マスタリング・ライトニングネットワーク

本邦初、ライトニングネットワークの体系的な解説書!
ビットコイン上で機能するセカンドレイヤプロトコルである、ライトニングネットワークの本格的な解説書。トランザクションのコストを削減しながら速度とプライバシーを向上させることで、少額決済を素早く小さなコストで実現することができる、注目の技術です。本書では、ライトニングネットワークの基本的な仕組みから、各アーキテクチャの詳細、またライトニングノードの実装や運用方法についてもカバーしています。

『マスタリング・ライトニングネットワーク』 (Andreas M. Antonopoulos、Olaoluwa Osuntokun、René Pickhardt 著、安土 茂亨、中城 元臣、深田 涼太、鳩貝 淳一郎 監訳、株式会社クイープ 訳、オライリー・ジャパン、2022 年 12 月刊) は、ビットコインの上で動くセカンドレイヤーの決済プロトコルであるライトニングネットワークについて、基本的な仕組みからノードの実装と運用、プロトコルの各層の詳細までを解説する技術書です。原書は Mastering the Lightning Network で、副題は「ビットコインの迅速な支払いを実現するセカンドレイヤーブロックチェーンプロトコル」です。

第 I 部と第 II 部、全 17 章と付録 4 本の構成

本文は第 I 部と第 II 部の 2 部です。第 I 部「ライトニングネットワークを理解する」は、1 章「ライトニングネットワークの紹介」、2 章「ライトニングネットワークを使うための準備」、3 章「ライトニングネットワークの仕組み」、4 章「ライトニングノードソフトウェア」、5 章「ライトニングネットワークノードの運用」です。第 II 部「ライトニングネットワークを詳しく調べる」は、6 章「ライトニングネットワークのアーキテクチャ」から、7 章「ペイメントチャネル」、8 章「ペイメントチャネルネットワークでのルーティング」、9 章「チャネルの操作とペイメントの転送」、10 章「オニオンルーティング」、11 章「ゴシップとチャネルグラフ」、12 章「経路探索とペイメントの配送」、13 章「ワイヤープロトコル: フレーミングと拡張性」、14 章「ライトニングの暗号化メッセージトランスポート」、15 章「ライトニングのペイメントリクエスト」、16 章「ライトニングネットワークのセキュリティとプライバシー」を経て、17 章「おわりに」で終わります。巻末には付録 A「ビットコインのファンダムレビュー」、付録 B「Docker の基本的なインストールと使用」、付録 C「ワイヤープロトコルメッセージ」、付録 D「出典とライセンス告知」があります。

チャネルの外で支払いを済ませる仕組みと HTLC

ビットコインの取引は、ブロックチェーン に記録されて承認されるまで待つ必要があり、1 つのブロックに入る取引の量にも限りがあります。ライトニングネットワークはこの制約を、取引の大半をチェーンの外で済ませることで回避します。2 人の参加者がまず 2-of-2 のマルチシグに資金を預ける取引をチェーンに記録し、以後は残高の配分を書き換えた署名済みの取引を互いに交換するだけで支払いを進め、チャネルを閉じる時にだけ最終の状態をチェーンに書き戻します。直接のチャネルが無い相手へは、複数のチャネルを経由して支払いを中継します。この中継を途中の参加者に持ち逃げされないようにするのが HTLC (Hash Time-Locked Contract) です。受取人だけが知る秘密の値の ハッシュ と期限を条件にして、経路上のすべての送金が成立するか、すべてが期限で取り消されるかのどちらかになるように組まれています。経路の情報は送信者が層ごとに暗号化して包むオニオンルーティングで運ばれ、中継する参加者には直前と直後の相手しか分かりません。ノード間の通信も、Web で広く使われる TLS とは別の、独自の暗号化トランスポートで守られています。

ノードを立てて動かす第 I 部の実践

2 章ではウォレットの作成とニーモニックフレーズの保管から、チャネルを開いてコーヒーを買う流れまでを追い、4 章では Docker コンテナで Bitcoin Core を Regtest で動かし、c-lightning、Lightning Network Daemon (LND)、Eclair の 3 つのノード実装をビルドして、docker-compose で組んだ小さなネットワークでチャネルを開き支払いをルーティングします。5 章はノードの運用で、クラウドと自宅のどちらで動かすかの選択、RaspiBlitz、myNode、Umbrel、BTCPay Server といった導入支援の道具、バックアップ、ウォッチタワー、インバウンドの流動性やリバランスを含むチャネルの管理、ルーティング手数料、Ride The Lightning、lndmon、ThunderHub による管理までを扱います。

版元が想定する読者

版元の紹介文は、レイヤー 2 技術に興味を持ち、コミュニティへの参加を考えているエンジニアを読者に想定しています。第 II 部はマルチシグやトランザクション展性、Segregated Witness、BOLT#11 のペイメントリクエストといったビットコインとプロトコル仕様の語で進みます。本書は、ノードの構築と運用の手順から、チャネル、HTLC、オニオンルーティング、ゴシップ、経路探索、暗号化トランスポート、ペイメントリクエスト、セキュリティとプライバシーまでのプロトコルの各層を、全 17 章と付録 4 本に収めています。