イーサリアムのLayer2スケーリングソリューション「ステートチャネル」
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イーサリアムのLayer2スケーリングソリューション「ステートチャネル」
チャネル領域は支払いチャネルとステートチャネルに分けられ、ステートチャネルは支払いチャネルを基に派生したものである。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：張楽輝
一 通道とは何か、なぜ通道が必要なのか？
1.1 なぜ通道が必要なのか？
ブロックチェーンはユーザー数や取引量の増加に伴い、取引の混雑、処理速度の低下、手数料の高騰といった問題が生じる。そのため、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させる必要があり、その解決策の一つとして「通道」がある。
1.2 通道とは何か？
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第一：通道はブロックチェーンのスケーラビリティ問題を解決するための手法であり、P2Pネットワークまたはプロトコルで、両当事者が複数回の取引を行い、最終的な処理結果をオンチェーンに提出し、署名検証と決済を行う。通道は支払い通道と状態通道に分けられ、状態通道は支払い通道から派生したものである。
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第二：通道はオフチェーン取引により、メインチェーンとの直接的なやり取りを減らし、メインチェーンの負荷を軽減するとともに、利用者のコストも削減できる。
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第三：各通道は、メインチェーン上のマルチシグ（多签）スマートコントラクトによって管理され、通道を開くには両者がオンチェーン上でコントラクトを展開し、一定量の資産を預ける必要がある。
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第四：通道が確立された際、双方は初期状態を作成し、それぞれの初期残高（例：Alice 5 ETH、Bob 5 ETH）を記録する。双方はこの初期状態に署名し、署名済みの状態を各自保存する。初期状態は、双方のローカルデータベースや安全なストレージに保管される。
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第五：通道を閉鎖する際は、双方が最終状態を確認し、最終状態の署名を生成する。その後、最終状態をブロックチェーンに提出し、署名検証と決済を経て、正式に通道を閉鎖する。
二 状態通道の動作原理とプロセス
2.1 マルチシグコントラクトの作成・展開と通道の確立
2.1.1 マルチシグコントラクトの展開
L1メインチェーン上に通道を管理するマルチシグコントラクトを展開する必要がある。このコントラクトでは、両当事者が一定額の資金を預け入れ、通道が閉鎖され決済完了するまで資金をロックする。
2.1.2 資金の入金
コントラクトが展開された後、あるいは既に展開されている場合、取引当事者はそれぞれ一定額の資金を入金し、その資金は現在のマルチシグコントラクト内にロックされる。
2.2 オフチェーン取引
2.2.1 初期状態の生成
通道が確立されたとき、双方は初期状態を作成し、それぞれの初期残高（例：Alice 5 ETH、Bob 5 ETH）を記録する。双方は初期状態に署名し、署名済みの状態を各自保存する。初期状態は、双方のローカルデータベースや安全なストレージに保管される。
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2.2.2 取引の実行
AliceがBobに1ETHを支払う。取引後、新たな残高状態は：Alice 4 ETH、Bob 6 ETHとなる。双方は新しい残高状態に署名して確認する。
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2.2.3 複数回の取引
双方は複数回の取引を継続でき、毎回の取引後に残高状態を更新し、署名で確認する。例えば、BobがAliceに2ETHを支払った後、新たな残高状態は：Alice 6 ETH、Bob 4 ETHとなる。これらの取引データはAliceとBobのローカルに保存され、ブロックチェーンには即時提出されない。
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2.3 通道の閉鎖
2.3.1 闭锁準備
2.3.1.1 最終状態の確認
AliceとBobは最新の取引状態を確認し、双方がこの状態に合意していることを保証する必要がある。この状態には最新の残高分配が記録されている（例：Alice 6 ETH、Bob 4 ETH）。
2.3.1.2 最終状態署名の生成
双方は最終状態に署名し、最終残高と双方の署名情報を含むデータを生成する。
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2.3.2 最終状態のブロックチェーンへの提出
AliceとBobのいずれか一方が最終状態をブロックチェーンに提出できる。提出内容には、最終状態の残高分配と双方の署名が含まれる。
2.3.3 検証と決済
2.3.3.1 署名検証
ブロックチェーン上で提出された署名を検証し、最終状態が双方によって承認されたものであることを確認する。検証ロジックには通常、署名の有効性のチェックと、署名が最終状態と一致しているかの照合が含まれる。
2.3.3.2 残高決済
検証が通れば、スマートコントラクトは最終状態の残高分配に基づき、マルチシグアドレスから資金を双方に解放する。資金は最終状態の残高に従ってAliceとBobに分配される（例：Alice 6 ETH、Bob 4 ETH）。
2.3.3.3 通道閉鎖のマーク
スマートコントラクトは通道の状態を「閉鎖済み」とマークし、再度の状態提出を防止する。
三 なぜ通道はマルチシグコントラクトとして設計されるのか？
通道コントラクトがマルチシグコントラクトとして設計される主な理由は、双方の資金の安全性を確保し、資金移動には双方の同意が必要とするためである。この設計により、相手方の同意なしに一方的に資金操作を行うことが防がれ、追加のセキュリティ層が提供される。以下に、通道コントラクトがマルチシグとして設計される主な理由を示す。
3.1 資金の安全性の確保
マルチシグコントラクトでは、資金の移動に複数の署名（通常は双方の署名）が必要である。これにより、片方だけで資金を勝手に移動できないようになり、資金の安全性が強化される。
3.2 不正行為の防止
マルチシグコントラクトは、いずれかの当事者が不正操作を試みることを効果的に防ぐ。すべての資金移動には双方の署名が必要であり、すべての取引が双方の合意のもとで行われることを保証する。
3.3 オフチェーン取引における署名確認メカニズムの実現
マルチシグコントラクトにより、オフチェーンでの複数回の取引が可能となり、各取引後に署名で状態を更新できる。最終状態は双方の合意のもとでオンチェーンに提出され決済される。このメカニズムには双方の署名確認が必要であり、すべてのステップが透明かつ承認済みであることを保証する。
3.4 通道閉鎖の正確性の確保
通道を閉鎖する際、マルチシグコントラクトは最終状態の提出と決済に双方の同意を必須とする。これにより、いずれかの当事者が一方的に通道を閉鎖して不当な残高分配を得るリスクを回避できる。
四 状態通道の長所と短所の比較
4.1 長所
第一：取引コストが低く、取引効率が向上する
第二：データがオンチェーンに記録されず、プライバシー性が高い
第三：チャレンジ期間が存在し、高い安全性を持つ
4.2 短所
第一：チャレンジ期間が存在するため、出金スピードが遅い
第二：オフチェーンではスマートコントラクトがサポートされていない
第三：取引当事者が同時オンラインである必要がある。参加者は接続を維持し、オンラインで取引状態の更新をリアルタイムに受信・処理し、紛争解決に参加できるようにしなければならない。もし一方が悪意を持って通道を閉鎖したり誤った状態を提出した場合、オンラインのもう一方が即座に介入し、オンチェーンの紛争解決メカニズムを通じて対応できる。
第四：参加主体が限定される。通常、一個の通道には2人の参加者しかおらず、多数の参加は難しい。
第五：大規模ネットワークには不向きで、拡張性に欠ける。
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