ScaleBitセレクト：2024年のビットコインエコシステム総覧、スケーリング技術とセキュリティインシデントまとめ
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ScaleBitセレクト：2024年のビットコインエコシステム総覧、スケーリング技術とセキュリティインシデントまとめ
ビットコインエクステンションエコシステムは、複数のレイヤー2ソリューションや革新的なプロトコルを通じて、ビットコインネットワークの機能性と取引効率を著しく向上させ、スマートコントラクトやDeFi、NFTなどの新興分野の発展を推進している。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察序論
ブロックチェーン技術の進化に伴い、ビットコインは単なる暗号資産としての役割を超え、そのエコシステムも継続的に拡大・深化しています。ビットコイン拡張エコシステムには、複数のLayer 2ソリューションおよびアプリケーションが含まれており、これらの拡張機能により、ビットコインのトランザクション速度と効率が向上するだけでなく、スマートコントラクト、分散型金融（DeFi）、非代替性トークン（NFT）といった新興分野への対応も可能になっています。こうした革新によって、ビットコインの利用シナリオは価値保存やP2P決済に限定されず、より複雑かつ多様なニーズに対応できるようになり、ブロックチェーン業界全体の進展を推進しています。
しかし、エコシステムの拡大に伴い、セキュリティに関する課題も次第に顕在化してきました。新しい技術やアプリケーションの登場は新たな潜在的リスクと課題をもたらしており、機能性の向上と同時にシステムの安全性を確保することが極めて重要になっています。セキュリティの脆弱性、攻撃事例、技術的欠陥などの問題は、ユーザーの資産安全を脅かすだけでなく、ビットコインネットワーク全体の安定性や信頼性にも影響を与える可能性があります。BitsLab傘下のScaleBitは、本稿にてビットコイン拡張エコシステムの構築プロセス、発生したセキュリティインシデント、および将来におけるセキュリティに関する展望について深く考察します。現行の技術ソリューションとセキュリティ課題を分析することで、ビットコインエコシステムの発展に向けた有益な知見と提言を提供し、拡大を続ける中でも高い安全性と信頼性を維持できるようにすることを目指します。
ビットコイン拡張エコシステム
ビットコイン拡張エコシステムとは何か？
ビットコイン拡張エコシステムとは、ビットコインの基礎ネットワークを中心に開発されたさまざまな拡張ソリューションおよびアプリケーションのエコシステムを指します。ビットコインは当初、P2P決済および価値保存を主目的として設計されていましたが、ブロックチェーン技術の発展とともに、コミュニティや開発者たちはスマートコントラクト、分散型金融（DeFi）、NFT、より高効率な取引拡張など、さらに多くの機能を追加する方法を探求しています。
ビットコイン拡張エコシステムはどのように動作するか？
ビットコイン拡張エコシステムの運営は、ビットコインメインチェーン上または外部に構築された拡張技術およびプロトコルに大きく依存しており、これらの技術とプロトコルにより、ビットコインはより多様な利用シナリオをサポートできるようになります。以下は、ビットコイン拡張エコシステムにおける主要な技術の動作原理です。
（1）ライトニングネットワーク（Lightning Network）
ライトニングネットワークは、ビットコインのLayer 2において最も成熟し、広く採用されているソリューションの一つです。支払いチャネルを構築することで、多数の小額取引をメインチェーンからオフチェーンへ移行し、ビットコインの取引速度を大幅に向上させるとともに手数料を削減します。
トレンド：ライトニングネットワークのインフラは継続的に改善され、ユーザーエクスペリエンスも向上しており、ますます多くの事業者がライトニング決済を導入しています。
課題：特に大口取引の場面では、流動性の問題やルーティング効率の最適化が依然として必要です。
図1出典：
https ://lightning.network/lightning-network-presentation-time-2015-07-06.pdf
（2）リキッドネットワーク（Liquid Network, LQ）
リキッドネットワークは、オープンソースのElementsブロックチェーンプラットフォーム上で動作するサイドチェーンであり、取引所や機関間での高速取引を目的として設計されています。これは、ビットコイン企業、取引所、その他の利害関係者から成る分散型コンソーシアムによってガバナンスされています。リキッドは双方向ペグ（Two-way Peg）メカニズムを使用し、BTCをL-BTCに、また逆にL-BTCをBTCに変換できます。
リキッドは機密取引（Confidential Transactions）およびトークン化をサポートしているため、企業用途に適しています。もしビットコインがインターネット上の価値層であるならば、ライトニングはビットコイン駆動の金融システムにおけるP2P決済ネットワークだとすれば、リキッドは金融層として、証券や商品など複数の資産をサポートし、金融ツールを追加します。
ライトニングと比較すると、リキッドはビットコインのLayer 2ソリューションでありながら、より大規模で複雑な取引（証券やステーブルコインの発行・取引など）の促進に特化しています。リキッドは機密取引機能を内蔵しており、取引金額や資産タイプを隠蔽できます。一方、ライトニングは主にオフチェーン取引によってプライバシーを提供します。ライトニングは小額決済や日常的な取引に優れていますが、リキッドは機関金融、資産発行、クロスボーダー取引に適しています。
現在、すでに50以上の取引所がリキッドネットワークを採用しており、数十億ドル規模の取引を実現しています。これは、ビットコインを機関取引に活用する際の有用性を実証しています。リキッドネットワークは取引所に対してより迅速な決済時間を提供し、ビットコイン市場の流動性を高め、機関がより効率的かつ安全に運営できるように支援します。
図2出典：
https ://docs.liquid.net/docs/technical-overview
（3）Rootstock基盤フレームワーク（RBTC）
Rootstockは2015年に誕生し、運用期間が最も長いビットコインサイドチェーンであり、2018年にメインネットを開始しました。その特徴は、ビットコインのPoW（プルーフ・オブ・ワーク）によるセキュリティとイーサリアムのスマートコントラクト機能を統合している点です。オープンソースでEVM互換のビットコインLayer 2ソリューションとして、Rootstockは成長するdAppエコシステムへの入り口を提供し、完全な非信頼化（trustlessness）の実現を目指しています。
リキッドと同様、Rootstockも双方向ペグメカニズムを使用しており、ユーザーはBTCとRBTCの間を容易に交換できます。RBTCはRSKブロックチェーン上のネイティブ通貨であり、マイナーが取引およびコントラクト処理を行うための手数料として使用されます。リキッドが高速かつ秘匿性の高い取引と資産発行に重点を置くのに対し、Rootstockはスマートコントラクトを通じてビットコインのDeFiおよびdAppエコシステムを拡張します。
本稿執筆時点で、Rootstockの総ロックアップ価値（TVL）は1.7億ドル以上、時価総額は3.8億ドルです。
（4）B² Network
B² Networkの技術アーキテクチャは二層構造で構成されています：Rollup層とデータ可用性（DA）層です。B² Networkは、ユーザーがビットコインの第二層ソリューションに対する認識を再定義することを目指しています。
B²はRollup層としてZK-Rollupを採用しています。ZK-Rollup層はzkEVMソリューションを使用し、第二層ネットワーク内でユーザー取引を実行し、関連する証明を生成します。ユーザーの取引はZK-Rollup層に提出され、そこで処理されます。ユーザーの状態もZK-Rollup層に保存されます。一括提案および生成されたゼロ知識証明は、データ可用性層に転送され、保管および検証されます。
データ可用性層は、分散ストレージ、B²ノード、ビットコインネットワークで構成されています。この層は、Rollupデータのコピーを永続的に保存し、Rollupのゼロ知識証明を検証し、最終的にビットコイン上で最終確定を実行する役割を担います。
分散ストレージはB² Networkの重要な要素であり、ZK-Rollupのユーザー取引および関連証明の保管庫として機能します。分散化されたストレージにより、ネットワークは根本的にセキュリティを強化し、単一障害点を減少させ、データの不変性を確保します。
データ可用性を保証するために、B²はビットコインの各ブロックにTapscriptスクリプトをビットコインネットワークに書き込みます（下図参照）。このスクリプトは、当該期間のRollupが分散ストレージに有効に保存されたデータパスおよびゼロ知識証明をアンカーします。このプロセスのコストは管理可能で、毎時6件の取引が発生します。そのため、ユーザーは検証時に取引とビットコインLayer1上のTaprootスクリプトデータを逐一照合し、Rollupデータの最終的な信頼性を確保します。
図3
（5）Stacksプロトコル（STX）
2018年にBlockstackという名称でメインネットにリリースされて以来、Stacksはビットコインの主要なLayer 2ソリューションの一つとなっています。
図4出典：https ://docs.stacks.co/stacks-101/proof-of-transfer
Stacksはビットコインに直接接続し、ビットコイン上でスマートコントラクト、dApps、NFTを構築することを可能にし、ビットコインの機能を著しく拡張し、価値保存手段に留まらないようにします。Stacksは独自のプルーフ・オブ・トランスファー（PoX）コンセンサスメカニズムを採用しており、ビットコイン自体を改変せずにそのセキュリティを直接活用しています。
Stacksは9900万ドルを超える総ロックアップ価値（TVL）を持ち、確立されたインフラと成長を続ける開発者コミュニティにより、この分野において無視できない存在となっています。
(6) Babylon
Babylonのビジョンは、ビットコインのセキュリティを活用して分散型世界を保護することです。ビットコインのタイムスタンプサービス、ブロックスペース、資産価値という3つの側面を活用することで、Babylonはビットコインのセキュリティを多数のプルーフ・オブ・ステーク（PoS）チェーンに拡張し、より強固で統一されたエコシステムを構築できます。
Babylonのビットコインステーキングプロトコルはリモートステーキング方式を採用しており、暗号技術、コンセンサスプロトコルの革新、ビットコインスクリプト言語の最適化利用により、スマートコントラクトの欠如を克服しています。Babylonのステーキングプロトコルにより、ビットコイン保有者はPoSチェーンに橋渡し（ブリッジ）することなく、信頼性高くビットコインをステーキングでき、そのチェーンに対して完全なスラッシング可能なセキュリティ保証を提供できます。この革新的なプロトコルにより、ステークされたビットコインに対するブリッジ、ラッピング、ホスティングの必要性が排除されます。
Babylonの重要な側面の一つは、BTCタイムスタンププロトコルです。これは他のブロックチェーンのイベントにビットコイン上でタイムスタンプを付与し、それらのイベントがビットコイン取引と同様にビットコインのタイムスタンプ恩恵を受けられるようにします。これにより、ビットコインをタイムスタンプサーバーとしてのセキュリティを実質的に借用することになります。BTCタイムスタンププロトコルは、迅速なステーク解除、組み合わせ可能な信頼、セキュリティコストの削減を実現し、ビットコイン保有者の流動性を最大化します。このプロトコルはモジュール型のプラグインとして設計されており、さまざまなPoSコンセンサスアルゴリズム上で使用可能であり、リセットプロトコルの構築基盤を提供します。
図5
ビットコイン拡張エコシステムの多様な技術ソリューションを考察した結果、これらの革新がビットコインネットワークのパフォーマンスと機能を著しく向上させ、利用シーンの多様化に堅固な基盤を提供していることが明確にわかります。しかし、拡張エコシステムの拡大と技術の複雑化に伴い、セキュリティの課題も浮上しており、無視できない重要な側面となっています。新しい拡張技術は新たな潜在的リスクと攻撃ベクトルをもたらし、システム全体のセキュリティに大きな挑戦を与えます。
このような背景のもと、ビットコイン拡張エコシステムのセキュリティを確保することは、ユーザー資産の保護にとどまらず、ネットワーク全体の安定性と信頼性にも直結します。そのため、本節では2023年に発覚したライトニングネットワークの脆弱性について詳しく紹介し、将来のセキュリティ対策に有用な参考情報を提供します。
ビットコイン拡張エコシステムのセキュリティインシデント
2023年10月、ビットコインのスケーリング技術であるライトニングネットワークに潜在的なセキュリティ脆弱性が発見されました。開発者Antoine Riardは、この脆弱性を発見後、関連する詳細を公開しました。
この脆弱性は「リプレースメントサイクリング攻撃（replacement cycling attacks）」と呼ばれ、ライトニングネットワークを通過する資金の安全性を危険にさらし、取引の遅延または予期しない処理不能を引き起こす可能性があり、結果としてライトニングネットワークのチャネル内の資金損失リスクを生じさせる恐れがあります。
この事件は、急速に発展する拡張エコシステムにおいて、常にセキュリティを最優先に考える必要があることを浮き彫りにしています。開発者とコミュニティは、既存の拡張ソリューションを継続的に監視・改善し、潜在的なセキュリティ脅威からユーザー資産を守る必要があります。
図6
ビットコイン拡張エコシステムのセキュリティに関する今後の展望
ビットコイン拡張エコシステムは、取引効率と機能の多様性の面で著しい進展を遂げていますが、そのセキュリティはさらに強化される必要があります。本節では、今後のビットコイン拡張エコシステムにおけるセキュリティの方向性と課題について考察します。
ビットコイン拡張エコシステムは、メインチェーンの取引スループットの課題を解決しつつ、セキュリティと非中央集権性を確保することを目指しています。
オフチェーン取引の信頼モデル：ビットコイン拡張エコシステムはオフチェーン技術を利用して取引速度を向上させますが、開発者はオフチェーン取引の信頼メカニズムが十分に信頼できるように確保しなければなりません。例えば、ライトニングネットワークの双方向支払いチャネルではマルチシグ技術を使用し、チャネルのクローズプロセスが安全であることを保証して、資金の凍結や喪失を防ぐ必要があります。
プライバシーと透明性：ライトニングネットワークのチャネル取引は非公開で完了できます。これはプライバシーを高める一方で、規制当局にとって監視が難しくなり、悪意ある行為を助長する可能性があります。Layer 2ネットワークは、プライバシーと透明性のバランスを取る必要があります。一部の取引記録を任意に公開することで、コンプライアンスを強化できます。
ユーザーエクスペリエンスとセキュリティ：拡張エコシステムの複雑さはユーザー操作の難易度を高めており、例えばライトニングネットワークのチャネル管理は一般ユーザーにとっては使いづらく、操作ミスのリスクを増大させます。ビットコイン拡張エコシステムは、より使いやすいインターフェースや操作簡素化ツールの設計により、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、セキュリティリスクを低減すべきです。
将来を見据えると、ビットコイン拡張エコシステムは非中央集権性とセキュリティを維持しつつ、技術ソリューションの継続的最適化、ユーザーエクスペリエンスの向上、規制コンプライアンスの強化を通じて、より堅牢かつ広範な応用を実現する必要があります。
まとめ
ビットコイン拡張エコシステムは、多様なLayer 2ソリューションおよび革新的プロトコルを通じて、ビットコインネットワークの機能性と取引効率を著しく向上させ、スマートコントラクト、DeFi、NFTなどの新興分野の発展を推進しています。
しかし、エコシステムの拡大に伴い、セキュリティ課題も次第に顕在化しており、開発者およびコミュニティの高度な注目が必要です。今後、ビットコイン拡張エコシステムは、より高い取引スループットと多様なアプリケーションの追求に加え、セキュリティメカニズムの継続的強化、ユーザーエクスペリエンスの最適化、プライバシーと透明性のバランス調整を行い、非中央集権性とセキュリティの基盤の上に、より広範かつ堅調な発展を実現しなければなりません。
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ScaleBitについて
ScaleBitは、BitsLab傘下のセキュリティ子ブランドであり、Web3の大規模採用（Mass Adoption）に向けたセキュリティソリューションを提供するブロックチェーンセキュリティチームです。ブロックチェーンのクロスチェーンおよびゼロ知識証明（ZKP）などの拡張技術に関する専門知識を活かし、ZKP、Bitcoin Layer 2、クロスチェーンアプリケーションに対して細部まで行き届いた先端的なセキュリティ監査を提供しています。
ScaleBitチームは、学術界および産業界で豊富な経験を持つセキュリティ専門家で構成されており、拡張可能なブロックチェーンエコシステムの大規模な応用に向けたセキュリティ保障を使命としています。
BitsLabについて
BitsLabは、新興Web3エコシステムの保護と構築に尽力するセキュリティ組織であり、「業界およびユーザーから尊敬されるWeb3セキュリティ機関」というビジョンを持っています。傘下にはMoveBit、ScaleBit、TonBitの3つの子ブランドを擁しています。
BitsLabは、新興エコシステムのインフラ開発およびセキュリティ監査に注力しており、Sui、Aptos、TON、Linea、BNB Chain、Soneium、Starknet、Movement、Monad、Internet Computer、Solanaなど多様なエコシステムをカバーしています。また、Circom、Halo2、Move、Cairo、Tact、FunC、Vyper、Solidityなど、複数のプログラミング言語における監査においても深い専門性を発揮しています。
BitsLabチームには、国際CTF賞を複数回受賞したトップレベルの脆弱性研究専門家が集まっており、TON、Aptos、Sui、Nervos、OKX、Cosmosなどの著名プロジェクトでキーバルナビリティを発見した実績があります。
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