サイドチェーン入門

序文

スマートコントラクトをサポートする最大の分散型ブロックチェーンネットワークとして、イーサリアムはさまざまな分散型アプリケーションとサービスを提供できます。 ただし、ユーザー数が増えるにつれて、イーサリアムはトランザクション速度の低下、高額な手数料、スケーラビリティの制限などの課題に直面しています。 これらの問題に対処するために、多くの開発者やプロジェクトチームは、イーサリアムメインネットの外で1つ以上の並列ブロックチェーンを確立し、特定のメカニズムを介してメインネットと対話することを含むサイドチェーンを採用しています。

サイドチェーンは、さまざまなニーズやシナリオに基づいて、独自のコンセンサスアルゴリズム、トランザクションルール、セキュリティメカニズムなどを設計できるため、効率が向上し、コストが削減され、柔軟性が向上します。 イーサリアム仮想マシン(EVM)と統合することで、サイドチェーンはイーサリアムメインネットとの互換性と相互運用性を維持できます。

現在、イーサリアムメインネットの平均トランザクションスループットは毎秒わずか15トランザクションですが、Visaのような従来の決済会社は毎秒数千または数万のトランザクションを処理できます。 サイドチェーンを利用することで、イーサリアムはそのスループットを大幅に向上させることが期待されています。 このレッスンでは、サイドチェーンの基本的な概念、原則、種類を紹介し、イーサリアムエコシステムにおけるサイドチェーンの役割と課題を分析します。

サイドチェーンの仕組み

• コンセンサスアルゴリズム サイドチェーンは、イーサリアムメインネットの外部で実行され、メインネットとの資産とデータの交換を可能にするブロックチェーンです。 特定のニーズと目的に応じて、サイドチェーンは独自のコンセンサスメカニズムとルールを確立して、メインネットに影響を与えることなく、スケーラビリティと効率を高め、メインネットの負担を軽減し、トランザクションコストを削減できます。 現在、イーサリアムはプルーフオブステーク(PoS)コンセンサスメカニズムを利用しています。 ただし、サイドチェーンには、ニーズに最適な代替コンセンサスアルゴリズムを選択できる柔軟性があります。 サイドチェーンに一般的に使用されるコンセンサスアルゴリズムには、プルーフオブオーソリティ(PoA)、委任プルーフオブステーク(DPoS)、プルーフオブステーク(PoS)、プルーフオブワーク(PoW)、またはハイブリッドモデルが含まれます。

サイドチェーンのブロック生成速度とスループットを向上させるために、さまざまなコンセンサスメカニズムが採用されることがよくあります。 ブロックサイズ、ブロック時間、ブロック報酬、難易度調整などのサイドチェーンのブロックパラメータは、イーサリアムメインネットとは異なる設定になることがよくあります。 これらのパラメータは、ブロックチェーンのパフォーマンスと経済モデルに大きな影響を与え、異なるブロックチェーンネットワーク間の互換性とバランスにも影響を与える可能性があります。

• ブロック パラメーター イーサリアムメインネットは通常、ブロックチェーンの分散化とセキュリティを確保するために、ブロック時間の短縮やブロックサイズの縮小など、保守的なブロックパラメータ設定を備えています。 対照的に、サイドチェーンは、より高いスループット、より速いトランザクション速度、およびより低いトランザクションコストを達成するために、より速いブロック時間とより大きなブロックサイズを採用することがよくあります。 ただし、このアプローチはサイドチェーンの分散化とセキュリティを損なう可能性があります。 ブロック時間が速く、ブロックサイズが大きいと、フルノードの実行が難しくなり、少数の「スーパーノード」がチェーンの保護を担当する可能性があります。 このような場合、検証ノード間の共謀やチェーンに対する悪意のある攻撃の可能性が高まります。

• EVM との互換性 一部のサイドチェーンはEVM互換になるように設計されており、イーサリアムネットワークにデプロイされたスマートコントラクトを実行できます。 イーサリアムエコシステムと開発ツールを直接活用し、Solidityやその他のEVMスマートコントラクト言語で記述されたスマートコントラクトをサポートできます。 イーサリアムエコシステムを超えて拡大しようとしている開発者にとって、サイドチェーンは効果的なスケーラビリティソリューションとして機能し、トランザクションコストを削減し、分散型アプリケーションのより高速な実行を可能にします。

ただし、サイドチェーンの使用には特定のリスクも伴います。 各サイドチェーンはそのセキュリティに責任があり、イーサリアムのセキュリティプロパティを継承しません。 したがって、サイドチェーンは悪意のある動作やその他の攻撃を受けやすくなります。

• 資産振替 イーサリアムメインネットのサイドチェーンになるには、ブロックチェーンがイーサリアムメインネットとの間の資産移動を容易にできる必要があります。 これは、ブロックチェーンブリッジを使用して実現されます。 ブリッジは、イーサリアムメインネットに展開されたスマートコントラクトとサイドチェーンを使用して、ブリッジ間の資金のブリッジングを制御し、相互に通信およびデータを交換できるようにします。 ブリッジを使用する場合、資産はあるブロックチェーンから別のブロックチェーンに物理的に転送されません。 代わりに、トークンのミンティングと書き込みのメカニズムが採用されています。 ブリッジスマートコントラクトに送信されたアセットはロックされ、ユーザートランザクションの検証を担当するリレイヤーによって受信されます。 セキュリティチェックを受けた後、「簡易支払い検証」(SPV)と呼ばれる領収書が生成され、クロスチェーントランザクションが宛先チェーンに転送されます。 橋の反対側では、同等のトークンが鋳造されます。

この取引方法は「双方向ペグ」とも呼ばれ、スマートコントラクトを通じて異なるチェーン上の同等の資産をステーキングおよびロック解除することで、資産を簡単に転送できます。

画像ソース: Web3大学

サイドチェーンの利点

• イーサリアムの混雑緩和 サイドチェーンはメインネットの負担を軽減し、ブロックチェーンシステムの全体的なスループットと効率を向上させることができます。

• さまざまなコンセンサスメカニズムのサポート サイドチェーンは、さまざまなコンセンサスメカニズムを使用して、カスタマイズされたサービスアプリケーションを提供できます。

• 強化されたプライバシーの提供 サイドチェーンは、トランザクションのプライバシーとセキュリティを保護するために、より高度な暗号化テクノロジーを採用できます。

• 相互運用性と構成性の向上を実現 サイドチェーンは水平方向と垂直方向にスケーリングでき、異なるブロックチェーン間の相互運用性を向上させるマルチチェーンエコシステムを作成します。

• アプリケーション拡張の機会を拡大 EVM互換のサイドチェーンにより、dAppは他のブロックチェーンネットワークに拡張でき、より大きなユーザーコミュニティを育成できます。

サイドチェーンのデメリット

• セキュリティが低い サイドチェーンのセキュリティは、コンセンサスメカニズムとバリデーターの数と質に依存します。 コンセンサスメカニズムが弱い場合、またはバリデーターが信頼できない場合、サイドチェーンは攻撃や障害に対して脆弱になり、データの損失や改ざんにつながる可能性があります。

• 互換性の問題 サイドチェーンとメインネットは、異なるブロック構造、スマートコントラクト言語、状態遷移ルールなどを使用する場合があります。 これにより、資産振替または契約実行でエラーまたは失敗が発生する可能性があります。

• 可用性の制限 サイドチェーンは、ネットワークの遅延、ノードのオフラインの問題、またはクロスチェーンブリッジの輻輳の影響を受け、ユーザーがトランザクションデータをタイムリーに送受信できなくなる可能性があります。

• 集中化のリスク サイドチェーンは通常、メインネットとは独立して動作し、独自のコンセンサスメカニズムとバリデーターを持っています。 バリデーターの大多数が少数の機関や個人に集中している場合、サイドチェーンの信頼性とセキュリティが損なわれる可能性があります。

• 開発の複雑さが高い サイドチェーンネットワークには、メインネットとは異なる多くのパラメータがあり、互換性、負荷分散、パフォーマンスのボトルネック、および使用中に発生する可能性のある潜在的な問題を考慮する必要があり、より高い技術的専門知識が必要です。

主要なサイドチェーンプロジェクト

• 多角形 ポリゴンブロックチェーンは、人気のあるイーサリアムスケーリングソリューションの1つであり、PoSコンセンサスメカニズムを使用してブロックチェーンネットワークの効率とスケーラビリティを向上させます。 これは、イーサリアムメインネットに接続され、セキュリティ、ガバナンス、およびコンセンサスメカニズムをカスタマイズできる、子チェーンとも呼ばれる複数の並列チェーンを作成することによって実現されます。 Polygonの主な利点には、イーサリアムとの互換性と相互運用性を維持しながら、トランザクションコストの削減、トランザクション速度の向上、幅広いユースケースのサポートが含まれます。 さらに、Polygonは、開発者が独自の子チェーンまたは並列チェーンを作成してデプロイできるオープンプラットフォームです。

イーサリアムのサイドチェーンとして、Polygonは高速で費用効果が高く、安全なオンチェーントランザクションを提供し、そのマルチチェーンスケーリングコンセンサスモデルにより、異なるチェーン間でのdAppの相互運用性と統合が可能になります。

ポリゴンは最近、ゼロ知識(ZK)証明を使用したイーサリアム仮想マシン(EVM)のスケーラビリティソリューションであるポリゴンzkEVMの導入など、大きな進歩を遂げました。 EVMと同等、セキュリティ、トランザクションのバッチ処理による低コストを特長としています。 さらに、現在世界最速のZK耐性であるPolygon Zeroテクノロジーを使用しており、楽観的なロールアップなどの他のレイヤー2ソリューションよりも優れたファイナリティを提供します。

Polygon zkEVMはオープンソースであり、公開テストネットをリリースしています。 ベンチャーキャピタル会社のセブンセブンシックスも、ポリゴンとの新規プロジェクトの開発を支援するために2億ドルのイニシアチブを開始しました。 現在、ポリゴンは2番目に大きなGameFiブロックチェーンになり、毎日13万人以上のアクティブなゲーマーがいます。

• スケール Skaleブロックチェーンは、イーサリアムサイドチェーンの開発に焦点を当てたプロジェクトです。 PoSコンセンサスメカニズムを利用し、エラスティックサイドチェーンと呼ばれる独自のアプローチを採用して、イーサリアムブロックチェーンとの互換性を維持しながら高性能を実現します。 Skaleは、dAppとスマートコントラクトに効率的で安全で費用効果の高いインフラストラクチャを提供します。 2020年6月のメインネットの立ち上げ以来、Skaleは分散型アプリケーション向けのスケーラブルで効率的なソリューションを求める開発者やユーザーの間で人気を博しています。 Skaleネットワークの重要な機能は、イーサリアムメインネットに接続された本質的に独立したブロックチェーンネットワークであるエラスティックサイドチェーンの使用です。 開発者は、さまざまなdAppやスマートコントラクトをサポートするために、ニーズに応じてこれらのサイドチェーンを作成およびカスタマイズできます。

Skaleネットワークは、開発者とユーザーに追加の機能と利点を提供します。 たとえば、複数のプログラミング言語とフレームワークをサポートしているため、開発者はdAppとスマートコントラクトを構築して展開するのに便利です。 さらに、低い取引手数料と迅速な取引時間を提供し、ユーザーに費用効果が高く効率的なソリューションを提供します。

トケノミクスに関しては、Skaleネットワークはネイティブ暗号通貨としてSKLを使用しており、総供給量は40億トークンです。 トークン供給の大部分は、エコシステムの開発とコミュニティへの報酬に割り当てられています。

• グノーシスチェーン 以前はxDaiチェーンとして知られていたグノーシスチェーンは、dAppに高度にスケーラブルで安全で相互運用可能なブロックチェーンソリューションを提供することを目的としたイーサリアムサイドチェーンプロジェクトです。 Gnosis Chainは最大1,000 TPS(トランザクション/秒)のトランザクション速度をサポートし、ネットワークセキュリティのためにPoSコンセンサスメカニズムとスマートコントラクト検証を採用しています。 さらに、グノーシスチェーンはイーサリアムネットワークと互換性があり、イーサリアムエコシステムとの相互運用性を可能にします。 最近、グノーシスチェーンは大きな技術的進歩を遂げました。 まず、トランザクション速度の高速化やセキュリティの強化などの機能が改善された新しいバージョンが導入されました。 さらに、Gnosis Chainはポリゴンと協力し、Gnosis Safeウォレットをポリゴンネットワークに統合して、より高速なトランザクション速度とより低い手数料を実現しています。 最後に、Gnosis ChainはDeFi保険会社Nexus Mutualと提携して、Gnosis Safe Walletの保険サービスを提供しています。

xOmniBridgeテクノロジーは、グノーシスチェーンとイーサリアムやバイナンススマートチェーンなどの他のネットワークとの間のクロスチェーン資産転送を可能にします。 これにより、ユーザーは集中型取引所に依存することなく、異なるネットワーク間で資産を転送できます。 現在、チェーンリンクやAaveなどの多くのイーサリアムアプリケーションは、DeFiプロトコル、ゲーム、NFTマーケットプレイスを組み込んだ確立されたエコシステムを享受しているグノーシスチェーンに移行しています。

結論

このレッスンでは、イーサリアムブロックチェーンのスケーリングにおけるサイドチェーンテクノロジーの適用について説明しました。 サイドチェーンは、メインネットと並行して実行され、データ交換と資産転送のための特定のメカニズムを介してメインネットと相互作用する独立したブロックチェーンであり、メインネットのスケーラビリティとアプリケーションサポートを可能にします。 サイドチェーンは、トランザクション速度を向上させ、コストを削減し、多様なアプリケーションシナリオをサポートし、分散型アプリケーションにより多くのイノベーションの可能性をもたらす可能性があります。 ただし、セキュリティと分散化の観点から、依然としていくつかの制限と課題に直面しています。

ポリゴン、スケール、グノーシスチェーンに加えて、ルームネットワーク、メティスアンドロメダ、クロスベルなど、サイドチェーンを積極的に開発している他のプロジェクトがあります。 このレッスンを通して、サイドチェーンについてかなり理解できたかもしれません。 次のレッスンでは、待望のロールアップテクノロジーを探索し、多様なイーサリアムスケーラビリティソリューションについてさらに深く掘り下げます。

ハイライト

• イーサリアムはスケーラビリティの問題に直面しており、トランザクションの速度とコストの問題に対処する必要があります。 サイドチェーン技術は1つの解決策です。- サイドチェーンは、メインネットと並行して実行され、特定のメカニズムを介してデータ交換と資産転送を可能にする独立したブロックチェーンであり、メインネットのスケーラビリティとアプリケーションサポートを実現します。- サイドチェーンの利点には、イーサリアムブロックチェーンの輻輳の緩和、さまざまなコンセンサスメカニズムとブロックパラメーターのサポート、より高いプライバシーの提供、相互運用性と構成可能性の向上、アプリケーションの新しい可能性の開拓が含まれます。- サイドチェーンの欠点には、セキュリティの低下、互換性の問題、可用性の制限、集中化のリスク、開発の複雑さの増大などがあります。- ポリゴン、スケール、グノーシスチェーンは有名なサイドチェーンプロジェクトです。

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