからビットコインライトニングネットワーク上にいるボブにCKBを転送したいとします。彼女は、両方のネットワークでノードを運営しているクロスドメインの仲介者であるイングリッドを介してこれを行うことができます。イングリッドは、両方のネットワーク間のブリッジとして機能します。アリスはCKBをイングリッドに支払い、イングリッドはボブにビットコインを送金します。

例えば、Bobが1 BTCを受け取りたい場合、AliceとIngridは1 BTCに対して1.1 CKBの交換レートで合意します。AliceはIngridに0.1 CKBの手数料を含む1.1 CKBを送金します。Ingridはその後、Bitcoin Lightning Networkを通じて1 BTCをBobに送金します。HTLCを使用することで、取引は保護されます—Ingridは支払いを完了するためにBobの鍵Rを知っていなければなりません。これにより、Aliceの資金が取引中に失われることはありません。クロスネットワークの転送を安全に行う方法が提供されます。

アプリケーションシナリオ

Nervos CKBに構築されたFiber Networkは、クロスチェーンペイメント、クロスチェーン流動性マイニング、クロスチェーンレンディング、分散型取引所（DEX）など、暗号通貨業界の中核ビジネスモデルにおいて大きな潜在能力を示しています。ネットワークの技術設計は、これらのシナリオで効率的で安全な運用の基盤を提供しています。

クロスチェーンペイメント

クロスチェーン支払いは、Fiber Networkの主要なユースケースです。オフチェーンの支払いチャネルとHTLC契約を活用することで、Fiberは高速で低コストな多通貨のクロスチェーン支払いを実現します。ユーザーは中間業者や第三者の信頼なしに、ビットコインと他のネットワーク（例：Nervos CKB）間で資産を即時に転送することができます。

例えば、ユーザーAは、ビットコインネットワークからファイバーを介してユーザーBにCKBやその他のサポートされているRGB++アセットを転送することができます。技術的には、HTLC契約は安全な実行を保証します：ユーザーAは資金をロックし、取引を開始し、ユーザーBは正しいハッシュプリイメージを提供することで資金をアンロックします。ユーザーBが所定の時間内にこれを行わない場合、資金は自動的にユーザーAに返されます。ファイバーのビットコイン・ライトニング・ネットワークとの相互運用性は、支払いカバレッジをさらに拡大し、より多くのアセットタイプをサポートし、より高い柔軟性を提供しています。

ソース:Nervos

クロスチェーン流動性マイニング

Fiberのクロスチェーンチャネルとマルチホップルーティングを使用することで、ユーザーは複数のネットワークアセットに対して流動性を提供し、報酬を獲得することができます。

例えば、ユーザーはFiberの支払いチャネル内でビットコインをロックして、ミームコインや他のトークンの流動性を提供することができます。これにより、クロスチェーンの発行や取引が容易になります。オフチェーンの支払いチャネルを使用することで、流動性プロバイダーは頻繁なオンチェーン操作なしでチャネルの状態を更新でき、トランザクションコストを削減し、流動性効率を向上させることができます。FiberのWatchTowerサービスは、リアルタイムでチャネルを監視し、古いチャネルの状態を悪用する悪意のある行為者を防止するセキュリティを提供します。

クロスチェーンアトミックレンディング

Fiberのクロスチェーンスワップ機能により、ユーザーはビットコインなどの主要な資産を担保にして、CKBネットワークや他のブロックチェーンで安定したコインやその他のトークンを借りることができます。

この貸出シナリオでは、HTLC契約が重要な役割を果たします。借り手はBitcoinをBitcoinネットワークにロックし、貸出取引を開始します。借り入れたステーブルコインはFiberを介してCKBネットワークに送金されます。 HTLCのハッシュとタイムロックにより、安全で信頼性のある操作が保証されます。オフチェーン取引が失敗した場合、ユーザーはオンチェーン契約を介してロックされた資産を安全に回収できます。この構造により、分散型で許可なしのクロスチェーン貸出市場が確立され、従来の貸出システムの制限が解消されます。

クロスチェーン分散型取引所（DEX）

Fiberはクロスチェーンの分散型取引所（DEX）もサポートしており、中央集権的なマッチングサービスに頼らずにBitcoin、CKB、RGB++の資産を取引することができます。

Fiberのマルチホップルーティングを使用すると、ユーザーは直接の支払いチャネルを必要とせずに複数のノードを介して資産を転送することができ、取引の柔軟性が向上します。HTLC契約は、各ノードでハッシュと時間ロックで資金をロックすることにより、取引プロセスを保護し、安全な実行を各ステップで確保します。この高速で低コストなクロスチェーントレーディング機能は、BitcoinとCKBエコシステム全体の流動性を向上させ、DeFiアプリケーションの拡大を推進します。

これらの機能を通じて、Fiber Networkはクロスチェーンの支払い、流動性マイニング、貸出、分散取引など、BitcoinとNervos CKBエコシステム内のイノベーションと開発における重要なインフラストラクチャとなる強力なポテンシャルを示しています。

結論

現在の状況と将来の展望

Fiber Networkはプロトタイプ開発を完了し、2つのノード間での基本機能を示すデモをリリースしました。これには、チャネルの開設、更新、クローズが含まれます。また、Bitcoin Lightning Networkとのクロスチェーン相互運用性を検証しました。プロジェクトコードは以下のGitHubリポジトリで利用可能です:

• Fiber Network GitHub
• Fiber Scripts GitHub

チームの将来の計画には、マルチホップルーティングおよびWatchTowerサービスの開発、RPCインターフェースの改善、およびSDKの改良が含まれており、開発者の利便性を向上させるための取り組みが行われています。

ダイクストラのアルゴリズムに基づいて、マルチホップルーティングプロトコルはルーティング手数料を削減し、マルチホップペイメントの成功率を向上させます。Fiber Networkが開始されると、チームはリアルタイムのトラフィックと運用データに基づいてルーティングアルゴリズムを最適化し、ユーザーの好みとニーズに応じて2〜3つのルーティング戦略を提供します。また、Fiber Networkではマルチパスペイメント戦略も導入され、大口支払いを複数のパスを通じて小口に分割して、さらに支払いの成功率を向上させます。

WatchTowerサービスは、特定のFiber Networkノードによって提供され、ネットワークの異常を監視し、チャネル資産を保護します。また、クロスチェー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でもライトニングネットワークとのトランザクションが成功することを確認します。

さらに、チームは、CKBのプログラム可能性を活用したプライバシー保護アルゴリズムの実装により、Fiber Networkを強化することを目指しています。これらの改善により、ルーティングアルゴリズムとWatchTowerサービスが最適化され、ユーザーの支払い情報のセキュリティと機密性が強化されます。

最終的な考え

Nervos CKB上に構築されたファイバーネットワークは、ビットコインとCKBのエコシステム全体で高速、低コスト、多通貨の支払いとトランザクションを提供します。オフチェーン決済チャネルとマルチホップルーティングにより、トランザクション速度の向上、コストの削減、クロスチェーンの相互運用性のサポートにより、ネットワークのスケーラビリティと資産の流動性が向上します。また、監視サービスの導入により、セキュリティが向上し、DeFiアプリケーションの強固な基盤が構築され、エコシステムのイノベーションが促進されます。要するに、ファイバーネットワークは、ビットコインとCKBのエコシステム内の効率と柔軟性を推進する重要なインフラストラクチャプロジェクトです。