これまでのところ、私たちは一体いくつのパブリックチェーン（L1s & L2s）を持っているのでしょうか？

おそらく、誰もがこの質問に即座に正確に答えることはできません。DefiLlamaの統計によると、現在彼らに収録されているパブリックチェーンは225件に達しており、それに加えてまだ収録されていない新しいチェーンや未上場のチェーンも多数存在します。暗号の世界は、多くのチェーンから成る混沌とした世界であると言えるでしょう。

この多くのチェーンが共存する暗号の世界では、各チェーンが独自の技術的特徴、コミュニティのサポート、開発ツール、エコシステムを持っています。例えば、Bitcoinを代表とするPOWパブリックチェーン、Ethereumを代表とするEVM系パブリックチェーンや多数のL2、Solanaのような独自の高速パブリックチェーン、AptosやSuiを代表とするMove系パブリックチェーンなどがあります。このような多様性は、確かに分散型アプリケーション（DApps）や金融革新に多くの可能性を提供します。しかし同時に、これも一連の課題をもたらします。

相互運用性、つまり異なるブロックチェーン間の資産や情報の相互作用は、解決が急務の問題となっています。過去には、異なるブロックチェーンシステムは孤島のように互いに隔離されており、それぞれが大量の資産やデータを持っているにもかかわらず、他のチェーンと効果的に相互作用することができませんでした。これは、真の分散化を実現したい暗号の世界にとって、間違いなく大きな障害です。

この問題を解決するために、クロスチェーン技術が登場しました。これは、これらの孤島を打破し、異なるブロックチェーンシステムがスムーズに資産や情報を交換できるようにすることを目指しています。開発者やユーザーにとって、クロスチェーンは単に流動性や選択肢が増えるだけでなく、よりオープンで相互接続されたブロックチェーンの世界を意味します。

本記事では、なぜ私たちがクロスチェーンを必要とするのか、クロスチェーン技術の核心概念、分類、実現方法と課題、そしてそれが私たちの未来の暗号の世界をどのように形作るのかを探ります。

Part1 クロスチェーンの必要性

クロスチェーン技術は、本当に私たちが真の分散型で相互接続されたブロックチェーンの未来を達成するために必要なのでしょうか？

多くの人がこの質問に対して異なる答えを持っていると信じています。以前のクロスチェーン分野での一連のセキュリティ事故の影響を受け、一部の人々は「パブロフの犬」のようになり、クロスチェーンと聞くと自動的に「偽命題」や「罠」と認識するようになっています。これは彼らの悲劇であり、業界全体の悲劇でもあります。

しかし、多チェーンの共存が現在の市場の構図であることは否定できません。そして、パブリックチェーンやLayer2（Rollups）の数が増加し、それぞれのエコシステムが徐々に整備されるにつれて、クロスチェーンは必然的に現在の市場構図における必需品となるでしょう。以下の2つの観点からの説明から、あなたも答えを見つけるかもしれません。

まず、相互運用性の問題がますます明らかな痛点となっています。225以上のパブリックチェーンの中で、それぞれが特定のアプリケーション、資産、ユーザーを持っている可能性があります。しかし、これらのチェーン上で創出された価値が他のチェーンに流通できない場合、その潜在能力は深刻に制限されます。これは単なる資産取引の問題ではなく、データ、ロジック、アプリケーションの相互利用性にも関わります。

これは、現在のブロックチェーンの世界が直面している「孤島」問題です。これらの孤島の間には豊富な資源がありますが、相互に隔離されているため、十分に活用できません。もしインターネットの主要なプラットフォーム間で相互に通信できなければ、私たちのオンライン体験は大きく損なわれるでしょう。ブロックチェーン上でも同様の状況です。

次に、資産の流動性は金融システムの核心です。従来の金融世界では、資産は主要な取引所、銀行、金融機関間で自由に流動します。しかし、現在のブロックチェーンの分野では、異なるチェーン上の資産の流動性が制限されています。これは、ユーザーの取引体験に影響を与えるだけでなく、分散型金融（DeFi）のさらなる発展を制約します。

したがって、相互運用性の問題や資産の流動性の問題の観点から、私たちはクロスチェーンに対して実際のニーズを持っています。これには、従来の資産クロスチェーンブリッジ（Bridge）や相互運用プロトコル（Interoperability Protocol）が含まれます。以下の章では、技術的な観点からすべてのクロスチェーンソリューションを分類し、これら2つのカテゴリーについて個別に紹介し、読者がより良く理解できるようにします。

Part2 クロスチェーンソリューションの分類

クロスチェーン技術は近年急速に発展し、チェーン間の相互作用の問題を解決するための一連の方法を提供しています。これらのクロスチェーンソリューションは、異なる次元に基づいて異なる分類方法があります。ここでは、Connextの創設者であるArjun Bhuptaniが提案したクロスチェーン分析フレームワークを導入し、相互運用プロトコル（クロスチェーンブリッジ）のメッセージ検証方法に基づいて3つの主要なカテゴリに分けます：ネイティブ検証、外部検証、ローカル検証。

ネイティブ検証

（図表出典：Connext、Arjun Bhuptani）

ネイティブ検証モデルでは、ターゲットチェーン上でソースチェーンの軽量クライアントまたは軽量ノードが実行され、ターゲットチェーン上でソースチェーンからのメッセージを検証します。この方法の主な利点は、その高い信頼性と分散化の特性です。軽量クライアントの検証ロジックは、他のタイプのノードによるブロックの検証ロジックと完全に同じであるため、堅牢なクロスチェーン検証メカニズムを提供します。

このメカニズムの中での重要な役割は、ヘッドリレイヤーであり、ソースチェーンのブロックヘッダー情報をターゲットチェーン上の軽量クライアントに伝達して検証を行います。この方法の課題は、基盤となるコンセンサスメカニズムへの依存性と、特に処理するチェーンの数が増えるときに関わる可能性のある複雑さです。

ネイティブ検証を採用しているプロジェクトには、Cosmos IBC、Near Rainbow Bridge、Snowbridgeなどがあり、Rollupの入出金もネイティブ検証の一種の特別な形式です。

外部検証

（図表出典：Connext、Arjun Bhuptani）

外部検証の方法は、外部検証者のセットを導入してクロスチェーンメッセージの検証を担当させることです。この外部検証者のセットは通常、複数のエンティティで構成され、外部検証者には多様な形式があり、マルチパーティ計算システム（MPC）、オラクル（Oracle）、マルチシググループなどが含まれます。これらの検証者/証人は本質的に大きな違いはありません。この方法の明らかな利点は、その高いスケーラビリティです。なぜなら、外部検証方式のブリッジは現在のクロスチェーンブリッジの中で最も高い割合を占めているからです。

しかし、外部検証者のセットを導入することは、新しいセキュリティ仮定を導入することも意味します。このモデルのセキュリティは、Aチェーン、Bチェーン、外部検証者セットの3者の中での最低のセキュリティによって決まります。そのため、この方法はシステムの脆弱性を増加させる可能性があります。

外部検証プロトコルの例には、Wormhole（Portal Bridge）、Axelar、Chainlink CCIP、Multichainなどがあり、本質的にLayerZeroが採用しているソリューションも外部検証に属します。

ローカル検証

（図表出典：Connext、Arjun Bhuptani）

上記の2つの方法とは異なり、ローカル検証はピアツーピア検証とも呼ばれ、取引の両当事者による直接的な検証に焦点を当てています。この方法は通常、ハッシュタイムロック契約（HTLC）を含み、取引の両当事者が互いの取引を検証できます。このモデルでは、取引の両当事者が通常対立する経済的利益を持つため、共謀の可能性が大幅に低下します。

この方法の顕著な利点は、その分散化の特性と取引の両当事者に対する高い信頼性です。しかし、取引の両当事者が同時にオンラインである必要がある問題や、チェーン間の一般的なデータ伝達をサポートできないという課題もあります（つまり、ローカル検証方式は主にスワップブリッジに適用され、主にEthereumのクロスレイヤー資産ブリッジに使用されます）。

ローカル検証を採用している典型的なケースには、Connext、cBridge、Hopなどがあります。

まとめると、上記の3つのクロスチェーン技術方法にはそれぞれの利点と制限があり、また、単一の次元に基づいての分類紹介に過ぎません。実際には、具体的にどの方法を選択するかは特定のアプリケーションのニーズ、セキュリティの考慮、関与するチェーンの性質に依存します。暗号分野の持続的な発展に伴い、私たちはクロスチェーン相互作用の課題に対処するためのさらなる革新的な方法を期待しています。

Part3 資産のクロスチェーンとクロスチェーンメッセージ伝達

上記では、クロスチェーンの基本概念とクロスチェーンソリューションの分類について紹介しました。皆さんはクロスチェーン技術についての初歩的な理解を得たと思います。資産のクロスチェーンとクロスチェーンメッセージ伝達の違いをより明確に理解するために、本章では主に両者の違いについて説明します。

資産のクロスチェーン

資産のクロスチェーンは、デジタル資産があるブロックチェーンから別のブロックチェーンにシームレスに移行できるようにする技術です。これは現在最も一般的で人気のあるクロスチェーンアプリケーションであり、異なるチェーン上で同じ資産を表現し使用する方法という核心的な問題を解決します。資産のクロスチェーンの一般的な作業原理は以下の通りです：

資産のロックとミント（Lock-and-Mint）

資産のクロスチェーンプロセスで最も一般的な方法は、資産のロックとミントです。簡単に言えば、資産がソースチェーンからターゲットチェーンに移動する際、ソースチェーンでロックされ、ターゲットチェーンで「ミント」されます。（類似のメカニズムには、バーンとリディーム（Burn-and-redeem）がありますが、本文の長さの関係で詳細には触れません。典型的なケースは、USDCの発行者であるCircleが採用しているクロスチェーン方式です。）

（図表出典：web3edge、@0xPhillan）

例えば、BTCがEthereum上でトークンとして使用される場合、元のBTCがロックされ、その後Ethereum上で等価のWrapped Bitcoin（WBTC）トークンが生成されます。これにより、BTCの総供給量が変わらず、資産の希少性が保たれます。WBTCの他にも、EthereumのいくつかのLayer2公式ブリッジ、例えばPolygon Bridge、Arbitrum Bridge、EthereumとNearエコシステムを接続するRainbow Bridgeもロックとミント/バーンのメカニズムを採用しています。

流動性置換（Liquidity Pool）

流動性置換は、特別な流動性プールを使用してクロスチェーン取引を促進します。ユーザーがクロスチェーンを行う際、ユーザーはあるチェーン上の資産を流動性プールに預け、別のチェーンの流動性プールから等価の資産を引き出すことができます。この方法の利点は、迅速な取引と交換を提供できることですが、流動性提供者（LP）が提供した流動性に対して報酬を得たいと考えるため、いくつかの手数料が発生する可能性があります。

（図表出典：web3edge、@0xPhillan）

メカニズム的には、この種のクロスチェーンブリッジのセキュリティリスクは主にLPが負担します。プールがハッカーに攻撃されると、LPが提供した流動性が盗まれる可能性が高くなります。流動性プールが不均衡になると、クロスチェーン資産の価値が消失し、危機がクロスチェーンユーザーに伝播することになります。流動性プール方式のクロスチェーンブリッジには、ThorSwap、Hop Exchange、Synapse Bridgeなどがあります。

原子交換（Atomic Swaps）

原子交換は、仲介者を必要とせずに2者が直接資産を交換できるようにします。これは、ハッシュタイムロック契約（HTLC）を利用して実現され、交換が「原子性」であることを保証します。つまり、取引はすべて完了するか、まったく行われないかのいずれかです。原子交換型のクロスチェーンブリッジでは、資産の出入はプライベートキーを通じて行われ、一方が悪意を持った場合、もう一方はタイムロック（指定された時間後に開くことができる）を通じて資産を取り戻すことができ、中央集権的な第三者の信頼保証は必要ありません。原子交換型のクロスチェーン方式を採用している典型的なプロジェクトには、Connext、cBridgeなどがあります。

（図表出典：web3edge、@0xPhillan）

クロスチェーンメッセージ伝達

資産のクロスチェーンとは異なり、クロスチェーンメッセージ伝達は資産だけでなく、あるチェーンから別のチェーンに伝達されるすべての情報タイプを含みます。例えば、契約呼び出し、状態更新などです。

状態同期

一般的なクロスチェーンメッセージ伝達の方法の一つは、状態同期です。これは、あるチェーンの状態または部分的な状態が別のチェーンに同期されることを意味します。例えば、Polkadotのリレーチェーンは、各平行チェーンの状態の同期を処理する役割を担っています。

イベントリスニングと応答

あるチェーンで特定のイベント（取引が確認されたり、スマートコントラクトが呼び出されたりするなど）が発生した場合、別のチェーンはこれらのイベントをリスニングし、必要に応じて応答するように設定できます。例えば、ChainSafeのChainBridgeは、この方法を使用してクロスチェーンメッセージを処理しています。

実際には、資産のクロスチェーンでもクロスチェーンメッセージ伝達でも、核心的な課題は情報の完全性、安全性、リアルタイム性を確保することです。技術の進展に伴い、新しいクロスチェーンソリューションが次々と登場し、多チェーン環境での相互運用性をより強力かつ柔軟にサポートすることが期待されます。

Part4 クロスチェーンの課題

ブロックチェーンの発展と成熟が進む中で、クロスチェーン技術は異なるブロックチェーン間での資産やデータのシームレスな交流を実現するための重要な研究方向となっています。しかし、この目標を達成することは容易ではありません。単一のブロックチェーンにおける「不可能の三角形」に類似して、クロスチェーン相互運用の分野にも「三難協調」の問題が存在します。

Arjun Bhuptaniが提案したフレームワークに従えば、どんなクロスチェーンソリューションの設計も、最大で以下の3つのうちの2つしか満たすことができません：

• スケーラビリティ（Extensible）：任意のメッセージの伝達をサポート
• 信頼不要（Trustless）：新しい信頼仮定を導入しない
• 適応性（Generalizable）：より多くのブロックチェーンに容易に適応できる

（図表出典：Connext、Arjun Bhuptani）

私たちが3つを同時に満たすことができない場合、3つの間で妥協とバランスを取る必要があります。このバランスは、単一のブロックチェーンに比べてより高い複雑性を持つ可能性があります。これには、セキュリティと信頼のバランス、統一と多様性のバランス、包装資産とネイティブ資産のバランスなどが含まれ、これらは未来のクロスチェーン技術の進化の道のりで直面する課題です。さまざまなクロスチェーンブリッジプロジェクトは、異なる視点から三難協調のジレンマを最適化し、解決しようと試みており、総合的な性能を最大化することを目指しています。

Part5 まとめと展望

クロスチェーン技術はブロックチェーンの発展における重要な分野であり、ブロックチェーン分野の聖杯とも見なされており、ブロックチェーンの「孤島」を打破し、万チェーンの相互接続を実現するための重要な技術です。資産のクロスチェーンからメッセージのクロスチェーンまで、すべてのWeb3ビルダーが協力し合い、連携して機能するブロックチェーンエコシステムの実現に向けて努力しています。

しかし、私たちが議論したように、クロスチェーン技術は依然として多くの課題に直面しています。しかし、研究が進むにつれて、技術の進歩により、これらの課題を克服し、より安全で効率的、シームレスなクロスチェーンエコシステムを実現できることを期待しています。

参考資料：

[1] The Interoperability Trilemma (https://medium.com/connext/the-interoperability-trilemma-657c2cf69f17)

[2] Master Web3 Fundamentals: Interoperability & Bridges (https://web3edge.io/fundamentals/master-web3-interoperability-bridges#)

[3] Paka Labs クロスチェーン研究報告（3/4）| 孤島を大陸に繋ぐ：20のクロスチェーンブリッジと4つのクロスチェーン技術パラダイムを解読

[4] 深奥なクロスチェーンブリッジではない：一文で全解説

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