Lightning Network はどのようにして Bitcoin ネットワークにプライバシー層を追加するのでしょうか?

ビットコインは現時点では完全に匿名ではありません。暗号化されていない P2P ネットワークの監視とパブリック ブロックチェーンの分析を、KYC ポリシーおよび AML 規制と組み合わせると、誰がビットコインを何に使用しているかについて多くのことが明らかになります。

プライバシーの観点から言えば、これは良いことではありません。たとえば、ビットコインのユーザーは、自分がどこでお金を使ったか、何を稼いだか、いくら稼いだかを他人に知られたくないかもしれません。同様に、企業は自社の取引情報を競合他社に漏らしたくないと考えるかもしれません。

実際、ビットコインの取引履歴の追跡可能性は、すべてのビットコインの互換性にも脅威をもたらします。 「汚染された」ビットコインは他のビットコインよりも価値が低くなる可能性があり、通貨としてのビットコインの価値提案に問題を引き起こす可能性さえある。

しかし、この問題は改善することができます。おそらく最も有望なソリューションの 1 つは Lightning Network です。 「Sphinx」プロトコルを使用すると、ライトニング ネットワークの支払いは Tor のような匿名ネットワークを介してルーティングされ、プライバシーが確保され、代替性が保護されます。

決済チャネルとライトニングネットワークの簡単な概要

ライトニング ネットワークは基本的に双方向の支払いチャネルで構成されており、ピアツーピア ネットワークを作成します。

双方向の支払いチャネル自体がプライバシーを向上させます。たとえば、ユーザーの Alice と Bob は双方向の支払いチャネルを開き、このチャネルを使用してプライベートな媒体を通じて取引を行うことができます。トランザクションが完了した場合にのみ、チャネルの最終状態がブロックチェーンにブロードキャストされます。ブロードキャストされる取引情報には、アリスとボブの間の取引総額が含まれますが、両者間の取引数は発表されません。この曖昧さはプライバシーの保護に役立ちます。

残念ながら、これらの双方向支払いチャネルを相互接続してピアツーピア ネットワークを作成すると、欠点が生じます。アリスがボブを通じて第三者のユーザーであるキャロルにビットコインを支払いたい場合、ボブはアリスがキャロルに支払ったことと支払った金額を知ることができます。アリスとキャロルは、まだ世界から比較的プライバシーが保たれていますが、ボブからはプライバシーが保たれません。ボブだけでなくダンなど、他の仲介者やさらに複数の仲介者がいる場合は、ボブとダンの両方がアリスとキャロルの間の取引について知ることになります。

スフィンクス

現在の Lightning Network には、仲介者からのすべてのルーティング データをマスクするための Sphinx ベースのソリューションが含まれています。

Sphinx は、ピアツーピア ネットワーク上で匿名情報を中継するために、学術研究者の George Danezis 氏と Ian Goldberg 氏によって設計されたプロトコルです。このソリューションは 2009 年 5 月に初めて提案されましたが、当初は Lightning Network や Bitcoin とはまったく関係がありませんでした。 Lightning Labs の Olaoluwa Osuntokun 氏は、Sphinx が悪用される可能性があることに気づき、Blockstream の Christian Decker 氏と協力してプロトコルを Lightning Network により適合するように修正しました。

Sphinx は、有名な匿名通信ツール Tor (The Onion Router) と多くの類似点があります。 Tor と同様に、Sphinx を使用して送信されるすべてのパケットは、受信 IP アドレスも含めて暗号化できます。この暗号化は複数回実行され、複数の「暗号化レイヤー」が作成されます (これが Tor の「タマネギ」のメタファーの由来です)。

巧妙な暗号化トリックを使用することで、すべての暗号化レイヤーが適用され、最終的な暗号化パケットの宛先までの経路上の各中間層では 1 つの「暗号化レイヤー」のみが開かれます。この層は、暗号化されたパケットをリダイレクトする場所を仲介者に示します。 (Tor と比較して、Sphinx は改良された暗号化アルゴリズムを使用し、固定サイズのパケットを作成して、ルート上のノードの位置をより難読化します。)

Lightning ネットワークでは、支払者はこの P2P ネットワーク上のパスを決定し、暗号化レイヤーで支払いパッケージをパッケージ化します。情報を渡すことに加えて、各仲介業者は金額、手数料などの追加データを取り出し、すべての仲介業者が支払いチェーンのステップを設定できるようにします。 (ライトニング ネットワークの将来のバージョンでは、この機能が「Hornet」と呼ばれるプロトコルを通じて拡張され、プロセス全体がさらに簡素化される可能性がありますが、現時点ではライトニング ネットワークにそのような機能は緊急に必要ありません。)

重要なのは、すべての仲介業者が、どのチャネルからビットコインを受け取ったか、どのチャネルを使用して支払いを行ったかのみを知っていることです。仲介者は、自分が支払いチェーン全体の最初のステップなのか、中間のステップなのか、最後のステップなのか、あるいは支払いが 1 つのステップで完了するのかを知りません。トランザクションの送信者と受信者のみが、トランザクションを誰が送信し、誰が受信したかを知ることができます。

これらのチャネルが閉じられると、双方向支払いチャネルの利点が、まるでステロイドを投与されたかのように明らかになります。ライトニング ネットワーク チャネルが開いている間にアリスがボブに送信したビットコインの数は、ビットコイン ネットワークの全員が把握していますが、これらのビットコインが 10 回、100 回、または 1,000 回送信されたかどうかはわかりません。さらに、アリスはボブにビットコインを送っていない可能性もあります。アリスからボブへの支払いは、実際にはキャロルか、ネットワーク上の他の誰かにルーティングされた可能性があります。