前回の《ライトニングネットワークはどのように機能するか（2）》では、ビットコインのライトニングネットワーク（Lightning Network）の動作原理について探討しました。本質的に、ライトニングネットワークは精巧に設計された支払いチャネルシステムであり、複数の支払いチャネルを連結させて広大で相互接続された支払いネットワークを形成し、直接接続されていない当事者がマルチホップルーティングを通じて相互に支払いを行えるようにします。HTLC、PTLC などの契約がルーティングの安全性を保証します。
数年の発展を経て、ライトニングネットワークは技術とユーザー体験の面で大きな進歩を遂げましたが、私たちは現実に直面しなければなりません：それはまだ大規模採用に達していません。 本日のこの記事では、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に焦点を当てます：流動性の問題。この問題はさらに二つの側面に細分化できます。一つはネットワーク全体の流動性不足、もう一つは流動性配分の問題です。
ネットワーク全体の流動性不足#
mempool の最新統計によると、ビットコインのライトニングネットワークは現在 12,389 のノードと 48,000 の支払いチャネルを持ち、すべてのチャネルの合計容量は 5311.8 BTC です。
ライトニングネットワークは P2P の流動性ネットワークであり、大規模採用に向けて、ノード数、チャネル数、チャネル容量のいずれも数百倍、さらには数千倍の増加が必要です。 では、どのようにしてより多くのノードをネットワークに引き入れることができるのでしょうか？
まず、ライトニングネットワークノードの構築と維持のハードルを下げ、技術的な背景を持たない一般ユーザーでも簡単にライトニングネットワークノードを運営できるようにすることが重要です。 ビットコインエコシステムでは、すでにいくつかのチームが即座に使用できるハードウェアデバイスを提供しています。例えば、Umbrel のハードウェアボックスはビットコインのライトニングネットワークノードを運営することをサポートしており、また Fi5Box はビットコインのライトニングネットワークだけでなく、他のライトニングネットワークのノード（例えば CKB の Fiber Network）も運営することをサポートしており、ユーザーにメンテナンス不要のライトニングネットワークノードソリューションを提供しています。
次に、追加のインセンティブメカニズムを導入することが、ライトニングネットワークを良性循環に導く鍵です。 ライトニングネットワークでチャネルを開設すると、資金がロックされます。もしアリスがライトニングネットワークサービスプロバイダー（LSP）になりたい場合、100 人とチャネルを開設し、各チャネルに 1 BTC をロックする必要があります。つまり、100 BTC をロックしなければなりません。この 100 BTC は流動性があるときにのみ利益を生むものであり、静止しているときは利益を生みません。なぜなら、ライトニングネットワークノードの収益は主に手数料から来るからです。手数料の料金基準は「基本料金（Base Fee）+ 1 サトシあたりの料金（Fee Rate）」であり、基本料金はライトニングネットワークノードが各取引の請求書に対して徴収する固定料金で、取引金額の大きさには関係ありません。一方、1 サトシあたりの料金は取引請求書の各サトシに対して徴収される料金の割合です。
mempool の統計によると、現在のビットコインライトニングネットワークの平均基本料金は 950 mSat（すなわち 0.95 サトシ）、平均 1 サトシあたりの料金は 764 ppm（すなわち 1 サトシあたり 0.000764 サトシ）です。これは、1 万サトシ（0.0001 BTC、現在約 6.5 ドル）の取引に対して、ルーティングノードが受け取る手数料が 9 サトシにも満たないことを意味します。さらに、現在のライトニングネットワークの取引量はそれほど大きくなく、多くの取引はルーティングノードを介さずに行われます（つまり、取引の両者が直接支払いチャネルを持っている場合）。したがって、BTC を保有している人が資産運用をしたい場合、最初の選択肢はライトニングネットワークに BTC を預けて手数料を得ることではなく、取引所で貸し出すか、あるいは新興プロジェクトでステーキング / リステーキングを行うことです。
もし追加のインセンティブメカニズムを導入できれば、より多くの人々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望むようになり、より多くの BTC 保有者が BTC をライトニングネットワークに預けてインセンティブを得ることを望むようになれば、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、ライトニングネットワークはより使いやすくなるでしょう。ライトニングネットワークがより使いやすくなれば、さらに多くの人々がライトニングネットワークを利用し、より多くの取引が生まれ、ルーティングノードの手数料収入が増え、さらに多くの人々が LSP になることを促進します…… 最終的には、ライトニングネットワークが良性循環に入ることになります。
現在、ビットコインエコシステムでは、UTXO Stack がライトニングネットワークのステーキング層に転換することを発表しました。 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より良い収益モデルを提供します。同時に、UTXO Stack はトークンインセンティブメカニズムを導入し、ユーザーが BTC をステーキングして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強化することを促進します。
流動性配分の問題#
全体の流動性不足の問題が解決されたとしても、これらの流動性を効果的に配分する方法は依然として課題です。
アリスがルーティングノードのボブを介してキャロルに支払いを行う例を考えてみましょう。初期状態では、アリスとキャロルはそれぞれチャネルに 2 万サトシを持ち、ボブは各チャネルに 1 万サトシを持っています。いくつかの取引を経た後、チャネル内の残高分布は以下のようになります（簡略化のため、ルーティングノードのボブが徴収する手数料は考慮しません）：
もし今後しばらくの間、アリスとキャロルがビジネスを続け、アリスがキャロルに支払いを行う必要がある場合、どうすればよいでしょうか？ボブはすでに支払いをルーティングできなくなっています（つまり、ボブとキャロルのチャネルでは、ボブがキャロルに資金を移動できなくなっています）。彼は自分のチャネルを再バランスする必要があります。
このような状況は、ライトニングネットワーク内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、自分のチャネル間で流動性を絶えずバランスさせなければなりません。 もしチャネルのあなたの側に資金がなければ、支払いを送信できません。もしチャネル内のすべての資金があなたの側にある場合、支払いを受け取ることができません。
上記の例では、一つの方法はボブとキャロルの間のチャネルを直接閉じ、新しいチャネルを開設することですが、この方法は経済的ではありません。なぜなら、チャネルを閉じる取引と新しいチャネルを開設する取引はすべてオンチェーンで行う必要があり、ビットコインのマイナー手数料を支払う必要があるからです。ライトニングネットワークの設計の目的は、オンチェーン操作を減らし、できるだけ多くの取引をオフチェーンチャネルで行うことです。もしライトニングネットワークが毎日数億のチャネルを開設し、閉じる必要がある場合、ビットコインブロックチェーンは常に混雑し、マイナー手数料は非常に高くなります。
そのため、ビットコインコミュニティは流動性配分の問題を解決するためにさまざまな革新的な提案を行っています：
サブマリンスワップ（Submarine Swap）#
簡単に言えば、サブマリンスワップはユーザーがライトニングネットワーク内のスワップサービスプロバイダーにチャネル内の BTC を送信し、スワップサービスプロバイダーが対応する数量の BTC をビットコインチェーンの受取アドレスに送信することを可能にします。あるいは逆に、ユーザーがオンチェーンの BTC をスワップサービスプロバイダーに送信し、スワップサービスプロバイダーがチャネル内の BTC を指定の受取ノードに送信します。このプロセスにはスワップサービスプロバイダーの参加がありますが、HTLC（ハッシュタイムロック契約）を通じて、全過程で信頼は不要です。
サブマリンスワップは、後の多くの後発者にもインスピレーションを与えました。例えば、チャネル残高調整プロトコルの PeerSwap は、ユーザーが直接彼のチャネルの対戦相手とサブマリンスワップを実施できるようにします。上記の例では、キャロルが直接スワップサービスプロバイダーの役割を果たすことができ、ボブがオンチェーンの BTC をキャロルに送信し、キャロルがチャネル内で対応する数量の BTC をボブに支払うことができます。具体的には：
- ボブは秘密値 R（原像）とそのハッシュ値 H を生成します。
- ボブはビットコインブロックチェーン上でハッシュ値 H を使用して HTLC を作成します：ボブはキャロルに 1 万サトシを支払います。彼が 5 つのブロック内に秘密値 R を提供できない場合、これらのお金はボブに戻ります。
- キャロルは彼とボブの支払いチャネル内で同じハッシュ値 H を使用して HTLC を作成します：キャロルはチャネル内でボブに 1 万サトシを支払います。彼が 4 つのブロック内に秘密値 R を提供できない場合、これらのお金はキャロルに戻ります（簡略化のため、ここではスワップサービスプロバイダーが徴収するサービス料は考慮しません）。
- ボブは秘密値 R を使用してチャネル内の HTLC を解除し、1 万サトシを取得します。
- ボブが資金を取得した後、キャロルも秘密値 R を知っており、彼は R を使用してビットコインチェーン上の HTLC を解除し、1 万サトシを取得します。
チャネルを閉じて新しいチャネルを開設するのに比べて、サブマリンスワップはオンチェーン取引が 1 回だけで済むため、より経済的であり、全過程で信頼は不要です。
チャネルスプライシング（Splicing）#
チャネルスプライシングは、ノードが単一の取引でチャネルを閉じて再開し、チャネル内のロックされた残高を変更する方法です。 こうすることで、ノードがより多くの資金をロックする場合は「スプライスイン（splice in）」と呼び、ロックされた資金を減少させる場合は「スプライスアウト（splice out）」と呼びます。上記の例では、ボブとキャロルの間のチャネルはチャネルスプライシングによって延長できます。
チャネルスプライシングは、2 回の取引を使用してチャネルを閉じて再開するよりもはるかに便利ですが、それでもネットワーク内で取引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、取引の確認を待つ必要があります。
マルチパス支払い（Multi-Path Payment, MPP）#
マルチパス支払いは、1 回の支払いをいくつかの部分に分割し、これらの部分が同時に異なる場所に停留または流通できるようにします。もしアリスがキャロルに 1 万サトシを支払う必要がある場合、ボブがすでに支払いをルーティングできなくなっていても、アリスはルーティングノードのデイビッドを介してキャロルに 6000 サトシを支払い、ルーティングノードのエバを介してキャロルに 4000 サトシを支払うことができます。これにより、アリスの 1 万サトシの取引はマルチパス支払いの方法で完了します。
マルチパス支払い技術の目的は、単一の経路支払いの制限を克服し、より大きな金額の支払いを小さな複数の部分に分割して送達できるようにすることです。 例えば、1 BTC のライトニングネットワーク取引は、100 回の 0.01 BTC の取引に分割して完了できます。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保護に役立ち、安全性の面では、原子化マルチパス支払い（AMP）技術が、もし 1 つの経路で支払いが完了しなかった場合、すべての支払いが成功しないことを保証し、混乱や詐欺を防ぎます。
ちなみに、ライトニングネットワークでは、大額の取引はマルチパス支払いの他に、Wumbo チャネルを通じても完了できます。 Wumbo チャネルは、従来のライトニングチャネルが保持できるビットコインの数量上限（0.1667 BTC）を撤廃し、ノードがより高いチャネル容量を持つことを許可し、大額取引をサポートします。
結論#
流動性はライトニングネットワークの発展を制約する主要な要因の一つです。ライトニングネットワークノードの構築と維持のハードルを下げ、追加のインセンティブメカニズムを導入することで、ライトニングネットワークはネットワークの流動性不足の問題を解決できる可能性があります。また、サブマリンスワップ、チャネルスプライシング、マルチパス支払いなどの提案は、ライトニングネットワークの流動性配分の解決に一定の助けとなります。
上記の提案に加えて、ビットコインコミュニティはLightning Pool（チャネルレンタルオークション市場）、Liquidity Advertisement（チャネルレンタルプラン）、ループ支払い（ノードが支払いチャネルによって形成されたループを通じて自分自身に支払いを行い、オフチェーンで再バランスを実現する）など、ネットワークの流動性を最適化するための他の提案も行っています。
流動性管理は間違いなくライトニングネットワークが直面する複雑なプロジェクトですが、技術の進歩とコミュニティの継続的な努力により、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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