IOSG Ventures: マルチチェーンエコロジーの現状と将来のパターンを詳しく説明
原作者: ジアウェイ
出典: IOSG Ventures
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画像ソース: https://medium.com/composable-finance/the-philosophy-of-the-cross-chain-ecosystem-a-continuum-of-interoperability-33ed81350190
Composable Finance は、クロスチェーンの相互運用性を実現するための 5 つの開発段階を提案しています。
0-20%: 最も基本的なクロスチェーン通信とチェーン間トークンの移動を実現します。
20-50%: ユーザーは、収益を最大化するために、さまざまなチェーン上の資産に流動性を提供できます。
50-75%: ユーザーがあるチェーンで担保を預けながら別のチェーンで借りられるようにする Aave のようなプロジェクト。つまり、異なるチェーンのアプリケーション間通信を実現します。
75%: 単一のアプリケーションが、その異なる部分を複数のチェーンにデプロイし、各部分が最も効率的なチェーンで実行されるようにします。これらの異なるチェーンのバックエンド パッケージは相互に通信して、ユーザー エクスペリエンスの継続性を確保します。
100%: エコシステムに依存せず、幅広い Web3 エコシステムへのインターフェイスを提供します。従来の開発者は、複雑なブロックチェーン プログラミングを行わずに、Web3 ツールでサポートされているアプリケーションをチェーン上に任意にデプロイでき、すべての複雑さを抽象化できます。
これらの段階の調査と判断は、基本的に今日のマルチチェーン構造をどのように見るべきかを決定します。抽象的には、Polkadot XCM / XCMP と Cosmos IBC、および Substrate と Cosmos SDK だと思います。、すでにそれぞれ第4段階と第5段階に取り組んでいます。
また、マルチチェーンエコシステムとして、Polkadot と Cosmos のシステム設計と技術アーキテクチャを比較する記事が数多くあります。本記事ではちょっとした補足として、クロスチェーン通信の仕組みであるXCMP/IBCと開発フレームワークであるSubstrate/Cosmos SDKをライトクライアントの観点から比較していきます。
最後に、結論として個人的な考えをいくつか述べます。
2. アーキテクチャ
Cosmos のドキュメントで説明されているように、「Cosmos は製品ではなく、モジュール式で適応性があり、交換可能なツールのセットに基づいて構築されたエコシステムです。」ポルカドットに対する私の理解も同様です。
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2.1.Polkadot
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https://polkadotters.medium.com/polkadot-architecture-6d150dd1253e
リレー チェーンは Polkadot の中核であり、パラチェーンは互いに独立していますが、セキュリティを共有するためにリレー チェーンに接続されています。 Collator はパラレル チェーン上のトランザクションを 1 つずつ収集し、状態遷移証明書を生成してリレー チェーンに送信し、Validator はこれらの証明書を検証し、コンセンサスを実行し、リレー チェーン上でブロックを生成します。ノミネーターはバリデーターを選択する責任があり、リレーチェーンを保護するためにDOTを誓約する必要があります。
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2.2.Cosmos
画像ソース: https://v1.cosmos.network/intro
Cosmos は、ゾーンとハブという 2 種類のブロックチェーンで構成されています。ゾーンは通常の異種チェーンであり、これらのゾーンを接続するためにハブが使用されます。ゾーンとハブ間の通信とメッセージングは、IBC (ブロックチェーン間通信) プロトコルに依存します。いずれかのゾーンがハブとの IBC 接続を確立すると、そのハブに接続されている他のゾーンと通信できます。
Cosmos Hub は、Cosmos ネットワークの開始を示す、ネットワーク全体の最初のハブです。
3. 通信の仕組み
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3.1.Polkadot XCM / XCMP
画像ソース: https://w3f.github.io/parachain-implementers-guide/messaging.html
Polkadot は、UMP と DMP を使用してパラチェーンとリレー チェーン間でアップリンクおよびダウンリンク メッセージを送信し、XCMP (クロスチェーン メッセージ パッシング) を使用してパラチェーン間でメッセージを送信します。 XCMP はまだ開発中であり、現在実際に使用されているクロスチェーン ソリューションは HRMP (水平リレー ルーティング メッセージ パッシング) です。
HRMP は XCMP と同じインターフェイスと機能を提供しますが、すべてのメッセージをリレー チェーンのストレージに配置する必要があります。リレー チェーンの場合、追加のメッセージ負荷が生成されます。一方、XCMP は、リレー チェーン内のメッセージに関連付けられたメタデータのみをハッシュします。画像の説明
画像クレジット: https://www.youtube.com/watch?v=dyx-ePhuQRg によると、IOSG Ventures
上の図は、XCMP がどのように機能するかを示しています。
並列チェーン間で双方向チャネルを開き、それぞれメッセージを受信および送信できます。パラチェーン A とパラチェーン B 間の XCMP 通信の場合、まず、それぞれのチェーンの Collator がメッセージ、宛先、タイムスタンプを自身の出力キューに追加する必要があり、相手がメッセージを検出した後、それを自身の入力に追加します。 queue でメッセージを処理し、ブロックをバリデーターに送信します。バリデーターはメッセージを検証し、リレー チェーンにブロックを含めます。これでクロスチェーンメッセージの配信が完了したとみなされます。
チェーン間、または異なるコンセンサス システム間では、メッセージ形式に互換性がなく、それぞれに独自のメッセージ配信方法と標準のセットがあります。
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画像ソース: https://medium.com/polkadot-network/xcm-the-cross-consensus-message-format-3b77b1373392
今年 5 月の初めに、Polkadot は XCM (Cross-consensus Messaging Format) v0 を正式に開始しました。スマート コントラクト、パレット、ブリッジ、さらには SPREE (Shared Protected Runtime Execution Enclaves) の間で通信する機能です。 (注: Pallet は、一連の特定目的の組み合わせ可能なモジュールとツールキットに相当します。たとえば、EVM Pallet の目的は、Solidty ベースのコントラクトを Substrate チェーンに統合することです。SPREE モジュールは、次のことを保証するために使用されるトラストレス メッセージ モジュールです。メッセージ受信後のコード実行方法）
XCM と XCMP の違いに注意する必要があります。XCM はコンセンサス システム間の相互通信のための「形式」であり、その用途はメッセージを受け取ったときに受信者が何をすべきかを表現することです。 XCMP はメッセージング用の「プロトコル」です。
基本的に、XCM メッセージは非チューリング完全仮想マシン XCVM (クロスコンセンサス仮想マシン) 上で実行される単一または一連の命令です。つまり、XCVM 命令セットが XCM メッセージの内容全体を構成します。
Polkadot は XCM と XCMP を提案しました。これらは実際に並列チェーン間の通信に対するネイティブでユニバーサルなサポートを提供するため、特別なクロスチェーン ブリッジに依存せずに並列チェーン間の直接通信を実現できます。画像の説明
画像ソース: https://apps.moonbeam.network/moonbeam
XCM の立ち上げ直後、Moonbeam と Acala は率先してクロスチェーン通信用の XCM ベースの双方向 HRMP の立ち上げを発表し、2 つのチェーン上でネイティブ アセットの自由な流れを実現しました。
たとえば、Acala の $ACA と $aUSD を XC-20 資産 ($xcACA と $xcaUSD) として Moonbeam にクロスチェーンして、イーサリアム エコシステムとの相互接続を実現できます。 Moonbeam のネイティブ トークン $GLMR は、$aUSD を鋳造したりステーキングに参加したりするための Acala の担保としても使用できます。
Moonbeam と Acala の 2 つの主要な生態系間の XCM 接続の開始は、Polkadot によって計画されたクロスチェーンランドスケープがゆっくりと展開されていることを象徴するマイルストーンイベントです。他のパラチェーンが XCM ベースのクロスチェーン通信を可能にするにつれて、より多くの同様の使用例が見られ、より大きな想像力が刺激されるでしょう。
3.2.Cosmos IBC
Cosmos システムは、ボトムアップで、BFT コンセンサス エンジン、クロスチェーン通信プロトコル、開発フレームワークである Tendermint Core、IBC、Cosmos SDK に基づいています。
IBCは、クロスチェーン通信プロトコルとして、昨年3月のCosmos Stargateのアップグレード時に正式に実装され、そのセマンティクスと設計原則はチェーン間標準のICS（Inter-chain Standard）によって策定されました。
画像出典: IOSG Ventures
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画像ソース: https://v1.cosmos.network/intro
IBC は「ロックキャスト」資産クロスチェーン モデルを採用しています。上に示したように、ゾーン A がチェーンを介して資産をゾーン B に転送したい場合は、トークンをロックし、証明をゾーン B に送信する必要があります。検証後、ゾーン B は自身のチェーン上で同量のトークンを鋳造します。このプロセス中、資産は実際には転送されませんが、資産はゾーン A にロックされ、同じ資産がゾーン B で再鋳造されます。
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画像ソース: https://hub.mintscan.io/ecosystem
現在、Cosmos エコシステムには 39 のチェーンと 78 のバリデーターがあり、担保資産の総額は 31 億米ドルを超えています。いくつかの潜在的なエアドロップの機会は、ユーザーを Cosmos エコシステムに引き付ける原動力の 1 つとなっています。しかし、テラの消滅は明らかにコスモスの生態系に大きなダメージを与え、生態系内のロックされた位置の総量は大幅に減少しました。
3.3. ライトクライアント
私たちは XCMP と IBC をライト クライアントの観点から考察します。
ライトクライアント（またはライトノード）はもともとフルノードとは異なる用語で、ビットコインのSimplified Payment Verification（SPV）に使用されています。広い意味では、スマート コントラクトはライト クライアントにもなり得ます。このようなライト クライアントは多くの場合、チェーンと直接対話しませんが、トランザクションの送信、アカウント残高の確認、ブロック ヘッダーの要求など、フル ノードから特定の情報を要求するために仲介者としてフル ノードに依存します。
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画像出典：https://near.org/zh/bridge/
また、NEARのRainbowBridgeも代表的なライトクライアントモデルです。スマート コントラクトとして、ライト クライアントは Ethereum (NEAR ブロック ヘッダーを保存) および NEAR (Ethereum ブロック ヘッダーを保存) にデプロイされます。これらのブロック ヘッダーはリレイヤーによって定期的に更新され、更新頻度は経済効率とのトレードオフによって決まります。イーサリアム上の NEAR のブロック ヘッダーの更新は 12 ～ 16 時間に設定されています。コネクタは、特定の資産 (ERC-20 トークンや NFT など) のクロスチェーン ロジックを処理する責任があります。
RainbowBridge の速度とコストは主にイーサリアムに依存します。イーサリアムから NEAR にアセットを送信するには約 6 分 (20 ブロック) かかります。 NEAR からイーサリアムにアセットを送り返すには、現在最大 16 時間かかります (イーサリアムのファイナリティに費やされる時間のため)。
画像出典: IOSG Ventures
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上記の XCM / XCMP、IBC、RainbowBridge の組み合わせを通じて、ライト クライアント モデルの基本を理解しました。ライトクライアントの利点はセキュリティにあり、2つのチェーンは外部検証者の信頼を前提とすることなく、特定の情報を検証することで相手チェーンで何が起こったかを知ることができるため、セキュリティは基本的にチェーン自体と同等です。
特に、XCMP のセキュリティは共有セキュリティに属し、リレー チェーンによって提供されるグローバル セキュリティに依存します。これは、クロスチェーン メッセージの検証がバリデーターによって行われ、その後、バリデーターがメッセージを含むブロックをリレー チェーンに含めるためです。 。
上の表の Cosmos のチェーン間セキュリティは、特殊な種類の共有セキュリティです。つまり、複数のチェーンが同じバリデータ セットを共有し、ブロックを生成します。一部の小規模チェーンはバリデーターが弱く、攻撃に対して脆弱であるため、インターチェーン セキュリティは、成熟したネットワークのセキュリティを継承するのを支援することに相当します。
Cosmos IBC を使用した通信には 2 つのチェーン間の相互信頼が必要ですが、RainbowBridge では NEAR とイーサリアム間の相互信頼が必要であり、これはブロック ヘッダーを検証するための基本前提でもあります。
ライト クライアントの欠点は、これらの証明の検証にコストがかかること、さらに接続の問題も伴い、2 つのチェーン間の通信にライト クライアントを展開する必要があることです。もちろん、Polkadot と Cosmos のネイティブ通信メカニズムは、エコシステム内の接続の問題をうまく解決します。
要約として、XCMP/XCM、Cosmos IBC、および NEAR RainbowBridge の簡単な比較が上の表に示されています。データの一部は生態系間の比較に直接関係している可能性があります。 (RainbowBridge には、クロスチェーン エコロジーに属する前 2 つとは異なり、NEAR とイーサリアムの間のクロスチェーンのみが含まれますが、一種のライト クライアントとして、比較のためにここにも記載します。)
注: 上記/下記の事例プロジェクトはすべて IOSG ポートフォリオであり、事例は情報交換のみを目的としており、投資アドバイスを構成するものではありません。個人的な投資判断についてはDYORをお願いします。
4. 開発体制
「すぐに使える」とは、開発者がこれらの機能を再実装するために時間と労力を費やすことなく直接使用できる一連の既製のソフトウェア/ハードウェア、またはツールキットを指します。
Substrate と Cosmos SDK はそのようなフレームワークです。基盤となるロジックをカプセル化し、いくつかの事前構築済みモジュールを提供し、柔軟でカスタマイズ可能なモジュールを組み合わせてブロックチェーンとアプリケーションを構築します。画像の説明
画像ソース: https://docs.substrate.io/v3/getting-started/architecture/
Substrate は 3 つの開発方法を提供します: Substrate Node はノード構成を事前に提供し、追加の JSON ファイルを構成するだけでワンクリックでチェーンを構築できます; Substrate FRAME は一連のモジュールとコンポーネント (つまり、前述の Pallet) を提供します、開発者パレットも自由に記述して組み合わせることができます; Substrate Core はより高次元で抽象的であり、開発者はランタイムをゼロから設計できます (注: ランタイムは本質的に状態遷移関数であり、これは Substrate の中核概念であり、状態を表します)これら 3 つの方法の開発難易度と技術的な柔軟性はいずれも増加しています。
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画像ソース: https://v1.cosmos.network/intro
スマート コントラクトとは異なり、Cosmos SDK はアプリケーション固有のブロックチェーン (つまり、単一のアプリケーション用にカスタマイズされたブロックチェーン) の概念を提案し、基礎となる BFT コンセンサス エンジン Tendermint Core とネットワーク層をカプセル化します。ABCI (アプリケーション ブロックチェーン) の助けを借りてインターフェース）はアプリケーション層との接続を実現します。
Cosmos SDK に加えて、JavaScript ベースの DeFi コンポーネント Agoric、Wasm ベースのスマート コントラクト モジュール CosmWasm、Cosmos SDK ベースの EVM 実装 Ethermint など、補足として拡張ツールがいくつかあります。
開発フレームワークが提供する機能やツールは全体としては似ていますが、細部では設計コンセプトが異なりますが、ここでは詳しく説明しません。
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画像ソース: https://medium.com/electric-capital/electric-capital-developer-report-2021-f37874efea6d
Electric Capital のレポートによると、Web3 開発者の数は 2017 年以来大幅に増加しており、2021 年末までに 18,000 人を超える開発者が Web3 分野で活動することになります。ただし、従来の開発者に比べればまだ少数派です。産業発展の観点からは、オンチェーンアプリケーション開発の敷居をさらに下げ、良質な開発者サービスを提供する必要がある。
結局のところ、Substrate と Cosmos SDK はどちらも、それぞれのエコロジーにアクセスする利便性を重視しています。実際、開発フレームワークの選択は、その背後にある生態系の選択とも切り離せません。
画像出典: IOSG Ventures
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また、Substrate と Cosmos SDK の簡単な比較も行いました。
5. 考察と結論
私は「ファットアプリ」の議論に部分的に同意します（そしてプロトコルは必ずしも「シン」である必要はありません）。エンジニアリングの観点から見ると、チェーンごとに異なるトレードオフがあり、さまざまな目標に向けて独自の技術ソリューションが提案されていますが、そのようなインフラストラクチャの最終目標は、アプリケーションを比較的一貫して提供することです。空話技術を応用するという学術的精神は別として、私たちは空中に城を築きたいわけではありません。 2018年と19年の物語を振り返ると、「イーサリアムキラー」や「数百万のTPS」が頻繁に発生していますが、ユーザーはこれらを気にしていますか？たぶん気にしない。したがって、小さくて美しいアプリケーションや、ユーザーに受け入れられやすいアプリケーションがいくつか存在し、それらを最初にチェーン上で実行する必要があります。 (この説明に当てはまると私が考えるアプリの 1 つは、NFT マーケットプレイス アグリゲーター gem.xyz です。これは、多くのユーザーにとって十分な優れたインターフェイスと機能を備えています。)
イーサリアムは、その上に構築されたアプリケーションとプロトコルが相互に制約され、基盤となるリソースを巡って必然的に競合するように設計されています。マルチチェーンエコロジーの台頭により、イーサリアムの圧力もある程度共有されましたが、実際にはイーサリアムの主導的な地位が侵食されています。同時に、弱気市場の観点から見ると、イーサリアムが比較的リーズナブルなガス料金と取引速度に戻ったことも、資本流出の動機を弱めています。短期的には、各チェーンが「儲かる効果」を生み出せるかどうかが、ユーザー流入を呼び込む最大の魅力となる（DeFi KingdomsやSTEPNなど）。中長期的には、ユーザー フローは各チェーン エコロジーの全体的な品質と切り離すことができません。エンドユーザーは自分の資金を使って投票するため、チェーン間の競争関係は比較的バランスがとれます。
構成可能性と相互運用性は新しい物語を刺激しますが、それに伴うリスクを無視することはできません。 2 年前、私たちはイーサリアム上にレゴを構築しただけでしたが、3 月 12 日の極端な市場では、プロトコルの階層的な入れ子と流動性の枯渇がシステミック リスクを引き起こしました。昨年のマルチチェーン構造の下では、より多くのアンカー、クロスチェーンブリッジ、より複雑なプロトコルがありますが、これほど厳しいテストはまだ経験していません。テラ帝国の崩壊は単なる前兆かもしれない。また、現在の市場は中長期的な下落傾向にあり、卵の殻を踏んで積極的にリスクを見積もり、判断する必要があります。
現在のマルチチェーン エコロジーはまだ少し「ふわふわ」していることを認めなければなりません。一見繁栄しているように見えるエコロジーも、最終的には、別のチェーンでゲームを再開するためのプロトコルとコードのセットにすぎません。エコロジーが豊かかどうかは、プロジェクトの数だけではなく、利用者の活動や資金の継続性などを総合的に評価することによって決まります。さらに、資産クロスチェーンは依然としてクロスチェーンの主な使用例です。将来的には、他のいくつかのアプリケーションシナリオが期待または予測される可能性があります。興味深いユースケースとしては、DID を行う際に複数のチェーンの活動軌跡を評価する必要がある、NFT ローンを行う際に複数のチェーンの NFT 資産を抵当に入れることができる、複数のチェーンにおける資産活動の変化に基づいて裁定取引の決定を支援するなどがあります。 。
クロスチェーンのインフラストラクチャはすでに完成しつつありますが、マルチチェーンのエコロジーを本格的に活性化するには大規模なユーザーの増加が必要であり、これは株式ユーザーを対象とした単なるゲームにすぎません。チェーン間で資金を移動するだけでは指数関数的な成長をもたらすことはできません。画像の説明
画像ソース: https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8
今後のマルチチェーンパターンをどのように見据えるべきでしょうか？上の図（2021年9月現在）では、クロスチェーンエコロジーが繁栄しつつあることがわかり、弱気相場では衰退は避けられませんが、客観的に見てクロスチェーンインフラは比較的完成しています。 （それでも、クロスチェーン施設の脆弱性を狙ったハッカーによる攻撃は今も次々と出てきています。楽観的ですが、注意も必要です。）
次の大きなサイクルの物語は、各チェーンの高品質アプリケーションを中心に構築されたマルチチェーン エコロジーであると推測するのが合理的です。「あらゆるニーズを満たすパブリック チェーンを構築する」といった発言は歴史になるかもしれませんが、結局のところ、すべてを 1 つのチェーンで行う必要は実際にはありません。将来的にはさらに多くのアプリケーション チェーンが登場すると予想されます。
現時点では、私たちはまだマルチチェーン環境の初期段階にいます。
元のリンク
https://thenewstack.io/web3-developer-ecosystem/
https://www.parity.io/blog/what-is-a-light-client/
https://substrate.io/https://wiki.polkadot.network/docs/https://v1.cosmos.network/intro
https://github.com/paritytech/xcm-format
https://aurora.dev/blog/2021-how-the-rainbow-bridge-works
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