さまざまなブロックチェーンはどのように互いに通信しますか？

ブロックチェーンの相互運用性の理解

ブロックチェーンは通常、孤立したシステムとして設計されており、それぞれが独自の元帳、コンセンサスルール、ネットワークプロトコルを維持しています。ただし、分散型アプリケーションとデジタル資産が生態系全体で機能するためには、ブロックチェーンの相互運用性が不可欠になります。これは、さまざまなブロックチェーンネットワークが情報と価値をシームレスに交換する能力を指します。相互運用性がなければ、ユーザーはサイロ化された環境に限定され、分散型テクノロジーの有用性が制限されます。ブロックチェーン間の通信を実現するには、クロスチェーンブリッジ、相互運用性プロトコル、リレーチェーンなどの特殊なメカニズムが必要です。

クロスチェーンブリッジ：アセット転送を有効にします

ブロックチェーンが通信するための最も一般的な方法の1つは、クロスチェーンブリッジを使用することです。これらは、トークンとデータがあるブロックチェーンから別のブロックチェーンに移動できるコネクタとして機能します。たとえば、ユーザーは、イーサリアムベースのERC-20トークンをBinance Smartチェーンに転送して、より低い取引手数料を利用したい場合があります。ブリッジは、ソースチェーンに元のトークンをロックし、宛先チェーンに同等のトークンをミントします。

• ソースブロックチェーンとターゲットブロックチェーンの両方にスマートコントラクトを展開する
• ソースチェーンの契約で元のトークンをロックします
• ロックイベントの暗号化された証明を生成します
• ターゲットチェーンの契約に証明を提出します
• ターゲットチェーンのミントラップトークン

プロセスを逆転させると、ラップされたトークンが燃やされ、元のトークンのロックが解除されます。中央集中橋は、単一の障害や潜在的な盗難を含むセキュリティリスクをもたらすため、橋が監査されて分散化されていることを確認することが重要です。

リレーチェーンと検証メカニズム

別のアプローチには、あるブロックチェーンの状態を別のブロックチェーンから監視するリレーチェーンが含まれます。リレーチェーンは、ソースブロックチェーンのブロックの軽いクライアントプルーフを保存し、完全なノードを実行せずにトランザクションを検証することにより機能します。これにより、あるブロックチェーンが別のブロックチェーンで発生したイベントを検証できます。

たとえば、 Polkadotは、Parachainsと呼ばれる複数の特殊なブロックチェーンを接続する中央リレーチェーンを使用しています。各パラチャインは、州の状態移行の証拠をリレーチェーンに提出し、ネットワーク全体のコンセンサスとセキュリティを保証します。同様に、 Cosmosはブロックチェーン間通信（IBC）プロトコルを採用しています。ここでは、ブロックチェーンが互いに軽いクライアントを実行して、パケットの配信と状態の変更を確認します。

• ブロックチェーンは、別のチェーンのコンセンサスアルゴリズムの軽いクライアントを実行します
• 受信チェーン上のバリデーターソースから暗号化ヘッダーをチェックします
• トランザクションは、証明が有効であり、十分な数のバリデーターによって署名されている場合にのみ受け入れられます
• 資産の転送やメッセージを含むデータパケットは、安全に中継されます

この方法により、信頼最大のコミュニケーションが保証されますが、互換性のある暗号化スキームとコンセンサスモデルをサポートするために両方のチェーンが必要です。

トラストレススワップのためのハッシュタイムロック契約（HTLC）

ハッシュタイムロック契約（HTLC）は、仲介者なしでブロックチェーン間でアトミックスワップを可能にします。この手法により、2つの当事者が異なるチェーンで暗号通貨を安全かつ同時に交換できます。このプロセスは、公平性を確保するために、暗号化ハッシュ関数と時間ベースの条件に依存しています。

Bitcoinとlitecoinの間でアトミックスワップがどのように機能するかは次のとおりです。

• パーティーAは秘密の乱数を生成し、そのハッシュを計算します
• パーティーAは、資金をロックするBitcoinにトランザクションを作成し、ロックを解除する秘密を要求します
• パーティーBは同じハッシュを使用して、Litecoinを時間制限契約でロックします
• パーティーAは、Litecoinブロックチェーンの秘密を明らかにすることでLitecoinを償還します
• パーティーBは秘密を観察し、締め切り前にBitcoinを主張するためにそれを使用します

いずれかの当事者が制限時間内に行動しなかった場合、資金は自動的に返還されます。このメカニズムにより、どちらの当事者も不正行為を行うことができないため、HTLCSは分散型クロスチェーン取引の基礎ツールになります。

オラクルとデータブリッジング

資産移転は主要なユースケースですが、ブロックチェーンは価格供給、天気情報、オフチェーンイベントなどのデータを共有する必要もあります。オラクルは、ブロックチェーンに外部データをもたらす橋として機能します。相互運用性のコンテキストでは、クロスチェーンオラクルは、あるブロックチェーンから別のブロックチェーンに情報を中継できます。

たとえば、EthereumのDefiアプリケーションでは、Solanaネットワーク上のユーザーの残高を検証する必要がある場合があります。クロスチェーンオラクルは次のとおりです。

• バランスの更新については、Solanaブロックチェーンを監視します
• データを署名されたメッセージにパッケージ化します
• Ethereumのスマートコントラクトにメッセージを送信します
• 検証済みのソラナデータに基づいてイーサリアムダップが行動できるようにする

ChainLink CCIP（クロスチェーン相互運用性プロトコル）などのプロジェクトは、安全なクロスチェーンメッセージング用の標準化されたフレームワークを提供し、オラクルとブリッジインフラストラクチャを組み合わせて、データとアセット転送の両方を有効にします。

フェデレーションされた相互運用性モデル

一部の相互運用性ソリューションは、信頼できるバリデーターまたはノードのグループがクロスチェーン通信を管理するフェデレーションモデルに依存しています。これらのバリデーターは仲介者として機能し、チェーン間のトランザクションにサインオフします。完全に分散化されたシステムよりも高速ですが、このモデルはカウンターパーティリスクを導入します。

• ノードの連合が確立され、多くの場合コンソーシアムによって管理されます
• 各ノードは、両方の接続されたブロックチェーンの完全なクライアントを実行します
• ユーザーが転送を開始すると、連邦はトランザクションを検証します
• コンセンサスに応じて、連邦はターゲットチェーンで対応するアクションを引き起こします

このアプローチは、 Wanchainや一部のエンタープライズブロックチェーンネットワークなどのシステムで使用されます。トレードオフは、地方分権化の犠牲を払って効率を向上させ、ユーザーが連邦の完全性を信頼する必要があります。

よくある質問

ブロックチェーンは他のブロックチェーンと直接通信することができますか？いいえ、互換性レイヤーがなければ、直接通信は不可能です。ブロックチェーンは、IBCやCCIPなどの共有標準を実装するか、ブリッジやオラクルなどの仲介者を使用して相互作用する必要があります。

クロスチェーン通信の主なセキュリティリスクは何ですか？主なリスクには、ブリッジのスマートコントラクトの脆弱性、フェデレートモデルの悪意のあるまたは侵害されたバリデーター、データ送信中のリプレイ攻撃が含まれます。ユーザーは、透明な監査と分散検証でプロトコルに優先順位を付ける必要があります。

ラップされたトークンは、チェーン全体でどのように価値を維持しますか？ラップされたトークンは、予備に保持されている元の資産によって1：1に裏付けられています。それらの価値は、ロックと造りプロセスを管理するカストディアンまたはスマート契約システムへの信頼を通じて維持されます。

ブロックチェーンの相互運用性は今日完全に分散化されていますか？完全ではありません。 IBCやPolkadotのようなプロトコルは地方分権化を目指していますが、多くのクロスチェーンソリューションは、特にブリッジオペレーションとOracleネットワークにおいて、集中または半まとまったコンポーネントに依然として依存しています。