CGV研究 | カラーコインからスマートコントラクトまで、ビットコインエコシステムにおける技術進化の包括的な分析

制作：CGVリサーチ
著者: シニック

ビットコインは、最初に成功した分散型デジタル通貨として、2009 年の誕生以来、暗号通貨分野の中核となっています。革新的な支払い手段および価値の保存手段として機能するビットコインは、暗号通貨とブロックチェーン テクノロジーに対する世界的な広範な関心を引き起こしました。 しかし、ビットコインエコシステムは成熟と拡大を続けるにつれて、トランザクション速度、スケーラビリティ、セキュリティ、規制問題などのさまざまな課題に直面しています。

最近、BRC20 が主導するスクリプト エコシステムが市場を席巻し、さまざまなスクリプトが 300 倍以上に増加しています。 ビットコインのオンチェーントランザクションは非常に混雑しており、平均GasはXNUMXsat/vBを超えています。 同時に、 airdrop Nostr Assets の製品は市場の注目をさらに獲得し、プロトコル設計を実現します。 whitepaperBitVM や BitStream のようなものが提案されており、ビットコイン エコシステムの潜在力の急成長を示しています。

CGV Research チームは、技術の進歩、市場力学、法的規制などを含むビットコイン エコシステムの現状の包括的なレビューを通じて、ビットコイン テクノロジーの詳細な分析を実施し、市場動向を調査します。 私たちはビットコインの発展に関するパノラマ的な視点を提供することを目指しています。 この記事は、ビットコインの基本原理と開発の歴史を再検討することから始まり、ライトニング ネットワークや分離された監視などのビットコイン ネットワークの技術革新を掘り下げ、将来の開発傾向を予測します。

資産発行：カラーコインから始める

Script エコシステムの本質は、シンプルさ、公平性、利便性を備えた、障壁の低い資産を発行する権利を一般の個人に提供することにあります。 ビットコインのスクリプト プロトコルの出現は 2023 年に発生しましたが、2012 年の時点で、カラー コインとして知られる資産発行にビットコインを利用するという概念が存在していました。

カラーコイン: 初期の試み

カラーコインとは、ビットコインシステムを使用してビットコイン以外の資産の作成、所有権、譲渡を記録する一連のテクノロジーを指します。 このテクノロジーは、第三者が保有するデジタル資産や有形資産を追跡するために使用でき、カラーコインを介した所有権取引を容易にします。 「色付き」という用語は、ビットコイン UTXO に特定の情報を追加して他のビットコイン UTXO と区別し、それによって同種のビットコイン間に異質性を導入することを指します。 Colored Coins テクノロジーにより、発行された資産は、二重支払いの防止、プライバシー、セキュリティ、透明性、検閲への耐性など、ビットコインと同様の多くの特性を備え、取引の信頼性を確保します。

プロトコルが defiColored Coins の ned は、一般的なビットコイン ソフトウェアでは実装されていません。 カラーコインに関連する取引を識別するには、特定のソフトウェアが必要です。 明らかに、カラーコインは、カラーコインプロトコルを認識するコミュニティ内でのみ価値を持ちます。 そうしないと、異種カラーコインの色属性が失われ、純粋なサトシに戻ってしまいます。 一方で、小規模コミュニティによって認められたカラーコインは、資産の発行と流通においてビットコインの多くの利点を活用できます。 一方で、Colored Coinsプロトコルがソフトフォークを通じて最大のコンセンサスであるBitcoin-Coreソフトウェアに統合されることはほぼ不可能です。

オープンアセット

2013 年後半、Flavien Charlon は、カラー コインの実装の XNUMX つとして Open Assets Protocol を導入しました。 資産発行者は、非対称暗号化を使用して資産 ID を計算し、その資産 ID の秘密キーを持つユーザーのみが同一の資産を発行できるようにします。 アセット メタデータの場合、OP_RETURN オペコードを使用してメタデータをスクリプトに保存します。これは「マーカー出力」と呼ばれ、UTXO を汚染することなく色付きの情報を保存します。 ビットコインの公開鍵と秘密鍵の暗号化ツールを利用しているため、資産の発行はマルチ署名メカニズムを通じて実行できます。

EPOBC

2014 年に、ChromaWay は EPOBC プロトコルを導入しました。これは、Enhanced, Padded, Order-Based Coloring の略です。 このプロトコルは、生成と転送の XNUMX 種類の操作で構成されます。 ジェネシス操作は資産の発行に使用され、転送操作は資産の移転を容易にします。 資産タイプを明示的にエンコードしたり区別したりすることはできず、ジェネシス トランザクションごとに新しい資産が発行され、発行中にその合計数量が決定されます。 EPOBC 資産は転送操作を使用して転送する必要があり、EPOBC 資産が非転送操作トランザクションの入力として使用される場合、その資産は失われます。

EPOBC 資産に関する追加情報は、ビットコイン トランザクションの nSequence フィールドを通じて保存されます。 nSequence フィールドは、32 ビットで構成されるビットコイン トランザクションの予約フィールドです。 その下位 6 ビットはトランザクション タイプを決定するために使用され、ビット 12 ～ XNUMX はビットコイン プロトコルのアンチダスト攻撃要件を満たすためのパディングに使用されます。 nSequence フィールドを使用してメタデータ情報を保存する利点は、追加のストレージが必要ないことです。 識別するための資産 ID がないため、EPOBC 資産に関連する各トランザクションは、そのカテゴリと正当性を判断するために生成トランザクションまで遡る必要があります。

マスターコイン/オムニレイヤー

前述のプロトコルと比較して、マスターコインは商用実装でより成功しています。 2013年、マスターコインは史上初のICOを実施し、5000BTCを調達し、新たな時代の幕開けを告げました。 広く知られている USDT は、最初はビットコイン ブロックチェーン上で発行され、オムニ レイヤーを通じて導入されました。

マスターコインはビットコインへの依存度が低く、その状態の大部分をオフチェーンで維持し、オンチェーンには最小限の情報のみを保存することを選択します。 Mastercoin は基本的にビットコインを分散型ログ システムとして扱い、あらゆるビットコイン トランザクションを使用して資産運用の変更をブロードキャストします。 トランザクションの有効性の検証には、ビットコイン ブロックチェーンを継続的にスキャンし、オフチェーン資産データベースを維持することが含まれます。 このデータベースは、アドレスと資産の間のマッピング関係を保存し、アドレスはビットコイン アドレス システムを再利用します。

初期の Colored Coins では、主にスクリプト内で OP_RETURN オペコードを使用して、アセットに関するメタデータを保存していました。 SegWit と Taproot のアップグレード後、新しい派生プロトコルにはさらに多くのオプションが追加されました。

SegWit は Segregated Witness の略で、本質的には Witness (トランザクション入力スクリプト) をトランザクションから分離します。 この分離の主な理由は、入力スクリプトの変更によるノードの攻撃を防ぐことです。 ただし、ブロック容量が効果的に増加し、より多くの監視データを保存できるという利点もあります。

Taproot には MAST と呼ばれる重要な機能が導入されており、開発者はマークル ツリーを使用して出力にあらゆるアセットのメタデータを含めることができます。 Schnorr 署名を活用して代替性と拡張性を強化し、Lightning Network を介したマルチホップ トランザクションをサポートします。

序数と BRC20 および模擬取引: 壮大な社会実験

広い意味で、序数は XNUMX つのコンポーネントで構成されます。

– 衛星のシーケンスを決定するための BIP

– ビットコインコアノードを使用してすべてのサトシの位置（序数）を追跡するインデクサー

– 順序関連のトランザクションを処理するためのウォレット

– 順序に関連したトランザクションを識別するためのブロック エクスプローラー

もちろん、中心となるのは BIP/プロトコルそのものです。 序数 defiビットコインの最小単位であるサトシに番号を割り当てるソート スキーム (マイニングされた順序に基づいて 0 から開始) が必要です。 これにより、元々均質だったサトシに異質性が与えられ、欠乏性が導入されます。

明示的に序数を作成することなく、シングル署名、マルチ署名、タイムロック、高さロックなどの BTC のインフラストラクチャを再利用できます。 優れた匿名性を提供し、明示的なオンチェーンフットプリントを残しません。 ただし、多数の小さく未使用の UTXO が UTXO セットのサイズを増大させ、いわゆるダスト攻撃につながる可能性があるため、欠点は明らかです。 さらに、インデックスが占めるスペースは大きく、特定のSatを過ごすたびに特定の情報が必要になります。

– ブロックチェーンヘッダー

– そのSatを作成したコインベーストランザクションへのマークルパス

– その衛星を作成したCoinbaseトランザクション

特定の出力に特定のSatが含まれていることを証明するため。

この文脈での碑文とは、任意の内容を衛星に刻み込むことです。 具体的な方法には、コンテンツをタップルート スクリプト パスの支出スクリプトに完全にオンチェーンで配置することが含まれます。 書き込まれたコンテンツは、HTTP 応答形式に従ってシリアル化され、「エンベロープ」と呼ばれる支出スクリプト内の実行不可能なスクリプトにプッシュされます。 具体的には、書き込みには、条件文の前に OP_FALSE を追加し、書き込み内容を JSON 形式の実行不可能な条件文に配置することが含まれます。 書き込まれるコンテンツのサイズはタップルート スクリプトによって制限されており、合計は 520 バイト以下です。

タップルート支出スクリプトでは既存のタップルート出力を支出する必要があるため、登録にはコミットと公開という XNUMX つのステップが必要です。 最初のステップでは、書き込まれたコンテンツにコミットするタップルート出力が作成されます。 XNUMX 番目のステップでは、刻印されたコンテンツと対応するマークル パスを使用して、前のステップからのタップルート出力を消費し、オンチェーンで刻印されたコンテンツを明らかにします。

碑文の本来の目的は、代替不可能なトークンを導入することでした (NFTs) から BTC へ。 しかし、新しい開発者は ERC20 をベースに模倣した BRC20 を作成し、代替可能な資産を発行する機能を Ordinals にもたらしました。 BRC20 には、デプロイ、ミント、転送などの操作が含まれており、各操作にはコミットと公開の両方のステップが必要です。 取引プロセスはより複雑になり、コストも高くなります。

実際のデータを例として使用する: [サンプルデータは提供されていません]

選択した部分が記述内容で、デシリアライズ後の結果は以下のようになります。

Atomicals から派生した ARC20 プロトコルは、ビットコイン トランザクション システムを再利用し、ARC20 トークンの各ユニットを SATOSHI にバインドすることでトランザクションを簡素化することを目的としています。 コミットおよび公開ステップを通じてアセットを発行した後、ARC20 トークン間の転送は、対応する SATOSHI を転送することによって直接実行できます。 ARC20 のデザインは文字通りのデザインとより一致しています。 defiカラーコインの分割 - 既存のトークンに新しいコンテンツを追加して新しいトークンを作成します。新しいトークンの価値は元のトークンと同等であり、金や銀の宝石に似ています。

クライアント側検証 (CSV) と次世代アセット プロトコル

2017 年に Peter Todd によって提案されたクライアント側検証には、オフチェーン データ ストレージ、オンチェーン コミットメント、およびクライアント側検証が含まれます。 現在、クライアント側検証をサポートするアセット プロトコルには、RGB および Taproot Assets (Taro) が含まれます。

RGB：

クライアント側の検証に加えて、RGB はコミットメント メカニズムとして Pedersen ハッシュを使用し、出力ブラインド化をサポートします。 支払いを要求する場合、トークンを受け取る UTXO を公開する必要はありません。 代わりにハッシュ値が送信され、プライバシーと検閲への耐性が強化されます。 トークンを使用するときは、トランザクション履歴を確認するために、ブラインド化された値を受信者に明らかにする必要があります。

さらに、RGB ではプログラマビリティを向上させるために AluVM が導入されています。 クライアント側の検証中、ユーザーは受信した支払い情報を検証するだけでなく、最終性を確認するために資産の起源のトランザクションまで遡って、支払者からすべてのトランザクション履歴を受け取ります。 すべての取引履歴を検証することで、受け取った資産の正当性が保証されます。

主根資産:

Lightning Labs によって開発された Taproot Assets を使用すると、発行された資産を Lightning Network 上で即時、大量、低コストで転送できます。 Taproot プロトコルを中心に設計されており、プライバシーとスケーラビリティが強化されています。

証人データはオフチェーンに保存され、オンチェーンで検証され、ローカルまたは「ユニバース」と呼ばれる情報リポジトリ (Git リポジトリに類似) に存在できます。 証人検証には、Taproot Assets のゴシップ層を通じて広められた、資産発行からのすべての履歴データが必要です。 クライアントはローカルのブロックチェーンのコピーを使用して相互検証できます。

Taproot アセットは、スパース マークル サム ツリーを使用してアセットのグローバルな状態を保存するため、ストレージ コストは高くなりますが、効率的な検証が可能です。 包含/非包含の証明により、資産取引履歴を遡ることなく取引を検証できます。

スケーラビリティ: ビットコインの永遠の命題

ビットコインは最高の市場価値、安全性、安定性を備えているにもかかわらず、「ピアツーピア電子キャッシュ システム」という当初のビジョンから逸脱しています。 ブロック容量が限られているため、ビットコインは大規模かつ頻繁なトランザクションを処理できず、過去 XNUMX 年間にわたってさまざまなプロトコルがこの問題に対処するようになりました。

決済チャネルとライトニングネットワーク: ビットコインの正統派ソリューション

ライトニング ネットワークは、支払いチャネルを確立することによって動作します。 ユーザーは、任意の XNUMX 者間で支払いチャネルを作成したり、チャネルを接続してより広範な支払いチャネル ネットワークを形成したり、直接チャネルを使用せずにユーザー間で間接的に支払いを行ったりすることもできます。 たとえば、アリスとボブがビットコイン ブロックチェーンにそれぞれを記録せずに複数のトランザクションを実行したい場合、両者の間に支払いチャネルを開くことができます。 このチャネル内で多数のトランザクションを実行できますが、必要なのは XNUMX 回のブロックチェーン記録だけです (チャネルを開くときに XNUMX 回、チャネルを閉じるときにもう XNUMX 回)。 これにより、ブロックチェーンの確認の待ち時間が大幅に短縮され、ブロックチェーンの負担が軽減されます。

現在、ライトニング ネットワークには 14,000 を超えるノード、60,000 のチャネルがあり、総容量は 5000 BTC を超えています。

サイドチェーン: ビットコインにおけるイーサリアムのアプローチ

スタック

Stacks は、ネイティブ トークンを Gas トークンとして使用し、ビットコインのスマート コントラクト層として自らを位置づけています。 スタックは、ビットコインと同期して進化するマイクロブロックメカニズムを採用しており、ブロックが同時に確認されます。 スタックでは、これを「アンカー ブロック」と呼びます。 各スタック トランザクション ブロックは単一のビットコイン トランザクションに対応し、より高いトランザクション スループットを実現します。 ブロックが同時に生成されるため、ビットコインはスタック ブロックを作成するレート リミッターとして機能し、ピア ネットワークに対するサービス拒否攻撃を防ぎます。

Stacks は、Proof of Transfer (PoX) の二重スパイラル メカニズムを通じてコン​​センサスを達成します。 マイナーは STX ステーカーに BTC を送信してブロックをマイニングする権利を競い合い、成功したマイナーはブロックのマイニングに成功した後に STX 報酬を受け取ります。 このプロセス中に、STX ステーカーはマイナーによって送信された比例した量の BTC を受け取ります。 Stacks は、ネイティブ トークンを発行することでマイナーに履歴台帳を維持するよう奨励することを目的としていますが、ネイティブ トークンがなくてもインセンティブは達成できます (RSK で見られるように)。

Stacks ブロックチェーン内のトランザクション データの場合、トランザクション データのハッシュは、OP_RETURN バイトコードを使用してビットコイン トランザクション スクリプトに保存されます。 Stacks ノードは、Clarity の組み込み機能を通じて、ビットコイン トランザクションに保存されている Stacks トランザクション データ ハッシュを取得できます。

スタックは、ビットコインのほぼレイヤー 2 チェーンと考えることができます。 しかし、国境を越えた資産の移動には依然としていくつかの欠陥があります。 ナカモトのアップグレード後、スタックスは資産の移動を完了するためにビットコイントランザクションの送信をサポートしますが、トランザクションの複雑さによりビットコインチェーン上でトランザクションを検証できなくなります。 資産の移動は複数署名委員会を通じてのみ検証できます。

RSK

RSK はマージマイニング アルゴリズムを利用しており、ビットコイン マイナーはほぼコストをかけずに RSK のブロック生成を支援し、追加の報酬を得ることができます。 RSK はネイティブ トークンを持たず、引き続き BTC (RBTC) をガス トークンとして使用します。 RSK には、イーサリアム仮想マシン (EVM) と互換性のある独自の実行エンジンがあります。

液体

Liquid は、許可されたノード アクセスを備えたビットコインのフェデレーテッド サイドチェーンであり、ブロック生成を担当する 11 人のメンバーによって監督されています。 アセットはロックアンドミントメカニズムを使用して転送されます。このメカニズムでは、アセットはBTCを使用してLiquidのマルチシグネチャアドレスに送信され、アセットがLiquidサイドチェーンに入ることが可能になります。 終了するには、L-BTC が Liquid チェーン上のマルチシグネチャ アドレスに送信されます。 マルチシグネチャ アドレスのセキュリティは 15 段階中 XNUMX に設定されています。

液体は次の点に焦点を当てます 金融アプリケーションを提供し、金融サービスに関連する SDK を開発者に提供します。 Liquid ネットワーク上の Total Value Locked (TVL) は現在約 3000 BTC です。

Nostr Assets: 集中化の強化

Nostr Assets (当初は NostrSwap という名前でした) は、BRC20 取引プラットフォームとして機能します。 3 年 2023 月 XNUMX 日に Nostr Assets Protocol にアップグレードされ、Nostr エコシステム内のすべての資産の移転がサポートされます。 ライトニングネットワークは資産の決済とセキュリティを処理します。 Nostr Assets を使用すると、ユーザーは Nostr 公開キーと秘密キーを使用して Lightning Network アセットを送受信できます。 Nostr Assets プロトコル上のトランザクションは、入金と出金を除き、ガスフリーで暗号化され、IPFS を使用して Nostr プロトコル リレーに保存され、高速かつ効率的にアクセスできます。 自然言語による対話をサポートし、複雑なインターフェイスの必要性を排除します。 Nostr Assets は、資産を転送および取引するためのシンプルで便利な方法をユーザーに提供し、Nostr ソーシャル プロトコルのトラフィック効果と組み合わせて重要なアプリケーションを見つける可能性があります。 しかし、基本的にはNostrメッセージを利用してウォレットを管理（カストディ）する方法です。 ユーザーは、集中型取引所に資産を預けるのと同じように、ライトニング ネットワーク上で資産を転送することで、Nostr Assets リレーに資産を預けます。 ユーザーが Nostr Assets 内の資産を転送および取引したい場合、Nostr キーで署名されたメッセージをサーバーに送信します。 検証後、サーバーはトランザクションを内部に記録し、ライトニング ネットワークやメインネットでの実行をバイパスし、ガス料金ゼロと高い TPS を実現します。

BitVM: プログラマビリティと無限のスケーリング

「計算可能な関数はすべてビットコインで検証できます。」

— Robin Linus、BitVM の作成者

ZeroSync の創設者である Robin Linus によって提案された BitVM は、既存のビットコイン OP コード (OP_BOOLEAN、OP_NOT) を利用して AND ゲート回路と NOT ゲート回路を形成し、プログラムを原始的な AND ゲート回路と NOT ゲート回路に分解します。 支出スクリプトのルートを、低コストのオンチェーン ストレージの Taproot トランザクションに配置します。 計算理論によれば、すべての論理計算は AND ゲート回路と NOT ゲート回路を使用して構築でき、理論的には BitVM Turing が完成し、ビットコインですべての計算を実行できるようになります。 ただし、実際には多くの制限があります。

BitVM は、OP Rollup の概念に従って、P2P モードで動作します。 証明者と​​検証者の XNUMX つの役割があります。 各トランザクションでは、証明者と検証者の両方が協力してトランザクションを構築し、担保を預けます。 証明者は結果を提供し、検証者が異なる結果を計算した場合、証明者にペナルティを与えるために不正証明をチェーンに送信します。 BitVM の主な使用例は、最小限のトラスト ブリッジと ZKP スケーリング (ZK ロールアップ) です。 BitVM の提案は、OP_CODE の複雑さの増加に対してビットコイン コミュニティでの支持を得るのが難しいための妥協案です。 既存の OP_CODE を利用して新しい機能を実装します。

BitVM はスケーリングのための新しいパラダイムを導入しますが、実際には多くの課題があります。

– 早すぎる: EVM は包括的な VM アーキテクチャを備えていますが、BitVM には文字列が 0 か 1 かを検証する機能が XNUMX つしかありません。

– ストレージのオーバーヘッド: NAND ゲートを使用してプログラムを構築するには、数十億の主根葉を含む数百メガバイトのデータが必要になる場合があります。

– P2P: 現在のモデルには 1 者間の対話が含まれており、証明者と挑戦者の構造にはインセンティブの問題があります。 理想的な OP ロールアップ (単一の正直な仮定) と同様に、XNUMX-N または NN に拡張するための考慮事項があります。

まとめ

この文書を包括的に検討すると、メインネットの処理能力と計算能力に限界があるため、ビットコインは計算をオフチェーンに移動して、より繁栄した多様なエコシステムを促進する必要があることがわかります。

一方では、オフチェーン計算およびクライアント側検証ソリューションは、ビットコイン トランザクションの特定のフィールドを利用して重要な情報を保存し、ビットコイン メインネットを分散ロギング システムとして扱い、その検閲耐性と信頼性を活用して重要なデータの可用性を確保します。 ある意味、このアプローチはソブリン ロールアップに似ています。 ビットコインのプロトコル層を変更する必要がなく、必要に応じてプロトコルを構築できるため、現在のシナリオではより高い実現可能性が提供されますが、ビットコインのセキュリティを完全に継承するわけではありません。

一方で、既存のツールを使用してビットコイン上で任意の計算を実現し、その後、効率的なスケーリングのためにゼロ知識証明テクノロジーを利用することを試みて、オンチェーン検証を推進する取り組みが進行中です。 ただし、これらの現在のソリューションはまだ非常に初期段階にあり、計算コストが高く、短期間で実装されるとは予想されていません。

もちろん、他のブロックチェーンと同様に高い計算能力を持つイーサリアムになぜ移行しないのかと疑問に思う人もいるかもしれません。 なぜビットコインで再実装するプロセスを経る必要があるのでしょうか?

だってビットコインだから。

参考：

https://wizardforcel.gitbooks.io/masterbitcoin2cn/content/appdx8.html

https://github.com/chromaway/ngcccbase/wiki/EPOBC_simple

https://github.com/OpenAssets/open-assets-protocol/blob/master/specification.mediawiki

https://twitter.com/LNstats

https://twitter.com/robin_linus/status/1723472140270174528

https://github.com/fiksn/bitvm-explained

https://bitcoinmagazine.com/technical/the-big-deal-with-bitvm-arbitrary-computation-now-possible-on-bitcoin-without-a-fork

https://mirror.xyz/0x5CCF44ACd0D19a97ad5aF0da492AC0388469DfE9/_k3vtpI7a5cQn5iISH7-riECpyudfI4BTeeeBMwNYDQ

https://twitter.com/AurtrianAjian/status/1723919714798178505

CGVについて
CGV (Cryptogram Venture) は、東京に本社を置く仮想通貨投資会社です。 CGV は、認可された日本円のステーブルコイン JPYW に投資し、インキュベートしています。 さらに、CGV FoF は、いくつかの世界的に有名な暗号通貨ファンドのリミテッドパートナーでもあります。 2022 年以来、CGV は日本版の XNUMX つのエディションを成功裡に企画してきました。 Web3 ハッカソン (TWSH) は、日本の文部科学省、慶応義塾大学、NTT ドコモなどの機関や専門家の共同支援を得ました。 現在、CGV は香港、シンガポール、ニューヨークなどの地域に支店を持っています。

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