異種ブロックチェーン ネットワークの比較

Cosmos、Polkadot、Avalanche のインターチェーン経済セキュリティ トポロジ

ビットコインやイーサリアムなどの第一世代の暗号通貨ネットワークからパフォーマンス、使いやすさ、エネルギー効率の問題が浮上し、オープンな分散型 Web のビジョンが曇ってきました。現在のパフォーマンス問題を解決するために、イーサリアムは新バージョンとそれに対応するL2ソリューションをリリースしており、さらに重要なことに、新世代のブロックチェーンプロジェクトであるCosmos、Polkadot、Avalancheが次々とリリースされ、優れたインフラストラクチャが確立されています。これらのプロジェクトは、非同期異種ネットワーク モデルを通じて水平方向の拡張を達成することを目指しています。つまり、各アプリの専用ブロックチェーンが必要に応じて共存し、相互運用できます。チェーン間の経済的安全性を確保するために、これらのネットワークは設計上独自の利点を持っており、独自のトレードオフとトレードオフを行っており、これらも異なる影響を及ぼしますが、これについては後で詳しく説明します。これらのネットワークの目標は、現在の毎日数十万人のアクティブ ユーザーではなく、数百万人の毎日のアクティブ ユーザーを収容できるブロックチェーン インターネットを構築し、「インターネットはユーザーによって所有および管理される」という web3 のビジョンを実現することです。この記事は、開発者、研究者、起業家、投資家、そして分散型世界の到来を楽しみにしているすべての人が、暗号通貨ネットワークにおけるこのパラダイムシフトを理解するのに役立つことを願っています。

ビットコインはパンドラの箱を開け、今日の時代のコンセンサスである「デジタルゴールド」の地位を徐々に獲得してきました。イーサリアムはプログラム可能なインターネットマネーの時代の到来をもたらし、暗号経済イノベーションの本拠地となりました。しかし、ビットコイン、イーサリアム、およびそれらの亜種には、大量採用には多くの障害があります。この記事では、まずこれらの障壁を検討し、次に主要なポイントに基づいて新世代のブロックチェーン プラットフォームを比較します。

エネルギー効率: オープンな分散型コンピュータ ネットワークが適切に機能するには、独立した参加者が共有状態に同意する必要があります。同時に、ネットワークは、不完全な情報や悪意のあるノードが存在する場合でもフォールト トレランスと効率的なコンセンサスを維持できる必要があります (ビザンチン フォールト トレランス)。一方では、ネットワークはオープンな状態を維持して、より多くのノードがコンセンサスに参加できるようにする必要があり、他方では、ネットワークは、同じエンティティが複数の ID を操作する (Sybil 攻撃) ことを防ぐ必要があります。これらは、と呼ばれる方法によって実現されます。 Proof of Work (PoW、1992 年に Cynthia Dwork が発明し開発、元々はスパム防止に使用されていた) アクセス方式が実装されました。 PoW ではノードが大量のコンピューティング能力を使用する必要があるため、地球温暖化が悪化して電気代が高額になります。分散型コンピューティング ネットワークのセキュリティを維持するには、明らかに経済的コストがかかります [1]。新世代のブロックチェーン プロジェクトでは、検証ノードのエントリしきい値として PoW を Proof of Stake (PoS) に置き換えます。これには、ネットワーク参加者がトークンをデポジットしてロックする必要があります。悪意のある動作やノードのオフラインを防ぐには、この経済的しきい値が十分に高い必要があります。実際、PoW と PoS には同じ規模の経済の原則が適用されます。つまり、バリデーターの実行コストが運用支出 (OPEX) から資本支出 (CAPEX) に変わります。

トランザクションの透明性: ビットコイン、イーサリアム、およびそれらの亜種はすべてナカモト コンセンサスを使用しており、送信されたトランザクションはいくつかのブロックが作成されるまで取り消し不能な状態に入ることができません。したがって、このようなブロックチェーンは可用性が高くなりますが、確率的なファイナリティを使用し、ブロックチェーンが十分な長さになるまで待つ必要があるため、速度が遅くなります。確認を迅速化するために、多くのブロックチェーン プロジェクトは古典的な実用ビザンチン フォールト トレランス (PBFT) コンセンサスを使用していますが、これにより、ノードの規模がネットワークの速度を低下させる可能性があり、ネットワークがセキュリティよりもセキュリティを優先するなど、他の問題が生じます。オンライン時間とアクティビティ。

計算スループット: スループットは、分散コンピュータ ネットワークが 1 秒あたりに完了できる計算ワークロードであり、拡張するネットワークの容量を決定します。ただし、一般的に使用されるフラックスの単位である「トランザクション/秒」は誤解を招きます。「トランザクション」には単純な送金や複雑な財務計算が含まれる可能性があり、それらのコンピューティング能力の要件は異なります。スループットはノードによって提供され、ネットワークの実際のスループットは、ネットワークが 1 秒あたりに処理できるコンピューティング ワークロードを指します。スループットを向上させるには、ノードの高い計算性能とノードのソフトウェアの最適化を求める「垂直拡張戦略」と、ネットワークを複数に分割しトランザクションを並列処理する「水平拡張戦略」の2つの方法があります。 。

トランザクションコスト: ブロックチェーンは実行数を制限する必要があります。制限しないと、ブロックチェーンを実行しているノードが DoS 攻撃に対して脆弱になります。このため、ビットコインは少数のスクリプト言語のみをサポートしており、イーサリアムはスマートコントラクトによって実行されるガスメーターに基づいて取引手数料を請求します。問題は、トランザクションが単純な転送であっても複雑な計算であっても、それらはすべて同じネットワークによって実行されることです。したがって、ネットワークトラフィックが増加すると、単純なトランザクションのガス料金も増加し、潤沢な資金を持つ人だけが支払うことができます。優先取引に対するインセンティブとしてマイナーに手数料が支払われます。ビットコインネットワークでは、ビットコインの流通量が上限の2,100万に達すると、サービス手数料が唯一のインセンティブとなるが、イーサリアムでは、サービス手数料は完全に優先トランザクションに使用される（技術レビュー注：イーサリアム1559プロトコル以降）アップグレードの場合、手数料も回収および破棄され、ユーザーが追加したチップ「チップ」のみがノードの所有となります)。新世代のブロックチェーン プロジェクトでは、手数料を破壊するメカニズムが採用されることが多くなります。最近ではイーサリアムも手数料の一部を燃やし始めています。このようにして、ネットワークアクティビティが増加するにつれてトークンの希少性が高まり、すべてのトークン所有者に利益がもたらされます。

分散化レベル: ほとんどの人の想像に反して、マイニングプールの集中により (2021 年 11 月現在、ビットコインの計算能力の 90% は 11 のマイニング プールによって制御されており、イーサリアムの計算能力の 90% は 16 のマイニング プールによって制御されています)、ビットコインとイーサリアムの分散化レベルは実際には非常に低いです。ナカモト・コンセンサスでは、マイニングコストが上昇するにつれてブロック生成の難易度が上がり、さらに計算能力の集中が進むと考えられています。この問題に直面して、新世代のブロックチェーン プロジェクトはその能力を発揮しました。これについては以下で詳しく説明します。

公平な分配: ネットワークが成長するにつれて、ブロックチェーン プロジェクトは所有権の共有 (トークン) をどのように分配すべきでしょうか?ビットコインのトークン配布モデルは、ブロックチェーンのセキュリティ、マイニング、為替レートの相互依存性を確立します。これは多くのプロジェクトのテンプレートとなっています。マイナーがネットワークに参加してトークン収入を得ることで、ネットワークがより分散化され安全になり、その結果、より多くのユーザーが集まります。需要の増加と通貨価格の上昇により、より多くのマイナーがネットワークに参加し、ネットワークのセキュリティを維持するようになるでしょう。しかし、採掘コストの上昇に伴い、ブロックの生産の難易度も上がっています。これにより、コインとコンピューティング能力が集中し、マイナーが少数の企業によって運営される状況が生まれます。ビットコインとは異なり、イーサリアムの戦略は、トークンを事前にマイニングし、発行の上限を撤廃し、プライベートセールやクラウドファンディングを通じて一部のトークンを販売し、一部のトークンを開発助成金やバグのために財団に割り当て、報酬を提供し、ビットコインと同様にマイナーにインセンティブを配布することです。すぐに、イーサリアムのトークンもいくつかのマイニングプールに集中し、取引所が最大のトークン保有者になりました。最終的には、時間の経過とともに、ブロックを生成する権限 (トランザクションの開始、受け入れ、またはレビュー)、ネットワークをフォークする権限、プロトコルのアップグレードの決定に参加する権限、およびpower to 投資および誓約するアプリのパワー。

ガバナンス: ネットワーク プロトコルの変更は、変更を認識しているかどうかに関係なく、現在および将来のすべてのユーザーに重大な影響を与える可能性があります。ビットコインとイーサリアムでは、中心となる専門家コミュニティが議論し、決定を下し、提案を実装および実行することで、プロトコルをアップグレードし、パラメータを調整します。特定のグループのマイナーが大多数とは異なるものを追求する場合、以前のネットワーク効果を享受できないことを犠牲にして、プロトコルをフォークして新しいネットワークを立ち上げることができます。さらに、研究開発資金を調整するDAO（分散型自律組織）の代わりに、研究開発資金の配分を管理する中央財団を設けるのが通常である。ほとんどのトークン所有者とユーザーは、関連分野の専門知識、関心、認識を持っていない可能性があるため、ガバナンスの決定における発言権が非常に限られています。たとえ彼らがこの情報を持っていたとしても、投票はトークン保有量によって重み付けされることが多いため、大量のトークン保有量を持つ人々に比べて発言権はまだほとんどありません。新世代のブロックチェーン プロジェクトは、より公平なオンチェーン ガバナンス (二次投票、時間ロック投票、適応型投票バイアス、投票委任、分散型 ID 認証に基づく 1 人 1 票を含む) とオフチェーン ガバナンス (フォーラム) を備えます。署名投票）メカニズムを組み合わせて、トークン所有者が一般にガバナンスに参加できるようにします。

これらの問題は、分散型ネットワークの主流の採用を制約するだけでなく、既存のユーザーが集中型の取引所や保管ウォレットに依存し続ける原因にもなります。技術者以外のユーザーが真の分散型アプリを定期的に使用することは困難です。一方で、一般のユーザーがイーサリアムやビットコインから離れなかったのは、これらの問題を理解できなかったからであり、企業や投資家がこれらのネットワークを離れなかったのは、流動性を追求したからであり、初期のユーザーやOGがこれらのネットワークを維持したのは、利害関係のためです。ただし、ブロックチェーン ネットワークには他の可能性も存在します。

イーサリアムの毎日のアクティブ アドレス。データソース: Etherscan.io

現在、イーサリアムには毎日 50 万のアクティブ アドレスがあり、参考までに、Twitter には毎日 2 億人 (イーサリアムの 400 倍)、Facebook にはほぼ 20 億人 (イーサリアムの 4000 倍) の毎日アクティブ ユーザーがいます。 L2 プラットフォームとビットコインのユーザーをすべて合計したとしても、これらの主流のアプリケーションよりもはるかに悪いです。スケーリングは、オープンな分散型インターネットにとって重要なボトルネックです。これは私たちが将来直面する問題ではなく、今ここで解決する必要がある緊急の問題です。

拡張の問題を解決するために、イーサリアムも新しいバージョンをリリースし、L2 ソリューションを通じて増大する需要に対応しようとしています。同時に、2019 年と 2020 年にメインネットを開始する次世代ブロックチェーン プラットフォームの Cosmos、Polkadot、Avalanche は、真の分散型インターネットの希望をもう一度見せてくれます。まず、新しいバージョンのイーサリアムがどのように機能するかを見てみましょう。

イーサリアムの新バージョン: EVM エコロジー

イーサリアムの新バージョンは、発売以来、新しい研究と新世代のブロックチェーンプラットフォームの実践を参考にして、さまざまな新しいメカニズムを採用してきました。イーサリアムの新バージョンは PoS を使用し、ネットワークを同期されたシャードに分割して、総計算スループットの向上を目指しています。同じイーサリアム仮想マシン (EVM) を実行する検証ノードは、異なるネットワーク シャードに割り当てられ、ブロックを生成し、異なるユーザー アクティビティ データを蓄積し、ビーコン チェーンである Beacon を通じて相互に同期します。ただし、すべてのシャードの同期は完全なレプリケーションを意味します。つまり、すべてのノードが同じデータを保存します。シャーディングの目的は拡張することであり、ネットワーク全体ですべてのデータを複製することではないため、これには問題があります。同期モデルまたは異種ネットワーク トポロジ モデルでは、1 つのシャード (たとえば、非常に人気のある DeFi シャード) の使用率が他のシャードよりもはるかに高い場合、今日のイーサリアム、コスト、およびスケーリングの問題と同じ速度が発生します。シャード間でデータを効率的に同期する方法も問題です。

イーサリアムは新バージョンへの移行には1年程度かかるとしているが、ユーザー需要の増加に伴い、サービス改善のためロールアップ（Optimistic、zkSync）、プラズマ、ステートチャネルなどのL2ソリューションが次々と投入されている。効率とスピード。問題は、L2 の信頼モデルが中央ノードを仲介として使用するか、複数のインセンティブ付きノードを使用する必要があることです (Polygon は Tendermint コンセンサスを使用して構築され、複数の検証ノードで実行されます。Matter Labs は zkSync で検証ノードのネットワークを構築したいと考えています)。前者は分散化と検閲への抵抗を破壊し、後者は独自のトークン (MATIC など) を備えた新しい分散型ブロックチェーンを作成することに相当し、最終的には L1 プラットフォームの競争に加わることになります。したがって、遅かれ早かれ、これらのシングルチェーンインフラストラクチャは、ユーザー数の増加に伴い、同じトランザクションコストの問題に直面することになります。

モジュール式ブロックチェーン設計

最近、イーサリアムは「ロールアップ センター ロードマップ」という新しい戦略を開始しました。つまり、イーサリアムはデータ可用性レイヤー (L1) であり、他の L2 プロジェクトはコンピューティング レイヤーです。言い換えれば、イーサリアムは、データの可用性とロールアップの共有セキュリティを確保するためのベースレイヤーとして機能することを望んでいます。したがって、イーサリアムはコンピューティング能力として EVM チェーンを積極的に統合しており、これらの EVM チェーンは単一のロールアップによって支配される場合もあれば、複数のロールアップが共存する場合もあります (Vitalik Buterin の Endgame 記事を参照)。実際、この戦略は、ブロックチェーンがデータの可用性や実行を他のブロックチェーンにアウトソーシングできる、新たなモジュラー ブロックチェーン設計と一致しています。この戦略の一般的なモデルは Celestia と EigenLayr によって開発されました。さらに、イーサリアムの新しい戦略は、Polkadot と Avalanche の既存の共有セキュリティ モデルに似ています。

一方、Cosmos、Polkadot、および Avalanche はすべて、少なくとも 1 つの EVM 互換チェーンにイーサリアム クロスチェーン ブリッジを展開しているため、L2 プラットフォームとみなされることもあります。ただし、これらのプロジェクトは、相互接続された L1 ブロックチェーンを開発するためのインフラストラクチャを提供するため、自らを L0 プラットフォームと呼ぶことがよくあります。

コスモス、ポルカドット、アバランチ

Cosmos、Polkadot、Avalanche はすべて、非同期異種ネットワーク モデルを通じて水平方向に拡張することを目的としています。これら 3 つのネットワークでは、アプリ固有のブロックチェーンに、必要に応じて相互運用できるさまざまな仮想マシンがあります。これらのインフラストラクチャ プラットフォーム上で、ユーザーは独自のパーソナライズされたブロックチェーンを構築でき、分散型アプリや資産のためにより大きな設計スペースを提供します。一連のスマート コントラクトではなく自律型ブロックチェーン上でプロジェクトを実行することには、次の 3 つの大きな利点があります。

1. パフォーマンスの分離: ブロックチェーンを他のブロックチェーンから分離して、無関係なネットワーク アクティビティによってユーザー エクスペリエンスが影響を受けないようにすることで、ブロックチェーンのパフォーマンスが向上します。必要に応じて、他のブロックチェーンをブリッジすることもできます。
2. 予測可能でカスタマイズ可能な手数料: ライセンスフリーの共有ネットワークでは、手数料を制御することはできません。一部のアプリのインタラクション量が多いと、ネットワーク全体の手数料が押し上げられるため、アプリはそれを受け入れることしかできません。カスタム料金体系は、手数料がより予測可能であることを意味し、また、基礎となるプラットフォームの存在を排除します。ユーザーは、アプリ固有のブロックチェーンを使用するために、基盤となるプラットフォームのトークンを保持する必要はありません。ユーザーが基礎となるプラットフォーム トークン以外の通貨で料金を支払えるようにすることは、主流の採用にとって重要です。
3. 検証ノードはカスタマイズ可能: 独自のアプリのニーズに応じて、ブロックチェーンに対応する検証ノードのルールと要件を設定できます。バリデーターに対して、特定の管轄区域の法律 (欧州連合の一般データ保護規則など) の遵守、高性能ハードウェアの搭載、または特定の証明書の提供を要求できます。

これらの次世代ブロックチェーン ネットワークは、イーサリアムとビットコインを接続するクロスチェーン ブリッジを確立したか、確立しようとしています。また、ブロックチェーンのインターネットのビジョンを完全に実現するために、相互に接続するクロスチェーン ブリッジの開発も行っています。

Cosmos、Polkadot、および Avalanche はプロトコル レベル (コンセンサス メカニズム、経済セキュリティ トポロジなど) で大きく異なるため、それらの機能 (チェーン間通信、トークン経済モデル、サポートされるアプリの種類など) ノードの参加、誓約の帰属、など）も大きく異なります。以下では、開発者、起業家、投資家、研究者、およびこれらのプラットフォーム上でプロジェクトの構築を検討している人が 3 つの違いとそれぞれのトレードオフを理解できるように、3 つを比較します。

コスモス、ポルカドット、アバランチの比較

コンセンサスメカニズム

コンセンサス メカニズムは、オープン コンピュータ ネットワーク上でアプリケーションの状態を安全かつ一貫して複製します。同時に、不完全な情報または悪意のあるノード（ビザンチンフォールトトレランス）の場合、ネットワークはフォールトトレランスとコンセンサスメカニズムの有効性を維持する必要があります。 Cosmos と Polkadot は、プラクティカル ビザンチン フォールト トレランス (PBFT) を使用します。これには、コンセンサスに参加しているすべてのノードが相互に通信する必要があります。したがって、ネットワークの決定には絶対的な最終性があります。 PBFTは低遅延で確認速度が速いという特徴がありますが、検証作業が増えると各検証ノードの負担が指数関数的に増加するため、グローバルオープンネットワーク内の多数のノードに拡張することができません。ビットコインは最長チェーンのコンセンサスメカニズム (ナカモトコンセンサス) を導入しており、これにより確率的な確実性と極めて低いエラー率が可能になります。時間が経つにつれて、信頼性が高くスケーラブルなネットワークが徐々に構築されますが、そのプロセスは非常に時間がかかります。

• Cosmos メインネットは 2019 年 3 月に開始され、Tendermint PBFT コンセンサスを採用しており、トランザクションの確認速度が高速です。ただし、すべてのノードが相互に通信する必要があるため、二次メッセージングの複雑さにより、一度に確認されるブロックは 1 つだけになります。
• Polkadot メインネットは 2020 年 3 月に開始され、そのコンセンサス メカニズムはブロックの生成とトランザクションの確認を分離しています。BABE コンセンサス (Ouroboros Praos の亜種) が候補ブロックを開始し、GRANDPA (PBFT の亜種) がそれらをバッチで確認します。このハイブリッド コンセンサス メカニズムにより、二次メッセージングの複雑さがある程度最適化されます。
• Avalanche メインネットは、Avalanche コンセンサス プロトコルを使用して 2020 年 3 月に開始されました。これは、線形ブロックチェーンの代わりに有向非巡回グラフ (DAG) を使用して、バリデーターのリサンプリング (Snowball) と推移的投票を組み合わせた独自のコンセンサス メカニズムです。 Avalanche コンセンサスのメッセージングの複雑さは一定であるため、低遅延と大規模な参加という特徴があります。ナカモト コンセンサスと同様に、アバランシェ コンセンサスは確率的な最終性を提供しますが、特定のパラメータは調整可能であり、エラー率は非常に低くなります。

ノードアクセスを確認する

ブロックチェーンは、PoW または PoS メカニズムを使用して、ノードを公開しながら同じエンティティが複数の ID を操作する (Sybil 攻撃) ことを防ぎます。他の新しいプロジェクトと同様、Cosmos、Polkadot、Avalanche はすべて、エネルギー効率が高く、設計スペースが広いため、PoS メカニズムを使用しています。これらのネットワーク上の一部のプロジェクトでは、軽量の PoW メカニズムや公平なコイン配布メカニズムも使用されています。

トランザクションの遅延

• Cosmos はトランザクションを確認するのに 6 ～ 7 秒かかります。
• Polkadot ではトランザクションの確認に 12 ～ 60 秒かかります (技術レビュー注: ほとんどのトランザクションは 5 秒程度です)。ブロックの生成とトランザクションの確認は分離されています。
• Avalanche がトランザクションを確認するのに 1 秒もかかりません。 Avalancheはビットコインと同様に確率的なファイナリティ確認を採用しており、エラー率は極めて低いです。

計算スループット

ネットワークによって 1 秒あたりに処理される計算の合計量は、ネットワークで使用される仮想マシンの複雑さと実際の動作環境の機能によって異なります。 Cosmos、Polkadot、Avalanche はすべて、最終的に無制限のネットワーク スループットを実現する専用の非同期ブロックチェーン ネットワークをサポートしています。焦点は、これらのネットワークがどのように成長できるか、そしてチェーン間の経済セキュリティ構造がどのようなものであるかにあります。

取引コスト

ネットワークアクティビティが増加すると、トランザクション手数料が増加します。 Cosmos、Polkadot、および Avalanche はすべてプライベート ネットワークをサポートしており、各チェーンは状態の成長に基づいて独自のレート メカニズムを決定できます。

• Cosmos では、各チェーンが独自のレート メカニズムを定義できます。
• Polkadot では、各チェーンが独自のレート メカニズムを定義できます。料金は重み付けシステムによって事前に計算されます。手数料を破棄するかどうかは各チェーンの判断となります。
• Avalanche では、各チェーンが独自のレート メカニズムを定義できます。メインネットワークでは、一部の機能料金が固定されており、その他の機能料金は 0 です。トークン所有者の長期的な利益を維持するために、すべての手数料は破棄されます。

分散化のレベル

以下のデータは2022年3月17日現在のものです。

• コスモスノードは二次的な情報伝達を行う必要があるため、ノード数に制限があります。 Cosmos には 150 のアクティブなバリデータがあり、IRIS には 100 のアクティブなバリデータがあり、Osmosis には 100 のアクティブなバリデータがいます。現在、ユーザーが Cosmos Hub のアクティブ ノードになるには、少なくとも 147,231 ATOM (約 130 万米ドル) を誓約する必要があり、委任のしきい値は 1 ATOM です。誓約総額は約50億ドル。
• Polkadot はノード間のセカンダリ メッセージ配信を最適化し、ノードの数は比較的制限されます。 Polkadot には 297 人のアクティブなバリデーターがおり、Kusama には 1,000 人のアクティブなバリデーターがいます。現在、ユーザーが Polkadot リレー チェーンのアクティブ ノードになるには、少なくとも 175 万 DOT (約 3,300 万米ドル) を誓約する必要があり、推薦しきい値は 120 DOT です。誓約総額は約120億ドル。
• Avalanche ノードのメッセージ配信量は一定であるため、ノード数は無限に拡張できます。 Avalanche メインネットには 1,311 のアクティブなバリデーターがいます。現在、ユーザーが Avalanche メインネットのアクティブ ノードになるには、少なくとも 2,000 AVAX (約 160,000 ドル) を誓約する必要があり、委任のしきい値は 25 AVAX です。誓約総額は約160億ドル。

分散化のレベルは、ステークとノードの報酬の集中にも依存します (収益はステークに応じて重み付けされます)。これは通常、ロングテール分布を示します。つまり、少数のノードがステークの大部分を持ち、多くのノードがステークのほとんどを持ちません。賭け金の額。ブロックチェーンプラットフォームにとって、公平な資本分配をどのように実現するかは未解決の問題であり、各プロジェクトが独自の方法で試みています。たとえば、Polkadot のコアは PBFT コンセンサスに基づいているため、アクティブなノードの数は制限されていますが、これらのノードは Phragmén アルゴリズムを通じて同じ利点を得ることができます。新しいコンセンサスメカニズムにより、Avalanche はノードの無限の拡張を実現すると同時に、ノードの平均重みが徐々に減少し、それによって分散化レベルが向上します。

チェーン間ネットワーク トポロジ

以下のデータは2022年3月17日現在のものです。

• Cosmos は分散型ブロックチェーン ネットワークであり、各ブロックチェーンは独自の検証ノードを持つことができます。チェーン間の相互運用性は、チェーン間通信 (IBC) ブリッジング プロトコルを通じて実現されます。各チェーンは、他のチェーンに接続するために IBC を実装する必要があります。現在、IBC は、DeFi、EVM スマート コントラクト、ソーシャル メディア、プライバシー、再生型農業、ゲームに重点を置いた 28 のブロックチェーンに展開されています。コスモスはイーサリアムとビットコイン間のクロスチェーンブリッジを開発中です。
• Polkadot を使用すると、パラチェーンが中央のリレー チェーンからセキュリティを継承できます。パラチェーンには独自のバリデーターはありませんが、トランザクションを収集し、リレーチェーンバリデーターの状態遷移の証明を生成する照合器があります。パラチェーンはクロスチェーン メッセージ (XCM) 形式を通じて相互運用性を実現し、セキュリティ継承メカニズムにより任意のデータ転送の可能性が提供されます。現在、Polkadotには10のパラチェーンがあり、それぞれがDeFi、EVMスマートコントラクト、ソーシャルメディア、プライバシー、ゲームなどに焦点を当てています。 Polkadot はイーサリアムとビットコイン間のクロスチェーンブリッジを開発しています。
• Avalanche では、バリデーター ノードを重複させることができます。これは、複数のブロックチェーンを実行しながら、メインネットの検証も提供するサブネットワークです。同じサブネット内の異なるブロックチェーンは、ほぼ瞬時の資産転送 (エクスポート/インポート) を実現できます。サブネット間の通信は、特定のサブネット内の 1 つのチェーンと別のサブネット内の別のチェーン間の通信を指します。これは現在、クロスチェーン ブリッジを通じて (EVM チェーンの ChainBridge-Solidity コントラクトを使用して) 実装されています。実際、2 つのサブネットの検証ノードが重なり合うほど、サブネット間の通信のセキュリティ保証が高くなります。これは、重なり合うノードが両方のサブネットに関心を持っているためです。ノードのグループが特定のサブネットで悪意のある動作をすると、メイン ネットワークや他のサブネットにおけるノードの利益も危険にさらされます。 Avalanche はサブネット間の直接的な相互運用方法を開始していませんが、Avalanche メイン ネットワークはサブネット間の仲介として完全に機能します。現在、Avalanche メイン ネットワークには 3 つのブロックチェーンがあります。X チェーンは転送に使用され、P チェーンはプレッジに使用され、C チェーンは EVM スマート コントラクトに使用されます。他のブロックチェーンやサブネットワークも繁栄しています。また、他のプラットフォームと同様に、Avalanche には Avalanche-Ethereum クロスチェーン ブリッジ (AB ブリッジ) があり、これは信頼できるフェデレーションを通じて動作し、現在 60 ある Ethereum クロスチェーン ブリッジの中で最も使用されているクロスチェーン ブリッジの 1 つです。

今日のコスモスでは、セキュリティ共有メカニズムを使用せずに、異なるセキュリティ レベルのブロックチェーンをブリッジすることは、通常のクロスチェーン操作と何ら変わりません。したがって、共通の決定論的な保証がなければ、チェーン間通信のリスクレベルは固定されません。 Polkadot の継承されたセキュリティ モデルにより、統一された決定論的保証が可能になり、これに基づいてパラチェーンは任意のデータを相互に安全に受け渡すことができます。 Avalanche の検証ノード一致モデルは、各チェーンとメイン ネットワーク間のセキュリティの共有をサポートしており、異なるサブネットにあるブロックチェーンは間もなく、クロスチェーン ブリッジを使用せずにセキュリティを直接共有できるようになります。したがって、サブネット間で重複するノード (両方のサブネットに関係するノード) が多いほど、サブネット間の通信のセキュリティ保証が高くなります。全体として、異なるブロックチェーン間で重複するノードが多いほど (PoW メカニズムのマージマイニングと同様)、チェーン間通信のセキュリティは強化されます。

ガバナンス

• コスモスはコンセンサスパラメータを調整し、オンチェーンメカニズムを通じて資金配分を調整します。
• Polkadot の動作環境ロジックはすべて、WASM バイナリ ファイルの形式でチェーン上に保存されるため、フォーク不要のランタイム アップグレードが可能です。つまり、開発者や検証ノードが操作を実行する必要がなく、住民投票の結果に基づいて決定が自動的に実行されます。そのガバナンス モジュールには、トークン加重投票、輪番委員会、時間ロックされたトークン投票、および適応型投票バイアス メカニズムが含まれます。
• Avalanche は、オンチェーン投票を通じて一部のパラメーターをアップグレードできます。そのチームは、Avalanche コンセンサスの特性に基づいて、より広範なガバナンス メカニズムを開発しています。

開発スペース

すべてのブロックチェーンには、データベース、P2P ネットワーク、コンセンサス メカニズム、トランザクション処理メカニズム、および状態遷移機能 (実行環境または仮想マシン) というコア コンポーネントがあります。 Cosmos、Polkadot、および Avalanche は、上記のコア コンポーネントを提供し、開発者がカスタム状態遷移関数を構築できるようにサポートします。

• Cosmos は、あらゆるプログラミング言語でのトランザクションをサポートする Cosmos SDK および Tendermint ミドルウェアを提供します。独自の仮想マシンを開発し、独自のノード セットを構築できます。独自のブロックチェーンを開始したい場合は、バリデーター ノード セットを最初から構築し、既存のブロックチェーンからノードを引き付ける必要があります。 EVM 互換チェーン (Ethermint または CosmWasm) にスマート コントラクトをデプロイすることもできます。
• Polkadot は、Wasm ベースのメタプロトコルと Rust の Substrate 開発キットを提供します。 Polkadot が提供するモジュール (アカウント、アセット、ガバナンス、EVM など) およびカスタム モジュールを使用して、独自の仮想マシンを開発できます。また、Substrate のオンチェーン スケジューリング、オフチェーン ワーカー、および手数料無料のトランザクション用の実行不要モデルを使用することもできます。パラチェーン オークションでスロットを入札した後、独自のブロックチェーンを開始でき、新しいブロックチェーンはリレー チェーンのセキュリティを継承します。あるいは、独自のバリデーターのサイズを増やすこともできます。 EVM 互換チェーン (Moonbeam、Acala) にスマート コントラクトをデプロイしたり、Ink スマート コントラクトを使用したりすることもできます。
• Avalanche は、開発者が独自のインスタンスをクローンしてカスタマイズしたり、独自の仮想マシンとして新しいインスタンスを作成したりできるように、Avalanche Virtual Machine (AVM) を提供します (仮想マシンを開発するためのモジュール SDK はまだリリースされていません)。ブロックチェーンを開始するには、サブネットを開始し、検証ノードを引き付ける必要があります。サブネット ノードは、Avalanche メイン ネットワークのノードである必要があります。 (技術レビューに関する注記: サブネット ノードは現在、サブネット作成者自身によって構築または採用されており、必ずしも Avalanche メイン ネットワークのノードであるとは限りません) 現在、カスタム EVM チェーンを開始するサブネット EVM コードがあり、それを EVM 上で実行できます。互換性のある C チェーン上にスマート コントラクトを展開します。

異種ブロックチェーン ネットワークのトポロジー

専用ブロックチェーンの非同期ネットワークは、各ブロックチェーンが同じ仮想マシンのインスタンスであるネットワークと比較して、大規模なユーザー アクティビティを処理できる可能性があります。このセクションでは、Cosmos、Polkadot、Avalanche のそれぞれのブロックチェーン ネットワークとチェーン間通信メカニズムについて詳しく説明します。

コスモスの生態

Cosmos エコロジーは分散ネットワーク トポロジを採用しており、ブロックチェーンごとに異なる目的があり、それぞれに独自の検証ノード セットがあります。通信が必要な場合、これらのチェーンはクロスチェーン ブリッジを介して通信します。分析によると、このトポロジは「最も安全性の低いチェーンと同じくらい安全」です (最も安全性の高いチェーンは、最も安全性の低い資産から受信すると安全性が低くなります)。ただし、単一のブロックチェーンのセキュリティ問題がエコシステム全体の存続を決定することはないため、このトポロジーは Cosmos ネットワークに回復力も与えます。しかし、このようなコスモスの生態系と、クロスチェーンブリッジに依存する他のブロックチェーンとの違いは何でしょうか? Cosmos には「制約なし」ポリシーがあり、Binance DEX、Oasis、Terra、Nym などのプロジェクトは、Tendermint を使用して独自のアプリ固有のブロックチェーンを開発および起動できます。

Cosmos エコシステムのブロックチェーンは、インターチェーン コミュニケーション (IBC) プロトコルを通じて相互に接続されています (データ プラットフォーム マップ オブ ゾーン上の 28 の相互接続されたブロックチェーンを参照)。 IBC プロトコルを実装するブロックチェーンは相互に接続され、Cosmos エコシステム全体の流動性が向上します。 IBC の動作モードはクロスチェーン ブリッジと非常に似ています。あるブロックチェーンから別のブロックチェーンに資産を転送する場合、ユーザーは 1) 発信チェーン上で資産をロックする、2) 各ブロックチェーンを監視しているサードパーティ (おそらくフェデレーション リレー ノード) が受信を見つけて送信先チェーンに送信する、2) 必要があります。 3) 宛先チェーンは受領書を検証し、資産表現を転送チェーンにフィードバックします。 Cosmos エコシステムでは、IBC を実装するチェーンには、通信でこれらのレシートを使用および検証できる Tendermint ライトクライアント検証ツールがあります。さらに、IBC はさまざまなブロックチェーン アーキテクチャで実装できる汎用プロトコルです (Substrate の IBC 実装を参照)。さらに、IBC の新しいバージョンでは、共有セキュリティ スキームが提供されます (詳細については、Billy Rennekamps の講演を参照してください)。

Polkadot の継承セキュリティ トポロジ

Polkadot は階層継承セキュリティ トポロジを採用しており、パラチェーン間の任意のデータ通信は非常に効率的ですが、これらのパラチェーンは中央のリレー チェーンからリースされたセキュリティに依存しています。 Polkadot では、パラチェーンは独自のバリデータを必要としませんが、代わりにリレー チェーンからセキュリティをリースします。具体的には、パラチェーンはオークションでスロットを獲得し（合計約 100 スロット）、DOT トークンをロックする必要があります（クラウドファンディングを通じて DOT を調達するため）。パラチェーンはそれぞれのドメインに特化しており、チェッカー ノードを介してリレー チェーンに接続して同期すると、その機能がすぐに利用可能になります。批評家は、異なるブロックチェーン チェーンは同じレベルのセキュリティを必要としない可能性があり、また、単一のブロックチェーンのセキュリティがエコシステム全体の存続を決定するようなものであってはいけないと考えています。現在、Polkadot は検証ノードのないパラチェーンを推奨していますが、ユーザーは中央のリレー チェーンに依存する代わりに、Substrate を使用してブロックチェーンを開始し、独自の検証ノードを構築できます (複合ゲートウェイを参照)。さらに、パラチェーンは独自の検証ノードを蓄積し、リース期間の終了時に DOT トークンのロックを解除し、クロスチェーン通信が必要な場合にクロスチェーン ブリッジを使用できます。さらに、Polkadot は複数のリレー チェーンをセットアップできるため、Polkadot エコシステム全体に利益をもたらします。ただし、継承されたセキュリティに基づくクロスチェーン通信はクロスチェーン ブリッジより効率的であるため、ネットワークの階層トポロジは維持される可能性があります。

Polkadot は、パラチェーン、スマート コントラクト、クロスチェーン ブリッジ、基板パレット間の通信のための共通フォーマットとしてクロスコンセンサス メッセージ交換フォーマット (XCM) を開発しました。さらに、リレー チェーンとパラレル チェーン間の情報交換に使用される垂直メッセージ パッシング (VMP) と、同じリレー チェーンの下にあるパラレル チェーン間の情報交換に使用されるクロスチェーン メッセージ パッシング (XCMP) があります。 XCM の情報は、Consensus Virtual Machine (XCVM) 上で実行されているプログラム全体に渡ります (Gavin Wood のシリーズを参照)。他の異種ブロックチェーン ネットワークも、ネットワークを記述し、構成可能なチェーン間でアプリを構築するこの抽象的な方法に適用できます。

パラチェーン コミュニティが拡大するにつれて、パラチェーンは独自の検証ノードを持つことを望むかもしれません (Acala の ppt を参照)。その結果、パラチェーンは他のチェーンからセキュリティをリースするリレー チェーンになります。ネストされたセキュリティ共有メカニズムは複雑になる可能性がありますが、すべてのサブチェーンが決定論的保証を共有できるため、1 秒あたりに処理される状態遷移の量も増加し、Polkadot ネットワークの合計コンピューティング スループットが拡大します。

Avalanche のネットワーク オーバーレイ トポロジ

Avalanche はネットワークが相互にオーバーラップするトポロジを持ちます。サブネットを検証するすべてのノードは、Avalanche メインネットを同時に検証する必要があります。 (テクニカルレビュー注: 現段階ではそのような設定はなく、ノードがメインネットワークとサブネットの検証ノードであることは必須ではありません。) サブネットは検証ノードのグループで構成されます。サブネットは複数のブロックチェーンを検証できますが、ブロックチェーンは 1 つのサブネットでのみ検証できます。つまり、ノードは複数のサブネットワークに参加できます。新しいブロックチェーンを立ち上げるときは、メインネットや他のブロックチェーンも検証するバリデーターを引き付けるためのインセンティブを提供する必要があります。 (技術評論家の注: 上記の注を参照してください。これは当てはまりません) チェーンが新しいバリデーターを引き付ける場合、それらのノードはブロックチェーンを実行するメインネットとサブネットを検証する必要があります。全体として、サブネットワーク アーキテクチャは、バリデータが互いに重なり合うネットワーク構造を決定します (上の図を参照)。これは革新的な Avalanche コンセンサスによって決定されます。 Avalanche Consensus は検証ノードを繰り返し再サンプリングします。すべてのノードが相互に通信する必要はなく、少数のノードだけが相互に通信するだけで済むため、ネットワーク内の情報送信の複雑さが大幅に軽減されます。したがって、検証ノードの数が数万に増加しても、ノードの帯域幅と処理能力の要件は一定です。したがって、ノード参加の観点から見ると、Avalanche プラットフォームのブロックチェーンは、Avalanche の各チェーンの検証ノードを無限に拡張できるため、Polkadot や Cosmos のブロックチェーンよりも包括的です。ノードが実行できるブロックチェーンの数は、ブロックチェーンのランタイム/仮想マシン設計の複雑さに依存し、明確な答えはまだありません。

Avalanche では、クロスチェーンの相互運用性が非常に効率的です。これは、Avalanche のトランザクション確認速度が速いためだけでなく、メイン ネットワークが共有の確実性を保証しているためでもあります (現在、X チェーン、P チェーン、および C チェーンは、ほぼ即時資産転送）。 Avalanche の安全な共有モデルは、Polkadot や Ethereum の最新のロールアップ システムとは異なります。 Avalanche の新しいサブネット アーキテクチャは、より高密度のネットワークをサポートします。これは、セキュリティの共有がメイン ネットワークの 3 つのチェーン間だけでなく、重複するすべてのサブネット ブロックチェーン間でも発生するためです。これにより、Avalanche ネットワークに構成可能性とプログラム可能性が与えられ、新しい設計スペースが開かれ、毎日数百万のアクティブ ユーザーに指数関数的に拡張できる Formed Group Networks (GFN、リードの法則を参照) がサポートされ、Web3 のビジョンの達成に役立ちます。

応用

異種ブロックチェーン ネットワーク Cosmos、Polkadot、および Avalanche は、コア インフラストラクチャの革新を備えた幅広い設計スペースを提供します。現時点では、イーサリアムは暗号経済イノベーションの本拠地となっています。実際、これらの異種ネットワーク上でプロジェクトを開始するチームは、最初にイーサリアム上の既存のプロジェクト (DEX、AMM、融資、ステーブルコイン、集約ツール、保険、NFT プラットフォームなど) を最適化します。ただし、これらの異種ネットワークの独自の利点を利用して、新しいアプリケーション シナリオを模索しているチームもあります。

Cosmos では、Osmosis はトランザクション プライバシー (フロントランニングを防ぐためにしきい値を使用してトランザクションを復号化する) とクロスチェーン AMM を組み合わせ、IBC を通じてクロスチェーンを実現します。 Celestia は、ブロック データをエンコードしてライト クライアントのセキュリティを向上させます。これは、分散型ブロックチェーン エコシステムにおける自己主権型アイデンティティ ブロックチェーンの相互運用性とそのセキュリティ レベルの違いにとって重要です。 Regen は、暗号経済プラットフォームを通じて再生型農業を奨励し、監査された生態学を備えたセンサーと衛星データを利用します。 Nym は、攻撃者がネットワーク全体を監視する能力を持っている場合でも、攻撃者がネットワーク トラフィックを分析できないようにするためにミックスネットを起動します。 Nym は、Tendermint と Cosmwasm スマート コントラクトを使用して、ディレクトリ サービス、ノード バインディング、およびミックスネットの委任ステーキングを制御します。 Penumbra は、クロスチェーン ネットワーク トランザクションのプライバシーを保護します。 Binance DEX や Terra などの大規模プロジェクトも Tendermint を使用しています。 IBC による相互運用性の後、これらのブロックチェーンはより大きな価値を解放します。

Polkadot ネットワークでは、Acala パラチェーンがワンストップの DeFi センターであり、AMM からステーブルコインの融資まで豊富な機能を提供します。 Moonbeam は、EVM 互換のスマート コントラクト チェーンです。 Subsocial は、分散型ソーシャル ネットワーキング プラットフォームを開発しています。ロボノミクスは自律型ロボットサービスを開発しています。 Bit Country は、コミュニティ固有の仮想世界/メタバースを立ち上げるためのプラットフォームです。 Integritee と Phala は、信頼された実行環境 (TEE) を使用して、分散型機密コンピューティングと暗号化されたデータ ストレージを可能にします。 Polkadot の開発フレームワーク Substrate は、Compound Gateway などのブロックチェーンを実行するために (パラチェーンとしてではなく) 独立して使用することもできます。すべてのパラチェーンは、Polkadot のクロスチェーン エコロジーと互換性があるように設計されていますが、新しい使用シナリオを可能にするために、Substrate フレームワークの優れた構成可能性、メモリ効率、自己アップグレードするメタプロトコル ガバナンス機能をより有効に活用する必要があります。

Avalanche の EVM 互換チェーン C チェーンは当初、「エネルギー効率の高い」イーサリアム プロジェクトを開発したいチームを魅了しました。 Pangolin は、Uniswap をモデルにした高速 AMM です。 Sherpa Cash は Tornado の例に従い、プライベート トランザクションの提供を担当します。 Trader Joe は AMM としてスタートしましたが、後に融資機能を追加し、現在は DeFi ハブへと移行しています。 Compound のような融資アプリである Benqi は、最近 AVAX 流動性ステーキングを開始しました。 Platypus は Curve のステーブルコイン取引所の最適化されたバージョンで、資産負債管理機能が追加されています。マルチチェーン戦略を採用する Aave、Curve、Sushiswap などの主要なイーサリアム プロジェクトも Avalanche C チェーンで開始され、AEB ブリッジに沿ったクロスチェーンに大量の流動性を引き寄せています。 Avalanche エコシステムには訴訟ファイナンスなどの新しい資産タイプもあり、DAO と組み合わせることで、このプロジェクトは法制度を仮想通貨ネットワークに接続する可能性があります。実際、Avalanche の革新的なコンセンサスと重複するサブネットワークのトポロジーは、将来の革新的なプロジェクトに大きな可能性をもたらします。

結論は

異種ブロックチェーン ネットワーク Cosmos、Polkadot、および Avalanche は、ブロックチェーン インターネットに優れたインフラストラクチャを提供し、非同期異種ネットワーク モデルの効率性を証明し、現在のビットコインとイーサリアムのネットワークも改善します。これらのネットワークは最終的には毎日数百万人のアクティブ ユーザーを収容できるようになり、「インターネットはユーザーによって所有および管理される」という web3 のビジョンが実現します。

異種ネットワークには、設計上独自の特徴があり、独自のトレードオフとトレードオフが存在するため、独自の利点があり、真の分散型インターネットの実現に貢献します。これらのネットワークの類似点と相違点を理解することで、将来の新しいシステムの開発が容易になります。このインフラストラクチャを使用するプロジェクトは、スマート コントラクト アプリケーションを超え、これまで想像できなかったシナリオに対応する専用のブロックチェーンと独自のコミュニティを備えた、スケーラブルな実稼働品質のシステムになります。しかし、これらを言うのは時期尚早であり、流動性が特定のチェーンに孤立して存在するのではなく、チェーン間で効率的に流れることを保証する方法など、未解決の問題がまだいくつかあります。チェーン全体で活動するオープンな組織は、どのようにしてマルチチェーンの巨大クジラの出現を防ぎ、富と権力の公平な分配を確保するのでしょうか?

[1] ビットコイン ネットワークは、アルビンド ナラヤナン氏とジェレミー クラーク氏による論文「ビットコインの学術的起源」で詳述されているように、数十年にわたる暗号研究に基づいて構築されています。

フィードバックとレビューの提案をくださった Sam Hart、İstem D. Akalp、Engin Erdogan、Joe Petrowski に心より感謝いたします。

開示: この記事の著者は、記事で説明されているプロジェクトの資産を保有している可能性があります。