9つのクロスチェーンブリッジの動作原理とセキュリティの詳細な分析

原題:How do Blockchain bridges really work & can you trust them?

原題:

著者: ロス・ミドルトン

元のソース: Rhino.fi

オリジナル編集：フェンブシキャピタル

クロスチェーン ブリッジにより、データと資金がブロックチェーン間で自由に流れることができるため、マルチチェーンの世界で重要な役割を果たします。しかし、これらのクロスチェーンブリッジは、一連の破壊的なハッキングを受けて、過去数か月間論争の対象となってきました。

8月2日、ハッカーはイーサリアムとムーンビーム間のクロスチェーンブリッジであるノマドから1億9,000万ドル以上を盗みました。この最新のハッキングと相まって、Defiクロスチェーンブリッジのユーザーは12か月足らずで20億ドル近くを失った。

この記事は、どのブリッジを使用するかを推奨するものではなく、ユーザーが情報に基づいた選択を行えるように事実を述べるものです。この記事では、各タイプのクロスチェーンブリッジの長所と短所、および実際にどのように機能するかを詳しく説明します。

• クロスチェーンブリッジを分類する方法: 伝送タイプごと

• ロックとミントの例: Polygon 公式ブリッジ、StarkNet 公式ブリッジ、Shuttle。

• トークン発行者 Burn & Mint MakerDao、Arbitrum Teleport。

• 特化したバーン＆ミントホップ、デブリッジ。

• アトミック・スワップ・スターゲート。

サードパーティネットワーク/チェーン (サードパーティネットワーク/チェーン) Thorchain。クロスチェーンブリッジは 2 つのタイプによって区別されます。まずは送信タイプから分けてみましょう。クロスチェーン アグリゲーション プロトコル Lifi は、伝送タイプに応じて 3 つの主要なタイプのクロスチェーン ブリッジを識別しています。境界線が少し曖昧なので、実際には5つのタイプに分けることができます。

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ロック＆キャスト

最も単純で最も一般的なクロスチェーン ブリッジには、トークンのロックと鋳造、およびそれらの書き込みが含まれます。以下はワークフロー図です。

• アセットがチェーンを通過すると、ソース チェーンからのトークンがクロスチェーン ブリッジのスマート コントラクトにロックされ、ターゲット チェーン上で新しいバージョンが生成されます。これは、マップされたトークンと標準トークンの場合があります。

• ラップされたトークン: ネイティブ トークンと 1:1 のアンカーが維持されます。

正規トークン: 各チェーン上で流通するネイティブ トークンを指します。どちらのトークンも、原資産が完全に担保された状態で完全に鋳造されます。アセットがチェーンを通過すると、新しいトークンがターゲット チェーンで書き込まれ、ネイティブ トークンがソース チェーンでロック解除/解放されます。この公式は非常に一般的です: 最も「公式」なレイヤー1>

アドバンテージ：

アドバンテージ：

ターゲットチェーントークンを裏付けるために100%担保されているため、スケールが可能です。

1. 欠点:

2. ソースチェーン上のスマートコントラクトはハッカーにとって格好の標的であり、ソースチェーンの資金が盗まれた場合、ターゲットチェーンのトークンは無価値になる可能性があります。ハッカーの攻撃は、大量のトークンを保持するクロスチェーン ブリッジのスマート コントラクトを狙っており、たとえば 2022 年 3 月にはハッカーが Ronin Bridge の脆弱性を利用して 6 億米ドルを盗みました。

3. クロスチェーンの速度が遅い - Polygon から Ethereum へ、または StarkNet/Ex から Ethereum へのクロスチェーンの場合、ユーザーはまだ数時間待つことをいとわないかもしれませんが、Arbitrum や Optimism などの OP ロールアップのクロスチェーンの場合、ユーザーは数日待つことを望んでいません。

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トークン発行者によって焼かれて鋳造される

このアプローチは少し異なり、トークン発行者にインセンティブを与えることでチェーン全体に流動性を提供します。言い換えれば、OPロールアップチャレンジ期間が比較的長い場合、トークン発行者は流動性を「提供」するために第三者に依存する代わりに介入することができます。MakerDao Arbitrum Teleporter。MakerDAO を使用すると、ワームホールが Arbitrum クロスチェーンから Layer1 に戻ったときに、ユーザーはクロスチェーン資産である DAI を迅速に取得できます。この場合、MakerDAO プロトコルは、オラクルのネットワークを通じてバックグラウンドで資金の最終決済を追跡します。

アドバンテージ：

このアプローチは、ほとんどのユーザーの摩擦コストを排除すると同時に、オラクルネットワークがオフラインになった場合（MakerDaoプロトコルなど）、不正防止の冗長性により発行者の安全を保ちます。

欠点:

MakerDao Arbitrum Teleporter を使用すると、Dao 内 (MakerDao など) に不良債権が発生し、トークンの発行者が責任を負うリスクを負う必要があります。

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特殊な燃焼と鋳造一部のクロスチェーンブリッジプロトコルは、「バーンアンドミント」モデルと AMM 流動性プールを組み合わせています。

この流動性プールには、特別に鋳造されたクロスチェーン資産を含む 2 つ以上の資産を含めることができます。重要なのは、ロック ブリッジとミント ブリッジと同様に、このモデルは、Layer2 と他のチェーン間のアセット クロスチェーンを迅速に実行し、ソース チェーンに戻すことを容易にします。 deBridge Finance と HOP はこのカテゴリに分類されます。ユーザーがイーサリアムのレイヤーでETHをロックすると、deBridgeはArbitrumや他のチェーン上で特定のクロスチェーンブリッジトークン（deETHなど）を鋳造します。

deETH 自体に関する限り、このエコロジーではより広く使用されている他の形式の ETH があるため、Arbitrum では多くのユースケースがありません。流動性プロバイダーは、ETH と deETH の組み合わせを DeBridge 流動性プールに預け入れることができ、また (Curve Factory で) クロスチェーン ブリッジ ユーザーから取引手数料と裁定取引の機会を得ることができます。次に、各チェーンに特定のクロスチェーン ブリッジ トークンをキャストし、AMM 流動性プールを通じてクロスチェーンを設定/初期化します。

AMMプールでスリッページが発生した場合（deUSDCまたはUSDCがプールから削除または追加された場合）、外部LPは資金を入金または引き出して流動性プールのリバランスを行います。これに対し、通常のLock&mintでは担保償還までの待ち時間が長くなります。 Hop ブリッジはほぼ同じように機能し、Hop と DeBridge の両方に、クロスチェーン ブリッジが特定のサービス レベル アグリーメント内で動作することを保証するために、ノード検証者に対する報酬と罰のシステムがあります。

アドバンテージ：

AMM プール内の特定のクロスチェーン ブリッジ資産をチェーン間の中間ステップとして使用することで、エコシステム内の流動性を効果的に高めることができ、同時に LP がスリッページによる裁定収入を得ることができます。

欠点:

このアプローチは、AMM 流動性プールが 1:1 の為替レートを提供せず、スリッページが発生するため、ユーザーにとってコストが高くなります。専用のクロスチェーンブリッジ流動性プールに資金を預けたり、クロスチェーンブリッジ資産（IOUの形で）を保有したLPにもリスクがあります。

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アトミックスワップ

アトミック スワップ ブリッジは、ターゲット チェーンに既にクロスチェーンされている既存の標準/マップされたトークン (USDC など) を活用し、これらのトークンをソース チェーンとターゲット チェーンの両方の単一の資産プールにプールします。

アトミック・エクスチェンジ・ブリッジに基づいて、一部のブリッジは追加サービスを構築するために最後に自動マーケットメーカー取引機能も追加します。

アドバンテージ：

ユーザーは、ターゲット チェーン上でトークン値を確実に保持するために、クロスチェーン ブリッジのセキュリティに依存する必要がなくなります。別のクロスチェーン ブリッジに依存することも (非ネイティブ トークンの場合)、ターゲット チェーン上でネイティブ トークンを保持することもできます。資産の移転も非常に迅速かつ安価に行うことができます。

欠点:

ターゲットチェーンプールを拡大するには大量のトークンが必要なため、流動性マイニングを通じてトークンのデポジットを奨励するにはコストがかかる可能性があります。一方通行の交通量が多い場合にも、プールは簡単に排水されます。

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このタイプの伝送はクロスチェーンブリッジとはまったくみなされておらず、完全に独立したチェーンまたは中間チェーンとして機能するネットワークであると言えます。スマートコントラクトとメッセージングに互換性がない場合（ビットコインネットワークなど）、またはクロスチェーンプロトコルが一般化目標を達成する必要がある場合（クロスチェーン通信など）、分散型のクロスチェーン資産にはサードパーティのネットワーク/チェーンが必要になります。簿記と中間層を担当します。このようなネットワークは、ソース チェーンとターゲット チェーン上のしきい値署名システム (ノード ネットワーク) に依存しており、各ノードは誠実さを確保するように動機付けられる必要があります。

アドバンテージ：

サードパーティのネットワークとチェーンにより、より多くのブロックチェーンが分散型でクロスチェーンできるようになります。

欠点:

欠点:

これらのクロスチェーンブリッジには大量の資本の導入が必要であり、1 つは各チェーンのノードが誠実さを維持するように動機付けることであり、もう 1 つは継続的な資金注入を必要とする流動性プールを確立することです。これらのシステムはアーキテクチャ的にもより複雑で、最も有名な例は 3 回ハッキングされた ThorChain です。別のケースでは、サードパーティ ネットワークの Synapse が、AMM プールで異常なアクティビティを発見した後、2021 年末に 800 万ドルのハッキングを阻止しました。

信頼を前提としたクロスチェーンブリッジを区別する

さまざまな転送方法に加えて、さまざまな信頼の仮定も考慮する必要があります。

1. 信頼度のさまざまなレベルは、次のカテゴリに分類できます。

2. 集中型ブリッジ: Binance から Arbitrum へ

3. 検証/マルチシグブリッジ: ワームホール、Axelar、Connext。

4. プロトコル レベル ブリッジ: Cosmos IBC。

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集中ブリッジ

集中型ブリッジは通常、単一当事者の署名に依存して資金の移動を処理および制御します。たとえば、Arbitrum から Binance に移行する場合、スマート コントラクトに存在する資金を Binance に頼ってアカウントに入金することになります。

集中ブリッジは、高速転送に対する短期的な需要を解決します。ただし、透明性、拡張性、検閲耐性がないため、単純なクロスチェーンに限定されます。

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検証/マルチシグネチャブリッジ

これらのタイプのブリッジは、信頼の前提が弱い集中型ブリッジよりも安全です。

これは、いくつかの異なるタイプのエージェントが、ブリッジの両端での活動を監視し、進行中の入金/引き出しを報告するオラクルとして機能するように促します。ただし、このメカニズムには集中型バリデーターに対するある程度の信頼が必要であり、ほとんどの場合、それは基本的なマルチ署名にすぎません。

これは Connext ブリッジの例です。

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ステータスプルーフブリッジ

Proof-of-State ブリッジでは、バリデータよりも弱い信頼前提が必要です。これらはチェーン間の状態を証明します。これは、バリデーターがオラクルとして機能する必要がないことを意味します (これらは ZK 証明または楽観的証明である可能性があります)。さらに、Proof of State ブリッジでは第三者への信頼は必要ありませんが、中継器が依然として必要な場合があります。これらの国家証明ブリッジを使用してソース チェーン上の資産を安全にロックし、ターゲット チェーン上の資産を「鋳造」できるため、ブリッジのどちらの側にも担保は必要ありません。

これがホップブリッジの仕組みです。

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プロトコルレベルのクロスチェーンブリッジ

プロトコル レベルのクロスチェーン ブリッジは、最も信頼しやすい前提です。おそらくこれの最も注目すべき例は、Cosmos エコシステムの Interoperable Blockchain Protocol (IBC) です。これは確かに状態証明ブリッジですが、異なるチェーン上で動作できるプロトコル レベルでもあります。

1. プロトコル レベルで実装することで、次のことが可能になります。

2. 橋の両側に担保を置く必要が完全になくなります。

3. すべてのチェーンがミントとバーンに同じアセットを持っていることを確認してください。

4. 各チェーンのインターフェースを標準化します。

スマートコントラクトベースのクロスチェーンブリッジのハッキングのリスクを軽減します。

これは IBC のビジュアル インターフェイスです。

一般に、主流のパブリック チェーンとエコシステムはすべて、プロトコル レベルのクロスチェーンを使用して、チェーン上の資産の流動性とセキュリティを最大化します。これまで、クロスチェーンブリッジは資産の安全性を約束できませんでした。

これは、ブリッジを信頼できないという意味ではありません。問題が発生するたびにメディアが報道するにもかかわらず、ハッキングは依然としてまれな出来事であり、クロスチェーンブリッジは、ユーザーがチェーン間の資産循環の問題を解決するのに役立ちますが、プロセスは複雑です。かなり難しいです (ただし、rhino.fi はマルチチェーン機能を使用してこの問題を解決しようとしています)。