# オフチェーン拡張デプス解析## 1. 拡張の必要性ブロックチェーンの未来のビジョンは、脱中央集権、安全性、そしてスケーラビリティを実現することです。しかし、通常はそのうちの2つしか実現できず、これがブロックチェーンの不可能な三角問題と呼ばれています。長年にわたり、人々は脱中央集権と安全性を保証しながら、ブロックチェーンのスループットと取引速度を向上させる方法、つまりスケーリング問題を解決する方法を探求してきました。これは現在のブロックチェーンの発展過程でのホットな話題の一つです。ブロックチェーンの分散化、安全性、拡張性は次のように定義されます:- 分散型: 誰でもノードとなり、ブロックチェーンシステムの生成と検証に参加できます。ノードの数が多いほど、分散化の度合いが高まり、ネットワークが少数のグループに支配されないことを保証します。- セキュリティ: ブロックチェーンシステムの制御権を取得するコストが高いほど、セキュリティは高くなり、チェーンはより多くの参加者による攻撃に耐えることができます。- スケーラビリティ:ブロックチェーンが大量の取引を処理する能力。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-7d930821d982f99c43cf5400e4db2175)ビットコインネットワークの初めての重大なハードフォークは、スケーラビリティの問題に起因しています。ユーザー数と取引量の増加に伴い、1MBのブロック上限を持つビットコインネットワークは混雑に直面し始めました。2015年から、ビットコインコミュニティはスケーラビリティについて意見が分かれ、一方はブロックの拡大を支持し、もう一方はセグウィットソリューションを使用してメインチェーンの構造を最適化することを主張しました。2017年8月1日、大きなブロックを支持する側が独自に8MBのクライアントシステムを開発して運用したため、ビットコインは初めての重大なハードフォークを迎え、新しいコインBCHが誕生しました。イーサリアムネットワークも、セキュリティと分散化を保証するために一部のスケーラビリティを犠牲にすることを選択し、単一のブロックが収容できるガス代を制限することでトランザクション量を制限しています。その目的は、信頼のないコンセンサスを実現し、ノードの広範な分布を確保することです。2017年のCryptoKittiesからその後のDeFi、GameFi、NFTなどのアプリケーションの台頭まで、市場はスループットの需要が増加し続けています。しかし、イーサリアムは1秒あたり15〜45件の取引しか処理できず、取引コストが上昇し、決済時間が長くなり、大部分のDAppsは運営コストを負担することが難しくなっています。全体のネットワークはユーザーにとって遅くて高価になり、ブロックチェーンのスケーラビリティの問題は早急に解決する必要があります。理想的なスケーリングソリューションは、分散化と安全性を犠牲にせずに、できるだけ取引速度とスループットを向上させることです。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e)## 2. スケーラビリティソリューションの種類私たちは「メインネットの層を変更するかどうか」に従って、スケーリングソリューションをオンチェーンスケーリングとオフチェーンスケーリングの2つの大きなカテゴリに分けることができます。### 2.1 チェーン上のスケーリングコアコンセプト: 一層のメインネットプロトコルを変更することでスケーラビリティを達成するソリューション、現在の主なソリューションはシャーディングです。オンチェーンのスケーリングにはさまざまなソリューションがありますが、ここでは2つの例を簡単に挙げます。- ブロックスペースを拡大し、各ブロックにパッケージされるトランザクションの数を増やしますが、これによりノードデバイスに対する要求が高まり、非中央集権の程度が低下します。- シャーディングは、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、異なるノードが異なる記帳を担当し、並行計算で複数の取引を同時に処理できるようにします。これにより、ノードの計算負荷と参加のハードルが低下し、取引処理速度と分散化の程度が向上しますが、ネットワーク全体の安全性が低下する可能性があります。レイヤー1のメインネットプロトコルを変更することは、予測できない悪影響を引き起こす可能性があります。なぜなら、基盤となるわずかなセキュリティの脆弱性がネットワーク全体のセキュリティに深刻な脅威をもたらすからです。### 2.2 オフチェーン拡張コアコンセプト:既存のレイヤー1メインネットプロトコルを変更しないスケーラビリティソリューション。オフチェーン拡張ソリューションは、Layer2とその他のソリューションに細分化できます:Layer2 ソリューションには以下が含まれます:- ステートチャンネル- プラズマ- ロールアップ(楽観的ロールアップ & ZKロールアップ)その他のオプションには:- サイドチェーン- バリディウム! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5)## 3. オフチェーン拡張の方案### 3.1 ステートチャネル#### 3.1.1 まとめステートチャンネルは、チャネルがオープン、クローズ、または紛争を解決する際にのみ、ユーザーがメインネットとインタラクションする必要があることを規定しており、ユーザー間のインタラクションはオフチェーンで行うことで、取引時間とコストを削減し、取引回数を制限なく実現します。状態チャネルは、ターンベースのアプリケーションに適したシンプルなP2Pプロトコルであり、2人のチェスゲームなどに使用されます。各チャネルは、メインネット上で実行されるマルチシグスマートコントラクトによって管理され、このコントラクトはチャネルに預けられた資産を制御し、状態の更新を検証し、参加者間の争議を仲裁します。参加者はコントラクトを展開した後、資金を預けてロックし、双方が署名して確認した後にチャネルが正式に開通します。チャネルは、預けられたトークンの総額(を超えない限り、参加者が制限なしでオフチェーンの無料取引を行うことを可能にします。参加者は交互に状態の更新を送信し、相手の署名確認を待ちます。通常、双方が合意した状態の更新はメインネットにアップロードされず、争議が発生したり、チャネルが閉じられたりした場合のみメインネットの確認が必要です。チャネルを閉じる際、いずれかの参加者はメインネット上で取引リクエストを提出でき、全員の署名が承認されれば直ちに実行されます。そうでない場合は、「チャレンジ期間」が終了した後に残余資金が分配されるのを待つ必要があります。ステートチャネルは、メインネットの計算量を大幅に削減し、取引速度を向上させ、取引コストを下げることができます。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709()# 3.1.2 タイムライン- 2015年2月：ジョセフ・プーンとサディウス・ドライジャがライトニングネットワーク白書の草案を発表。- 2015/11:ジェフ・コールマンが初めてステートチャネルの概念を体系的にまとめ、ビットコインのペイメントチャネルはステートチャネルのサブケースであると提案しました。- 2016/01:ジョセフ・プーンとサディウス・ドライジャが正式にホワイトペーパーを発表し、ビットコインのライトニングネットワークのペイメントチャネル拡張案を提案しました。これはビットコインネットワークの送金支払いの処理のみに使用されます。- 2017/11: Payment Channelフレームワークに基づく最初のState Channelデザイン仕様Spritesを提案。- 2018/06: Counterfactual は、最初の完全に関連性のあるデザインである詳細な一般化状態チャネル デザインを提示します。- 2018/10: この記事では、State Channel NetworksとVirtual Channelsの概念を紹介しました。- 2019/02:ステータスチャンネルの概念がN-Party Channelsに拡張され、Nitroはこのアイデアに基づいて構築された最初のプロトコルです。- 2019/10:Pisaは、すべての参加者が継続的にオンラインである必要があるという問題を解決するために、Watchtowersの概念を拡張しました。- 2020/03:Hydra がファストアイソモルフィックチャネルを提案。#### 3.1.3 技術原則状態チャネルの一般的な作業フローは以下の通りです:1. アリスとボブは、メインネット契約に資金を預けることで、ステートチャンネルを開通します。2. 二人はオフチェーンで回数無制限の取引を行い、署名メッセージを通じて相互に通信し状態を更新します。3. チャネルを閉じる際に、アリスは契約に最終状態を提出します。ボブが署名して承認すれば、契約は最終状態に基づいて資金を配分します。ボブが応答しなければ、チャレンジ期間終了後に資金が配分されます。4. Bobがある時点でAliceが送信した状態更新に応答しない場合、Aliceは契約に最後の有効な状態###を提出し、Bobの以前の署名(を含めて挑戦を開始することができます。契約はBobが一定期間内に応答することを許可します。もしBobが応答すれば、取引を続行します; 応答しない場合、契約はチャンネルを閉じ、資金をAliceに返還します。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa()#3.1.4長所と短所価値：- インスタントファイナリティ- 低コスト取引- プライバシー性- 高スループット短所： - 継続してオンラインでいる必要があります- 予約された参加者のみに適用- 資金ロック- 複雑なチャネル管理- チャネルを閉じるときの遅延! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析]###https://img-cdn.gateio.im/social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e()# 3.1.5 アプリケーション**ビットコイン・ライトニングネットワーク**概要：ライトニングネットワークはビットコインネットワークの小額決済チャネルであり、技術の進化は次のように進んできました: 2/2 マルチシグによる一方向決済チャネルの構築、RSMCによる双方向決済チャネルの構築、HTLCの追加により決済チャネルが接続され、複数人での決済が可能になり、最終的に決済ネットワークが構築されます。オフチェーンの小額決済チャネルを通じて、仲介者を利用して取引ネットワークを形成し、ビットコインネットワークのスケーラビリティ問題を解決します。タイムライン:- 2015年2月:閃電ネットワークのホワイトペーパー草案を発表- 2016年1月:公式ホワイトペーパーをリリースし、Lightning Labsを設立 - 2018年3月:最初のメインネットバージョンをリリース- 2021年:Cash Appと複数の取引プラットフォームがライトニングネットワークをサポート- 2022年11月: 合計76,236の決済チャネル、チャネル資金5049 BTCエコロジー発展:ライトニングネットワークのエコシステムは、基盤から最上層まで次のようになります: BTCネットワーク、コアインフラ###ライトニングネットワークソリューション、ノードと流動性サービス(、さまざまなDapps。現在、インフラストラクチャレイヤーはほぼ成熟しており、ウォレットのサポートが増加し、金融サービスと支払いの統合が引き続き成長しており、より多くのエンターテイメントアプリケーションが構築されています。エコシステムは繁栄しています。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-a4480736fad06464a18b1727f6ab08fd(**イーサリアムライトニングネットワーク**概要：雷電ネットワークは、イーサリアムに基づく小額決済チャンネルで、ライトニングネットワークに似ており、状態チャネルを構築することでオンチェーン取引を拡張し、ほぼ瞬時で低コストかつスケーラブルなERC20トークンの支払いを実現することを目的としています。タイムライン:- 2017年設立- 2017年10月のICO- 2020年5月に最初のRaiden Light Clientがメインネットでローンチされました- 2021 年末に複数の取引所が $RDN を上場廃止しました現在は広く採用されていません。その理由には、使用のハードルが高いことや、より先進的なスケーリング技術の出現があります。チームは、State Channelの作成コストを削減するために、L2 Rollupネットワーク上での動作に改造しています。**セラーネットワーク**概要：Celer Networkの本質は、インセンティブ層を増加させるライトニングネットワークであり、オフチェーン拡張技術とインセンティブ経済モデルを通じて、高速で使いやすく、低コストで安全な高頻度インタラクティブDapps、例えばeスポーツプラットフォームを構築します。Celer NetworkがEthereumに基づいて実現したオフチェーン拡張フレームワークは、三層で構成されています:- cChannel:広義のステートチャンネルとサイドチェーンスイート- cRoute:オフチェーン決済ルーティング- cOS:オフチェーンアプリケーション開発フレームワークと実行環境タイムライン:- 2018年設立- 2019年3月にトークン$CELRがリリースされました- 2019年7月にイーサリアムメインネットでローンチされ、世界初の一般化されたステートチャネルネットワークを発表しました。エコロジー発展:ブロックチェーンエコシステムがマルチチェーンに向かって成長する中、Celer Network はコア技術を拡張し、クロスチェーンをサポートする L2 拡張アグリゲーションプラットフォームに変わりました。そして、DeFi プロトコル Layer2.finance、情報クロスチェーンプロトコル Celer IM、資産クロスチェーンブリッジ cBridge を発表しました。cBridge は 139 種類のトークンと 38 のチェーンをサポートしています。! [10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーンスケーリングの包括的な分析])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-1de870028e6093bdc65cf457fae9fe5f()# 3.1.6 アプリ比較ビットコイン・ライトニングネットワーク:- ビットコインの少額決済に特化- エコシステムの発展が良好で、応用が広範ですイーサリアムライトニングネットワーク: - ERC20トークンによる支払いをサポート- 発展が遅く、採用率が低いセラーネットワーク:- より複雑なアプリケーションシナリオをサポート- クロスチェーンL2スケーリングアグリゲーションプラットフォームに変換する### 3.2 サイドチェーン#### 3.2.1 まとめサイドチェーンの概念は2012年に初めて提唱され、ビットコインの取引を加速するために登場しました。
オフチェーン拡張ソリューションの全解析：ステートチャネル、サイドチェーンおよびそのアプリケーション
オフチェーン拡張デプス解析
1. 拡張の必要性
ブロックチェーンの未来のビジョンは、脱中央集権、安全性、そしてスケーラビリティを実現することです。しかし、通常はそのうちの2つしか実現できず、これがブロックチェーンの不可能な三角問題と呼ばれています。長年にわたり、人々は脱中央集権と安全性を保証しながら、ブロックチェーンのスループットと取引速度を向上させる方法、つまりスケーリング問題を解決する方法を探求してきました。これは現在のブロックチェーンの発展過程でのホットな話題の一つです。
ブロックチェーンの分散化、安全性、拡張性は次のように定義されます:
分散型: 誰でもノードとなり、ブロックチェーンシステムの生成と検証に参加できます。ノードの数が多いほど、分散化の度合いが高まり、ネットワークが少数のグループに支配されないことを保証します。
セキュリティ: ブロックチェーンシステムの制御権を取得するコストが高いほど、セキュリティは高くなり、チェーンはより多くの参加者による攻撃に耐えることができます。
スケーラビリティ:ブロックチェーンが大量の取引を処理する能力。
! 10,000語の詳細な調査レポート:オフチェーン拡張の包括的な分析
ビットコインネットワークの初めての重大なハードフォークは、スケーラビリティの問題に起因しています。ユーザー数と取引量の増加に伴い、1MBのブロック上限を持つビットコインネットワークは混雑に直面し始めました。2015年から、ビットコインコミュニティはスケーラビリティについて意見が分かれ、一方はブロックの拡大を支持し、もう一方はセグウィットソリューションを使用してメインチェーンの構造を最適化することを主張しました。2017年8月1日、大きなブロックを支持する側が独自に8MBのクライアントシステムを開発して運用したため、ビットコインは初めての重大なハードフォークを迎え、新しいコインBCHが誕生しました。
イーサリアムネットワークも、セキュリティと分散化を保証するために一部のスケーラビリティを犠牲にすることを選択し、単一のブロックが収容できるガス代を制限することでトランザクション量を制限しています。その目的は、信頼のないコンセンサスを実現し、ノードの広範な分布を確保することです。
2017年のCryptoKittiesからその後のDeFi、GameFi、NFTなどのアプリケーションの台頭まで、市場はスループットの需要が増加し続けています。しかし、イーサリアムは1秒あたり15〜45件の取引しか処理できず、取引コストが上昇し、決済時間が長くなり、大部分のDAppsは運営コストを負担することが難しくなっています。全体のネットワークはユーザーにとって遅くて高価になり、ブロックチェーンのスケーラビリティの問題は早急に解決する必要があります。理想的なスケーリングソリューションは、分散化と安全性を犠牲にせずに、できるだけ取引速度とスループットを向上させることです。
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2. スケーラビリティソリューションの種類
私たちは「メインネットの層を変更するかどうか」に従って、スケーリングソリューションをオンチェーンスケーリングとオフチェーンスケーリングの2つの大きなカテゴリに分けることができます。
2.1 チェーン上のスケーリング
コアコンセプト: 一層のメインネットプロトコルを変更することでスケーラビリティを達成するソリューション、現在の主なソリューションはシャーディングです。
オンチェーンのスケーリングにはさまざまなソリューションがありますが、ここでは2つの例を簡単に挙げます。
ブロックスペースを拡大し、各ブロックにパッケージされるトランザクションの数を増やしますが、これによりノードデバイスに対する要求が高まり、非中央集権の程度が低下します。
シャーディングは、ブロックチェーンの帳簿をいくつかの部分に分割し、異なるノードが異なる記帳を担当し、並行計算で複数の取引を同時に処理できるようにします。これにより、ノードの計算負荷と参加のハードルが低下し、取引処理速度と分散化の程度が向上しますが、ネットワーク全体の安全性が低下する可能性があります。
レイヤー1のメインネットプロトコルを変更することは、予測できない悪影響を引き起こす可能性があります。なぜなら、基盤となるわずかなセキュリティの脆弱性がネットワーク全体のセキュリティに深刻な脅威をもたらすからです。
2.2 オフチェーン拡張
コアコンセプト:既存のレイヤー1メインネットプロトコルを変更しないスケーラビリティソリューション。
オフチェーン拡張ソリューションは、Layer2とその他のソリューションに細分化できます:
Layer2 ソリューションには以下が含まれます:
その他のオプションには:
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3. オフチェーン拡張の方案
3.1 ステートチャネル
3.1.1 まとめ
ステートチャンネルは、チャネルがオープン、クローズ、または紛争を解決する際にのみ、ユーザーがメインネットとインタラクションする必要があることを規定しており、ユーザー間のインタラクションはオフチェーンで行うことで、取引時間とコストを削減し、取引回数を制限なく実現します。
状態チャネルは、ターンベースのアプリケーションに適したシンプルなP2Pプロトコルであり、2人のチェスゲームなどに使用されます。各チャネルは、メインネット上で実行されるマルチシグスマートコントラクトによって管理され、このコントラクトはチャネルに預けられた資産を制御し、状態の更新を検証し、参加者間の争議を仲裁します。参加者はコントラクトを展開した後、資金を預けてロックし、双方が署名して確認した後にチャネルが正式に開通します。チャネルは、預けられたトークンの総額(を超えない限り、参加者が制限なしでオフチェーンの無料取引を行うことを可能にします。参加者は交互に状態の更新を送信し、相手の署名確認を待ちます。通常、双方が合意した状態の更新はメインネットにアップロードされず、争議が発生したり、チャネルが閉じられたりした場合のみメインネットの確認が必要です。チャネルを閉じる際、いずれかの参加者はメインネット上で取引リクエストを提出でき、全員の署名が承認されれば直ちに実行されます。そうでない場合は、「チャレンジ期間」が終了した後に残余資金が分配されるのを待つ必要があります。
ステートチャネルは、メインネットの計算量を大幅に削減し、取引速度を向上させ、取引コストを下げることができます。
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)# 3.1.2 タイムライン
2015年2月：ジョセフ・プーンとサディウス・ドライジャがライトニングネットワーク白書の草案を発表。
2015/11:ジェフ・コールマンが初めてステートチャネルの概念を体系的にまとめ、ビットコインのペイメントチャネルはステートチャネルのサブケースであると提案しました。
2016/01:ジョセフ・プーンとサディウス・ドライジャが正式にホワイトペーパーを発表し、ビットコインのライトニングネットワークのペイメントチャネル拡張案を提案しました。これはビットコインネットワークの送金支払いの処理のみに使用されます。
2017/11: Payment Channelフレームワークに基づく最初のState Channelデザイン仕様Spritesを提案。
2018/06: Counterfactual は、最初の完全に関連性のあるデザインである詳細な一般化状態チャネル デザインを提示します。
2018/10: この記事では、State Channel NetworksとVirtual Channelsの概念を紹介しました。
2019/02:ステータスチャンネルの概念がN-Party Channelsに拡張され、Nitroはこのアイデアに基づいて構築された最初のプロトコルです。
2019/10:Pisaは、すべての参加者が継続的にオンラインである必要があるという問題を解決するために、Watchtowersの概念を拡張しました。
2020/03:Hydra がファストアイソモルフィックチャネルを提案。
3.1.3 技術原則
状態チャネルの一般的な作業フローは以下の通りです:
アリスとボブは、メインネット契約に資金を預けることで、ステートチャンネルを開通します。
二人はオフチェーンで回数無制限の取引を行い、署名メッセージを通じて相互に通信し状態を更新します。
チャネルを閉じる際に、アリスは契約に最終状態を提出します。ボブが署名して承認すれば、契約は最終状態に基づいて資金を配分します。ボブが応答しなければ、チャレンジ期間終了後に資金が配分されます。
Bobがある時点でAliceが送信した状態更新に応答しない場合、Aliceは契約に最後の有効な状態###を提出し、Bobの以前の署名(を含めて挑戦を開始することができます。契約はBobが一定期間内に応答することを許可します。もしBobが応答すれば、取引を続行します; 応答しない場合、契約はチャンネルを閉じ、資金をAliceに返還します。
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)#3.1.4長所と短所
価値：
短所：
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)# 3.1.5 アプリケーション
ビットコイン・ライトニングネットワーク
概要： ライトニングネットワークはビットコインネットワークの小額決済チャネルであり、技術の進化は次のように進んできました: 2/2 マルチシグによる一方向決済チャネルの構築、RSMCによる双方向決済チャネルの構築、HTLCの追加により決済チャネルが接続され、複数人での決済が可能になり、最終的に決済ネットワークが構築されます。オフチェーンの小額決済チャネルを通じて、仲介者を利用して取引ネットワークを形成し、ビットコインネットワークのスケーラビリティ問題を解決します。
タイムライン:
エコロジー発展: ライトニングネットワークのエコシステムは、基盤から最上層まで次のようになります: BTCネットワーク、コアインフラ###ライトニングネットワークソリューション、ノードと流動性サービス(、さまざまなDapps。現在、インフラストラクチャレイヤーはほぼ成熟しており、ウォレットのサポートが増加し、金融サービスと支払いの統合が引き続き成長しており、より多くのエンターテイメントアプリケーションが構築されています。エコシステムは繁栄しています。
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イーサリアムライトニングネットワーク
概要： 雷電ネットワークは、イーサリアムに基づく小額決済チャンネルで、ライトニングネットワークに似ており、状態チャネルを構築することでオンチェーン取引を拡張し、ほぼ瞬時で低コストかつスケーラブルなERC20トークンの支払いを実現することを目的としています。
タイムライン:
現在は広く採用されていません。その理由には、使用のハードルが高いことや、より先進的なスケーリング技術の出現があります。チームは、State Channelの作成コストを削減するために、L2 Rollupネットワーク上での動作に改造しています。
セラーネットワーク
概要： Celer Networkの本質は、インセンティブ層を増加させるライトニングネットワークであり、オフチェーン拡張技術とインセンティブ経済モデルを通じて、高速で使いやすく、低コストで安全な高頻度インタラクティブDapps、例えばeスポーツプラットフォームを構築します。
Celer NetworkがEthereumに基づいて実現したオフチェーン拡張フレームワークは、三層で構成されています:
タイムライン:
エコロジー発展: ブロックチェーンエコシステムがマルチチェーンに向かって成長する中、Celer Network はコア技術を拡張し、クロスチェーンをサポートする L2 拡張アグリゲーションプラットフォームに変わりました。そして、DeFi プロトコル Layer2.finance、情報クロスチェーンプロトコル Celer IM、資産クロスチェーンブリッジ cBridge を発表しました。cBridge は 139 種類のトークンと 38 のチェーンをサポートしています。
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)# 3.1.6 アプリ比較
ビットコイン・ライトニングネットワーク:
イーサリアムライトニングネットワーク:
セラーネットワーク:
3.2 サイドチェーン
3.2.1 まとめ
サイドチェーンの概念は2012年に初めて提唱され、ビットコインの取引を加速するために登場しました。