ライトニングネットワークは、ビットコイン（BTC）のブロックチェーンに追加された第2層であり、オフチェーントランザクション、つまりブロックチェーンネットワーク上にないパーティ間のトランザクションを可能にします。当事者間またはビットコインユーザー間の複数の支払いチャネルが第2層を構成します。ライトニングネットワークチャネルは、当事者が相互に支払いを行ったり受け取ったりできる2者間取引方法です。レイヤー2は、ブロックチェーンメインネット（レイヤー1）の外部でトランザクションを管理することにより、ブロックチェーンアプリケーションのスケーラビリティを強化しますが、メインネットの強力な分散型セキュリティパラダイムの恩恵を受けます。
スケーラビリティは、暗号通貨の普及を制限する重要な障壁です。適切に拡張された場合、ブロックチェーンネットワークは1秒あたり数百万から数十億のトランザクション（TPS）を処理できます。このコンテキストでは、ライトニングネットワークは、オフチェーンでの取引と決済によって低料金を請求し、従来の「暗号でコーヒーを購入できますか」という難問を解決できるインスタントマイクロペイメントなどの新しいユースケースを可能にし、処理時間を短縮し、費用を削減します（エネルギーコスト）ビットコインのブロックチェーンに関連しています。
ただし、その意図はありますが、ライトニングネットワークは依然として問題の解決に苦労しており、ルーティング料金の低さや悪意のある攻撃などのさまざまな問題を引き起こしています。たとえば、支払いチャネルの開閉には少額の手数料が必要です。これらの小額の料金に加えて、トランザクションを検証しているノードに向かうルーティング料金があります。
ここで、疑問が生じます。ルーティング料金が非常に低い場合、ノードがそのトランザクションを検証するのはなぜですか？
明確な答えは、重要でないトランザクションを検証するための手数料が低くなるため、マイナーは小さなトランザクションを検証しないことが多いということです。その結果、トレーダーはルーティング料金を支払い、トランザクションが検証されるまで長く待たなければならない場合があります。悪意のある攻撃に関しては、悪意のある攻撃者がさまざまな支払いチャネルを開始し、それらを一度に閉じる可能性があります。次に、これらのチャネルを検証する必要があります。これらのチャネルは、正当なチャネルの邪魔になり、ネットワークを混雑させます。輻輳中、攻撃者は正当な当事者が状況に気付く前に資金を引き出す可能性があります。
ライトニングネットワークは、2015年にタデウスドライヤとジョセフプーンの2人の研究者によって、「ビットコインライトニングネットワーク」というタイトルの論文で提案されました。彼らの著作は、ビットコインの匿名の作成者である中本聡が行った支払いチャネルに関する以前の議論に基づいていました。中本は、2013年に会話を公開した開発者の仲間であるマイクハーンに支払いチャネルについて説明しました。
この論文の要約では、支払いチャネルで構成されるオフチェーンプロトコルについて説明しています。支払いチャネル内では、チャネルがオフチェーンに存在するため、2つの信頼できない当事者がメインネットを混雑させることなく価値を転送できます。オフチェーンチャネルは、ビットコインのスケーラビリティの問題を解決するように設計されています。その後、DryjaとPoonは、Visaが2013年の休暇中に47,000 TPSでピークに達したと詳細に説明しました。ビットコインがVisaのTPSに近づくには、ブロックあたり8ギガバイト相当のトランザクションを管理する必要があります。これは現在のブロックチェーンの機能にはほど遠いものです。 。当初、ビットコインは、それらのトランザクションがそれぞれ約300バイトであると仮定すると、1秒間に7つのトランザクションしか処理できませんでした。さらに、ビットコインのブロックには、当時1メガバイトのトランザクション制限しかありませんでした。そのため、47,000近くのビットコイントランザクションを1つのブロックに収める余地は確かにありませんでした。ライトニングネットワークのオフチェーン支払いチャネルは、ビットコインのスケーラビリティの欠如に対処するために作成されました。これらのチャネルにより、ネットワークを混雑させることなく、さまざまな小規模なトランザクションを存在させることができます。
2016年、DryjaとPoonは、ライトニングネットワークの開発を専門とする会社であるLightning Labs（他の数人の貢献者と共に）を設立しました。時間の経過とともにさまざまなチームメンバーが変更されましたが、LightningLabsはプロトコルをコアビットコインネットワークと互換性のあるものにするために取り組みました。 2017年にビットコインのSegWitベースのソフトフォークが各ブロックに収まるようにさらに多くのトランザクションのためのスペースを解放し、トランザクションの可鍛性と呼ばれる長年のビットコインのバグを取り除いた後、ブレークスルーが可能になりました。このバグにより、ユーザーは偽のトランザクションを実行し、ネットワークに嘘をつき、ビットコインをウォレットに保持することができました。
リリース前のテストにより、開発者はライトニングネットワーク上ですぐにアプリを構築できました。アプリには、ライトニングネットワークのマイクロトランザクションの力を利用したウォレットやギャンブルプラットフォームなどのシンプルなユースケースが含まれていました。
2018年、ライトニングラボはついにライトニングネットワーク実装のベータ版をビットコインメインネットに導入しました。このとき、Twitterの創設者であるジャックドーシーのような公人がプロジェクトへの関与を開始しました。たとえば、ドーシーは開発者のグループを雇い、ビットコインで支払うことでライトニングネットワークの開発に専念しました。彼はまた、将来的にライトニングネットワークをTwitterに実装することを計画しています。
このプロトコルを使用すると、顧客と喫茶店の間など、2者間でピアツーピアの支払いチャネルを作成できます。チャネルが確立されると、ほぼ瞬時に安価な無制限の量のトランザクションを送信できるようになります。これは、ユーザーがビットコインネットワークに影響を与えることなく、コーヒーなどのさらに小さな商品やサービスに支払うための独自の小さな元帳として機能します。
支払いチャネルを作成するには、支払人は一定量のビットコインをネットワークにロックする必要があります。ビットコインがロックインされると、受信者は適切と思われる金額を請求できます。顧客がチャネルを開いたままにしておきたい場合は、ビットコインを一貫して追加することを選択できます。
ライトニングネットワークチャネルを使用することにより、両方の当事者が相互に取引できます。ビットコインブロックチェーン上の通常のトランザクションとは対照的に、一部のトランザクションは異なる方法で処理されます。たとえば、2つのパーティがチャネルを開いたり閉じたりすると、メインブロックチェーンでのみ更新されます。
両当事者は、メインのブロックチェーンに通知することなく、無期限に両当事者間で資金を転送できます。ブロックチェーン内のすべてのトランザクションがすべてのノードによって承認される必要がないため、この戦略によりトランザクション時間が大幅に短縮されます。トランザクションをルーティングできるライトニングネットワークノードは、関係者間の個々の支払いチャネルを組み合わせることによって形成されます。したがって、ライトニングネットワークは、多くの支払いシステムが相互にリンクされた結果です。
最終的に、2つの当事者が取引を終了することを決定した場合、チャネルを閉じることができます。次に、チャネルのすべての情報が1つのトランザクションに統合され、記録のためにビットコインメインネットに送信されます。統合により、数十の小さなトランザクションが一度にネットワークにスパムを送信し、ノードの検証にかかる時間と労力を削減する1つのトランザクションに単純化されます。支払いチャネルがないと、小さなトランザクションが大きなトランザクションの邪魔になり、ネットワークが混雑し、ノードが検証するためにさらに追加されます。
たとえば、マイクが毎日地元のコーヒーショップに行き、ビットコインで支払いたいとしましょう。彼はコーヒーカップごとに小さなトランザクションを行うことを選択できましたが、ビットコインのスケーラビリティの問題により、トランザクションの検証に1時間以上かかる場合があります。マイクはまた、小さな取引をしているにもかかわらず、ビットコインネットワークの高額な料金を支払う必要があります。 Visaなどの企業には24,000TPS以上を処理するインフラストラクチャがあるため、小規模なトランザクションはカードなどの従来の支払い方法で機能します。対照的に、ビットコインは、通常の日に、7つのTPSを検証できます。
ライトニングネットワークを使用すると、マイクはコーヒーショップで支払いチャネルを開くことができます。各コーヒーの購入はそのチャネル内で記録され、ショップは引き続き支払いを受けます。トランザクションは安価であるか、場合によっては無料であるだけでなく、瞬時に行われます。次に、チャネルを開始したビットコインが消費されると、マイクはチャネルを閉じるか、それを補充するかを選択できます。チャネルが閉じられると、そのすべてのトランザクションがメインのビットコインブロックチェーンに記録されます。
ライトニングネットワークは、2者間でスマートコントラクトを作成します。契約ルールは作成時に契約にコード化されており、破ることはできません。スマートコントラクトコードは、すべての参加者が同意する事前設定された要件で契約が最初に作成されるため、契約の履行が自動的に行われることも保証します。顧客がコーヒーに正しい金額を支払うときのように、これらの要件が満たされると、サードパーティの関与なしに契約が自動的に履行されます。ライトニングネットワークは、検証されると、支払いチャネル内のトランザクションを匿名化します。誰もが見ることができるのは、価値の全体的な移転であり、その中の個々の取引ではありません。
ライトニングネットワークの明らかな長所は、より高速で安価なトランザクションであり、これまで不可能だった方法でマイクロペイメントを可能にします。ライトニングネットワークがなければ、ユーザーは単純なトランザクションに高額の料金を支払い、それが検証されるまで1時間以上待つ必要があります。マイナーは、より大きな報酬を獲得するため、より大きなトランザクションを検証することを選択するため、より小さなトランザクションでは待機時間が長くなります。
ライトニングネットワークはビットコインブロックチェーンに接続されており、その上にレイヤーとして存在します。この接続は、ライトニングネットワークがビットコインのセキュリティプロトコルの恩恵を受けていることを意味します。その後、ユーザーは、安全性を気にすることなく、大規模なトランザクション用にメインブロックチェーンを選択し、小規模なトランザクション用にライトニングネットワークのオフチェーンに切り替えることができます。ライトニングネットワークの支払いチャネルは、見物人が個々のトランザクションをすべて見ることはできず、パッケージ全体だけを見ることができるため、プライベートトランザクションも提供します。
暗号通貨愛好家は、サードパーティや交換を使用せずに、ある暗号通貨を別の暗号通貨に交換する行為であるアトミックスワップもテストしています。アトミックスワップは、手数料やウォレットの転送がほとんどまたはまったくない、ほぼ瞬時のスワップを提供するため、交換よりも便利です。
ライトニングネットワークを実際に利用するには、ライトニングネットワークと互換性のあるウォレットを取得する必要があります。ライトニングネットワークで動作するウォレットを見つけるのは簡単ですが、ユーザーは従来のビットコインウォレットから資金を調達する必要があります。従来のウォレットからライトニングネットワークウォレットへの最初のトランザクションには料金がかかるため、ユーザーはプロトコルと対話するためにビットコインを失うことになります。資金がライトニングネットワークウォレットに入った後、ユーザーは支払いチャネルを作成するためにビットコインをロックする必要があります。
ウォレット間でビットコインを送信することは、煩わしくて費用がかかる可能性があり、新しいユーザーにとっては不快です。とはいえ、一部のウォレットは手数料を支払うことなくオンチェーンとオフチェーンの両方の支払いを管理でき、利便性は時間の経過とともに向上する可能性があります。
支払いチャネルのいずれかの参加者が資金を引き出すことを決定した場合、資金を使用する前に、チャネルを積極的に閉じてそのビットコインを受け取る必要があります。たとえば、少しのお金を引き出してチャンネルを開いたままにすることはできません。支払いチャネルを閉じたり開いたりする場合でも、両方の参加者がルーティング料金と呼ばれる最初のトランザクションを行う必要があります。チャネルを開くことは概念的には単純ですが、これらの追加の支払いはすべて、多くの潜在的なユーザーが気にするよりもプロセスを高価にします。
ただし、ライトニングネットワークの最大の問題の1つは、オフライントランザクション詐欺です。支払いチャネルの一方の参加者が、もう一方の当事者がオフラインのときにそれを閉じることを選択した場合、前者は資金を盗むことができます。後者がようやくオンラインになったとき、何もするのは遅すぎます。詐欺師はオフラインのままで、連絡を取る方法がありません。
また、ライトニングネットワークには、確認が表示されない送信トランザクションである支払いの滞りなどのバグがあります。ビットコインネットワークはスタックした支払いを返金しますが、検証に関しては有効なトランザクションがスタックしたトランザクションよりも優先されるため、取得に数日かかる場合があります。
最後に、ライトニングネットワークがすべての問題を解決したとしても、規制当局の場合があります。規制当局は、適切な法律を制定するのに十分なライトニングネットワークを理解するのに苦労する可能性があります。規制当局が苦労している場合、主流の暗号ユーザーもライトニングネットワークの使用に苦労する可能性があります。規制当局がプロトコルを理解していても、匿名性のためにライトニングネットワークを許可しない場合があります。匿名の取引は、チャネル内で行われた個々の取引ではなく、ユーザーが支払いチャネルを閉じた後にのみ最終的な取引を見ることができることを考えると、立法者を怖がらせる可能性があります。
ライトニングネットワークにとって幸いなことに、しかし、採用は増加しています。 DappRadarによると、ライトニングネットワークにロックされているビットコインは1億1,000万ドルを超えています。これらは、商品やサービスの支払い、アプリの利用、ギャンブルなどの人々である可能性があります。
ライトニングネットワーク互換のウォレットなど、一部のアプリはネットワークの使用に不可欠です。ライトニングネットワークはビットコインのメインネットとは別のプロトコルであることを考えると、ユーザーが支払いチャネルを作成できるように、異なるタイプのウォレットが必要です。トレーダーは、最適化されたウォレットなしでライトニングネットワークを利用することはできません。ライトニングネットワークの採用が増え続ける場合、業界はより多くのウォレット開発者がライトニングネットワークのサポートを統合することを期待できます。専用ユーザーもノードになり、ライトニングネットワークのトランザクション時間を短縮できます。
Lightningでの開発が、さまざまなプロジェクトでレイヤー2ソリューションとして機能するように拡張されたことも注目に値します。暗号通貨取引所もプロトコルをサポートし始めており、ライトニングネットワークをできるだけ多くのトレーダーに提供しています。ライトニングネットワークを統合する取引所では、トレーダーは少量のビットコインを安価かつ即座に引き出すことができます（ビットコインが混雑している場合でも）。ライトニングネットワークがないと、ビットコインの従来のテクノロジーにより、ユーザーは高い取引手数料と待ち時間に悩まされる可能性があります。
さまざまな特殊なノードで構成されるサードパーティの保護サービスである監視塔も、ライトニングネットワークに導入されました。一部のノードは時々オフラインになり、支払いチャネルをオフラインのトランザクション詐欺にさらされたままにします。参加者は、チャンネルを無人のままにする代わりに、望楼に小額の料金を支払い、チャンネル取引に関連する記号を提供することができます。望楼は、シニフィアンを利用して、残りのすべての中からユーザーのチャンネルを識別し、それを監視します。
監視塔は、相手方が支払いチャネルを閉鎖しようとするなどの悪意のある活動を感知すると、資金を自動的に凍結し、オフラインユーザーに返金します。望楼はまた、チャネルから資金を削除することにより、悪意のある当事者にペナルティを科します。