先月エルサルバドルで開かれていたAdopting Bitcoin 2021というカンファレンスはライトニング関連のテーマが中心となり、その中でPeerSwapというコンセプトが発表されました。PeerSwapはアトミックスワップを使ってライトニングチャネルのリバランスを行うプロトコルです。

直接チャネルがつながっているノード間でP2Pで動作し、他のリバランス方法より安価に偏ってしまったチャネルバランスを調整できるとするPeerSwapはシンプルで画期的かもしれないと感じました。今日はそんなPeerSwapを紹介します。

既存のリバランス方法

ライトニングネットワークにとって、それを構成する各チャネルのバランスはスムーズな送金を実現する上で決定的に大事な条件です。

ライトニングネットワーク上の資金は無作為に流れているわけではなく、そのときに受け取り需要のある地点に向けて送金が偏りがちなため、ペイメントチャネルは放っておくとバランスが片側に偏ってしまう傾向にあります。このようにチャネルのバランスが不均衡であったとしても他のノードからはわからないので、支払いの試行→失敗が繰り返されてUXの低下につながるほか、そのチャネル自体が試行される確率が下がりネットワークの資金効率も低下します。

そこでバランスが偏ってしまったチャネルをリバランスする方法が色々と試されています。いくつかのノードを経由して自身に支払うCircular Rebalancing、単純にチャネルを新たに開く方法、3者間で協力的にチャネルを開くことでInbound/Outboundともに確保するLiquidity Triangle、Lightning LoopやPoolを利用する方法などがあり、それぞれに費用面や労力面で特徴があります。

例えばチャネルを新たに開く方法はLiquidityがInboundに偏った場合にのみ有効であり、チャネルの開閉に関わる手数料がかかってきてしまいます。同じオンチェーンのチャネル開設でもLiquidity Triangleは必ず50:50のバランスが得られますが、オンチェーンの手数料に加えて段取りに労力が必要な上に、ピアの質が良いとは限りません。

またLoopやPool、あるいは通常のCircular Rebalancingは費用が嵩みやすいほか、ルーティングのゼロサムゲームに参加する必要があり、チャネルの手数料管理について知識がないと損をしやすいと言えます。(すぐまたバランスが偏ってしまい、手数料負けするなど)

PEERSWAPの特徴

PeerSwapは既存のチャネルのバランスを、そのチャネル相手とのアトミックスワップを使って調整するというアプローチを取ります。これによって、直接チャネルでつながっているピアと協力的に、かつトラストレスにオンチェーンでチャネルのリバランスをすることができます。

アトミックスワップとは、１つの支払いが完了すれば自動的にもう１つの支払いも完了するようにトランザクションを設計することによって、トラストレスにコインの交換を可能にするプロトコルのことです。On-chain BTCからLN invoiceへの支払いはSubmarine Swapという名称のアトミックスワップで実行でき、LNからOn-chain BTC addressへの支払いはReverse Submarine Swapという名称のものがあります。後者は受け手が先にオンチェーントランザクションを1つ発行するため、途中でバックレられると手数料がもったいないという問題はありますが…。

プロトコルとしてはオンチェーンの送金を受け取りLightningで送金するSwap Inと、オンチェーンで送金してLightningで送金を受け取るSwap Outの両方が定義されています。

いたずら対策のため、現時点では承認したノードからのみ受け付ける方式が検討されています。また、2-hop以上あっても原理上は実行可能ですが、信頼性は落ちると考えられます。

提案者がBlockstreamの関係者であることも関係していますが、アトミックスワップが可能であればどのような資産を使ってでも協力的に決済できるため、例としてLiquidのL-BTCを使うことも挙げられています。もちろん、アトミックスワップが可能なものであれば如何なる通貨でもできるはずです。

ただし、ビットコイン以外の通貨を扱う場合はプロセスの途中で交換レートが相手に不利な方向に変動した際に相手が取引を無料でキャンセルできうるという「フリーオプション問題」があるため、実行相手のピアに対してよりトラストが必要かと思われます。

まとめ

・ライトニングノードにとってチャネルバランスは非常に重要。ネットワーク全体の資金効率や可用性にも関わる問題だが、チャネルバランスは送金需要の偏在によって偏りがちという問題がある。

・既存のリバランス方法としてはチャネルを開設するものとLN上の送金経路を工夫するものがあるが、どちらもコストが嵩みやすいほか、難易度が高い、労力がかかる、損する可能性があるなど問題を抱えている。

・PeerSwapは２つのノード間でオンチェーンの支払いによるリバランスをアトミックスワップを使って実現する。そのため、オンチェーンのみならず、サイドチェーンやアルトコインのブロックチェーン上の資産を利用してチャネルのリバランスができるようになり、コスト削減につながる。

・実際に利用されるのはこれから。来年に期待