ビットコインのスケーリング時代到来
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ビットコインのスケーリング時代到来
StarkWareは、ビットコインのOP_CAT時代においてその実力を見せつける大きな可能性を秘めている。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：Biteye コアコントリビューター Wilson Lee
編集：Biteye コアコントリビューター Crush
01 はじめに
ビットコインが汎用計算を実現できないことは広く知られた制限であり、イーサリアムをはじめとする多くの初期パブリックチェーンはこの制限を突破し、ブロックチェーンに汎用計算能力をもたらすことに尽力してきた。一方でビットコインは「デジタルゴールド」としての地位を確固たるものにしている。
オーディンやルーンといったビットコイン上に新しく登場した資産が注目を集めるようになった後、市場は「デジタルゴールド」のスケーリングに大きな可能性があることに気づき、さまざまなビットコインスケーリングソリューションが相次いで登場し、活発な状況が生まれた。その中でも特に注目されているのが、OP_CAT の復活を促進する取り組みである。
OP_CAT を導入することで、STARK 技術によりビットコイン上でゼロナレッジ証明の検証が可能になり、ビットコインに真の汎用計算能力をもたらすことができる。
今年7月、StarkWare はビットコイン上で OP_CAT を有効化することの利点とリスクに関する研究を推進するため、100万ドル規模の OP_CAT 研究基金を立ち上げた。これにより、StarkWare がビットコインの OP_CAT 時代において大きな力を発揮できる可能性があることがうかがえる。
02 OP_CAT の過去と現在
OP_CAT の削除
OP_CAT はビットコインスクリプトにおけるオペコードの一つで、スタック内の2つの要素を結合する機能を持つ。これは複雑なトランザクションスクリプトを作成する際に非常に有用であり、スクリプトの柔軟性を高めることができる。
ビットコインスクリプトはスタックベースのプログラミング言語であり、オペコード（OpCode）はその基本的な命令である。ビットコインスクリプトはこれらのオペコードを使って条件判定や署名検証などの機能を実行するが、計算能力には一定の制限がある。
イーサリアムは仮想マシン（EVM）を導入することで、ブロックチェーンにさらに強力な計算能力を与えた。EVM では開発者が任意の複雑なスマートコントラクトを記述できる。EVM もまたコンピュータに対して基本命令を送るためのオペコードを使用しており、ビットコインのオペコードと同様の役割を果たすが、その機能はより広範である。
重要な違いは、ビットコインのオペコードが主に取引の正当性を検証するために使用されるのに対し、イーサリアムのオペコードはより複雑なロジックを実行するために使われることにある。この差異により、イーサリアムは汎用計算を実現できるが、ビットコインの計算能力は比較的限定的となっている。
ブロックチェーンの非中央集権的特性は、計算リソースが非常に貴重であることを意味しており、悪意のある攻撃（例：DDoS）によるリソースの過剰消費を防ぐ必要がある。イーサリアムは gas limit を通じて各トランザクションの計算リソース消費量を制御しており、gas が尽きるとトランザクションの実行は停止する。これにより、ネットワーク全体が単一のトランザクションによって無限に計算を続ける事態を防いでいる。
OP_CAT はスタック要素を連結することで、単一の計算にさらなるロジックを導入でき、ビットコインスクリプトに一定の柔軟性を与えるが、同時に DDoS 攻撃のリスクにも晒されることになる。
サトシ・ナカモトはセキュリティ上の懸念から2010年に OP_CAT オペコードを削除し、攻撃面を縮小した。これによりビットコインはスクリプトの柔軟性をある程度失い、特にデータ連結が必要な場面では制約が生じた。
OP_CAT の復活への道：スケーリングと議論
ビットコインネットワークの拡張や新たな機能需要の高まりに伴い、コミュニティは再び OP_CAT を見直し始め、スケーリングソリューションにおいて重要な役割を果たす可能性があると考えている。
近年、特にビットコインの拡張性やスマートコントラクトとの潜在的な関連性という観点から、OP_CAT の再導入を巡る議論が盛んになっている。また、Taproot などビットコインプロトコルのアップデートを通じて、セキュリティやメモリ使用に関する懸念が徐々に解消され、OP_CAT 再導入への声が高まっている。
2023年10月、開発者 Ethan Heilman と Armin Sabouri が提案した OP_CAT 提案が広く注目された。
この提案はソフトフォークによって OP_CAT オペコードを復活させることを目指しており、これによりビットコインスクリプトの機能性が大幅に向上し、特に Tapscript（ビットコイン Taproot トランザクションスクリプト言語）での複雑なコントラクト機能の実現が可能となる。
オーディンやルーンの人気上昇に伴い、OP_CAT を巡る議論は今年さらに本格化した。コミュニティの後押しを受け、OP_CAT 提案は正式に BIP-420（BIP は Bitcoin Improvement Proposal：ビットコイン改善提案）の番号を取得した。
その後、この番号は BIP-347 に変更された。BIP-347 の主な目的は、より複雑な条件（すなわち「合意」）を導入し、より高度なスマートコントラクト、クロスチェーンブリッジ、オンチェーン取引などを可能にすることである。この合意の実装により、「金庫型」トランザクション、可逆支払い、定期支払い、エスクロー・ボンドなどの複雑な金融商品がビットコイン上に実装できるようになる。
OP_CAT には潜在的なメリットがある一方で、いくつかの課題も存在する。例えば、この改善を実施するとビットコインの複雑さが増し、セキュリティリスクやネットワークのフォークリスクが生じる可能性がある。また、一部のコミュニティメンバーは、新たな機能がビットコインのシンプルさや普及性に悪影響を与えるのではないかと懸念している。
したがって、OP_CAT 復活の影響については引き続き議論と探求が必要である。
03 なぜ STARK なのか
STARK は StarkWare が開発したゼロナレッジ証明システムである。よく知られている SNARK と同様に、STARK も複雑なプログラムの実行プロセスを容易に検証可能なゼロナレッジ証明に変換することでスケーリングを実現する。この方式により、多数のトランザクションの計算量を大幅に圧縮し、その正当性を高速に検証できる。
ゼロナレッジ証明の基本的な考え方
ゼロナレッジ証明技術の核となる考え方は、複雑な計算の結果を、簡単にかつ迅速に検証可能な「命題」に変換することにある。検証者は、計算過程を再実行することなく、その結果の正しさを確認できる。
例えば、ある複雑な計算プロセスが数秒から数分かかる場合、検証者がその結果の正当性を確かめる最も直接的な方法は、同じ計算をもう一度繰り返すことだろう。しかし、この計算プロセス全体をゼロナレッジ証明に変換すれば、検証プロセスをミリ秒レベルまで短縮できる。
STARK と SNARK の技術的違い
STARK と SNARK の主な違いは、ゼロナレッジ証明の計算・検証に使用する数学的基盤、つまりどのような数学的手法を使うかにある。
SNARK は主に楕円曲線ペアリング演算に依存している。この方式は簡潔なゼロナレッジ証明を実現できるが、ハッシュ演算とは関係がない。また、SNARK の演算は楕円曲線の性質に依存しており、特定の応用シーンでは制限される可能性がある。
一方、STARK は完全にハッシュ関数と多項式コミットメントを中核的な演算としており、これらはビットコインなどのブロックチェーンシステムで広く使われている暗号学的ツールである。ハッシュ関数は任意長の入力を固定長の出力にマッピングすることで、効率的な計算と強力なセキュリティを提供する。
適合性：STARK とビットコイン
ビットコインシステム自体がハッシュ計算を中心に構築されているため、STARK の演算方式はビットコインのネイティブな演算方式と極めて高い親和性を持っている。
STARK のハッシュ演算は、ビットコインが既に持つハッシュ計算ロジックとより直接的に統合できる。この適合性により、ビットコインの既存の演算機構に大きな変更を加えることなく、ネットワーク上でより効率的にゼロナレッジ証明を実現できる。
なぜ OP_CAT が前提なのか？
OP_CAT の役割はスタック内の要素を連結することであり、これは複雑なゼロナレッジ証明検証スクリプトの構築にとって極めて重要である。OP_CAT を通じて、ビットコインスクリプトは複数のデータセグメントの組み合わせをより柔軟に処理でき、検証プロセスでより複雑なロジック構造をサポートできるようになる。これにより STARK の導入が可能となり、OP_CAT が STARK 証明の検証に必要なスクリプト機能を提供する。
具体的には、OP_CAT の導入により、ビットコインは STARK 証明に必要な複雑なデータ操作—連結、検証、反復演算—をサポートできるようになる。これらの操作はゼロナレッジ証明の生成および検証プロセスにおいて不可欠である。OP_CAT を通じて、ビットコインはチューリング完全性を導入せずに、依然として高い検証効率とセキュリティを維持しつつ、ネットワーク上での STARK の応用を実現できる。
04 まとめと展望
業界の新たな主要テーマとして浮上したビットコインのスケーリングは、業界の持続可能な発展にとって極めて重要である。この分野において、StarkWare はゼロナレッジ証明およびスケーリング技術分野でのリーダーシップを通じ、強力な革新能力を示している。
しかし、STARK の成功した応用は依然として OP_CAT などの機能のさらなる発展に依存している。我々はさまざまな技術チームがこの分野で継続的に努力し、探求を続けることを期待しており、共にビットコインエコシステムの進化を推進してほしい。
将来を見据えると、OP_CAT 導入に伴い、StarkWare はこの新しい時代において大きく輝きを放つことが期待され、ブロックチェーンスケーリングにおけるリーダー的地位をさらに確固たるものにするだろう。我々は、StarkWare がビットコインのスケーリングを推進し、ネットワーク効率を向上させる可能性を高く評価しており、彼らがブロックチェーン技術にもたらすさらなる突破と革新に期待している。
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