Adaptive IBC 異種チェーンクロスチェーン技術ルートの詳細解説
Adaptive IBCの異種チェーンクロスチェーン技術ルートについての詳細解説著者：MiX
Cosmosが提案したIBCプロトコルは、オンチェーンのネイティブライトクライアントを使用してクロスチェーンメッセージを検証します。つまり、クロスチェーンの両者はそれぞれのチェーン上でネイティブのライトクライアントを維持し、クロスチェーンデータの安全性を最大限に確保します。
Cosmos SDKは、Tendermintコンセンサスに基づくすべてのブロックチェーンにTendermintライトクライアントの実装を提供しているため、Cosmosチェーン間のクロスチェーン体験はスムーズです。しかし、非Tendermintコンセンサスのブロックチェーン、いわゆる「異種チェーン」では、対応するライトクライアントの実装がないため、IBCが異種チェーンに拡張される道のりは困難です。
2023年12月17日、Octopus Networkが開発した2つ目の異種チェーンIBC ------ NEAR-IBCが正式に稼働しました。プロジェクトの立ち上げから開発、第三者監査を経て正式にオンラインになるまで、全過程は1年未満です。この背後の功績は、Octopus Networkチームが提案したAdaptive IBC異種チェーンクロスチェーン技術ルートです。IBC技術アーキテクチャの革新を通じて、IBCプロトコルの異種チェーンクロスチェーンにおける欠陥を補い、IBCプロトコルの適応性を大幅に拡張しました：
- さまざまな異なるコンセンサスメカニズムのブロックチェーンがAdaptive IBC技術ルートを採用できます。たとえば、Ethereum、NEAR Protocol、Polkadotなどです。
- クロスチェーンコストを大幅に削減し、IBCプロトコルが異種チェーンに拡張する際の最大の問題を解決しました。
- さまざまな検証技術の進歩に適応できます。たとえば、ZK技術が成熟すれば、代理クライアントをZK検証者に簡単にアップグレードできます。
Adaptive IBC技術の進化のマイルストーンは文末の付録を参照してください。
|IBCプロトコルの基本原理とその利点
Cosmosチームが提案したIBC（Inter-Blockchain Communication）プロトコルは、完全にオープンソースで汎用的なブロックチェーンのクロスチェーン相互運用プロトコルです。
クロスチェーン技術の鍵は、その「相互運用能力」と「安全性」にあります。IBCプロトコルの「階層アーキテクチャ」と「オープンソース戦略」により、IBCは機能豊富で信頼不要のクロスチェーン相互運用をサポートし、まさにクロスチェーンプロトコルのゴールドスタンダードとなっています。
1、階層アーキテクチャ：
IBCはクロスチェーンを「アプリケーション層/Application」と「通信層/Channel」に分割し、そのシンプルさと柔軟性はブロックチェーンのTCP/IPプロトコルに匹敵します。IBC公式サイトの説明によれば、IBCはインターネットの基盤プロトコルTCP/IPからインスピレーションを得ています。
図1：IBCはブロックチェーンのTCP/IPプロトコルです。
- アプリケーション層は最終ユーザー向けのクロスチェーン相互運用インターフェースです：トークンの送金、チェーン間アカウント、チェーン間クエリなど、複数の独立したアプリケーションプロトコルが含まれます。これらのアプリケーションプロトコルは組み合わせ可能で、アプリケーションプロトコルが増えるにつれて、クロスチェーン能力は指数関数的に向上します。
- 通信層はデータのクロスチェーン送信と受信を定義し、伝送、検証、並べ替えを含み、伝送データの内容は不可視です。この中で、ソースチェーンの状態機械内のライトクライアントが通信層の鍵であり、IBCの本質となります。
図2：IBC技術アーキテクチャ
チェーンAは自分の状態機械内にチェーンBを代表するライトクライアントを持ち、チェーンBもチェーンAのライトクライアントを持っています。ライトクライアントはブロックヘッダーとMerkle証明を検証することで、相手のブロックチェーンのコンセンサスデータを追跡し、クロスチェーン相互作用の合法性を検証します。
クロスチェーンの両者の間にはRelayerがあり、両側のブロックチェーンで生成されたイベントを監視し、IBCイベントを受信すると、それを実際のIBCメッセージに変換して対面のチェーンに伝達します。
簡単に言えば、IBCプロトコルはまず2つのブロックチェーン間に安全なトンネルを構築し、その後データパケットを伝送します。ライトクライアントは相手のブロックチェーンのコンセンサス情報を検証し、移転の一貫性と安全性を保証します。 したがって、通信層が確立されれば、全体のIBCのクロスチェーンは安全です。
2、技術のオープンソース
誰でもIBCプロトコルを使用でき、貢献することができます。IBCプロトコル内には手数料や隠れた費用はありません。
クロスチェーンブリッジが安全性の問題を頻繁に引き起こす理由は、結局のところ、単一のチームの安全能力では全体のハッカー集団に対抗できないからです。共通のクロスチェーンオープンプロトコルを使用し、オープンソースの方法で、オープンコミュニティの共同の力を借りて継続的に進化させることで、業界全体のクロスチェーン安全能力を持続的に進化させることができます。 Louis Octopus Networkの創設者
図3：IBCクロスチェーンデータ
データソース：mapofzones.com
同時に、多くのチームがIBCプロトコルを他のエコシステムに拡張しようと努力しており、Ethereum、Polkadot、NEAR Protocol、Avalanche、Solana、Celestiaロールアップなどとのクロスチェーン相互作用を実現しようとしています。
|IBCが異種チェーンに拡張する際の難点
IBCプロトコルのアーキテクチャはライトクライアントに基づいているため、第三者の検証サービスを導入する必要がなく、信頼不要のクロスチェーンを実現しています。特にCosmosチェーン間では安全性、コスト、速度の素晴らしいバランスを達成していますが、異種チェーンに拡張する際には、多くのチームが目に見える進展が遅いです。
IBC とTendermintコンセンサスメカニズムはCosmosチームが提案したものであり、そのためCosmos SDKは設計当初からライトクライアントに非常に良いサポートを提供しています。
Cosmosチェーンと非Cosmosチェーン間でIBCプロトコルを実現するには、Cosmosチェーン上に対側の非Cosmosチェーンのライトクライアントを実装し、非Cosmosチェーン上にTendermintライトクライアントを実装する必要があります。異種チェーンのコンセンサスメカニズムの違いにより、実装過程で多くの 互換性 作業が必要で、相応の技術リスクが伴います。
これにより、異種チェーンIBCの実装過程で多くの技術的課題に直面しています：
第一に、異種チェーンのクロスチェーンメッセージの検証はコストが高く、計算リソースに制限があります/gas制限：
IBCはクロスチェーンメッセージを検証するために、まずブロックヘッダーを検証する必要があります。ブロックヘッダーの検証には通常、数十から数百の署名を検証する必要があり、チェーン上でスマートコントラクトを使用してこれらの計算を行うコストは非常に高いです。一方、Ethereum、NEAR、その他のブロックチェーンは、スマートコントラクトの利用可能な計算量に制限を設けています。これにより、IBCが検証を行う際に、署名の検証に必要なガスが不足する問題に直面しやすくなります。
最近登場したゼロ知識証明のクロスチェーンでは、多くの署名を1つのZK証明に変換し、ZK証明の検証はブロックヘッダーのすべての署名を検証することに相当し、検証コストを節約します。
第二に、オンチェーン資産管理/オンチェーン資産管理メカニズムの違い
Cosmos SDKはプロトコルを通じてオンチェーン資産を登録および操作できますが、スマートコントラクトブロックチェーンではできません。Fungible Tokenデータは個別のスマートコントラクトによって管理されています。
第三に、仮想マシンのサンドボックス制限/サンドボックス制限
現在のスマートコントラクトブロックチェーンはすべて仮想マシンに基づいており、この閉じられた制御された環境がホストチェーンへのアクセス能力を制限しています。たとえば、スマートコントラクトはオンチェーンのコンセンサス状態を取得できず、NEARは非同期チェーンであり、コンセンサス状態の変化がスマートコントラクト呼び出しの複数のブロックで発生する可能性があり、さらに複雑です。
第四に、オンチェーンストレージ/オンチェーンストレージデータのルールが異なる
IBCプロトコルは、ストレージキーのルール/パスルールが厳格である必要があり、ルールに基づいて生成されたストレージキーに対応する暗号学的証明/証明を取得する必要があります。
これらの難点やその他の違いにより、開発チームは追加のエンジニアリング処理を行う必要があり、必然的に複雑さとバグのリスクが大幅に増加します。
|Adaptive IBCの原理と利点
Adaptive IBC 異種チェーン クロスチェーン 技術ルートの鍵は、IBCプロトコルの階層アーキテクチャを革新し、「検証層」をさらに分割することにあります。つまり、「検証プロキシ/Verification Proxy」を導入し、プロキシチェーン（ ICP ）上に展開します。これにより、クロスチェーンの両者は「検証プロキシ」が生成した証明のみを検証する必要があり、相手のチェーンのブロックヘッダーやすべての署名を直接検証する必要がありません。
図4：Adaptive IBCに基づくNEAR-IBCアーキテクチャ
NEAR-IBCの例を挙げると、プロキシチェーン上にCosmosとNEARの検証プロキシが展開され、対応するチェーンのコンセンサスを維持し、クロスチェーンの両者に対して相手のコンセンサスメカニズムのプロキシクライアントを展開し、IBCの元のライトクライアントを置き換えます。
CosmosからNEARへのクロスチェーンの例では、CosmosがNEARにメッセージを送信する際、プロキシチェーン上のCosmos検証プロキシ/Tendermint Verification Proxyがクロスチェーンメッセージを検証し、それに署名して証明を生成します。その後、NEAR側のCosmosプロキシクライアント/Tendermint Proxy Clientはこの証明を検証するだけで、クロスチェーンの検証を完了できます。
図5：クロスチェーン技術の安全性と拡張性
安全性の観点から見ると、導入された検証プロキシは外部検証/External Verificationのソリューションに属し、理論的にはネイティブライトクライアントの検証よりも安全性がわずかに低いですが、ネイティブライトクライアントの検証と比較して、全体の安全性は著しく低下していないことに注意が必要です。
なぜなら、Adaptive IBCは検証プロキシをパブリックチェーンに展開することを推奨しており、たとえばNEAR-IBCはパブリックチェーンICPに展開されているため、この方法は分散化と公開検証を保証し、検証プロキシと全体のクロスチェーンシステムの安全性を確保します。
5：クロスチェーンの安全性の2つの視点
クロスチェーンの両者の攻撃コスト/攻撃コストがパブリックチェーンICP よりも低い場合、検証プロキシの導入は信頼集合/信頼セットの拡大によって安全性を損なうことはありません。 マルチシグやその他のさまざまな外部検証のクロスチェーンブリッジと比較して、安全レベルははるかに高いです。
このように、Adaptive IBCの検証プロキシアーキテクチャは、IBCプロトコルの異種チェーンクロスチェーンシナリオにおける欠陥を補い、3つの側面からIBCプロトコルの適応性を大幅に拡張しました：
クロスチェーンコストを大幅に削減： 相手のチェーンのブロックヘッダーの数十から数百のすべての署名を検証する代わりに、検証プロキシの1つの署名のみを検証することで、IBC異種チェーンクロスチェーンの最大の痛点である「検証コストが高く、計算リソースに制限がある」という問題を解決しました。
さまざまなコンセンサスメカニズムに対応可能： 検証プロキシアーキテクチャは、クロスチェーンの両者に依存関係がないため、Ethereum、NEAR Protocol、Polkadotなど、さまざまな異種チェーンのクロスチェーン技術ソリューションとして採用できます。
検証技術の進展に適応可能： Adaptive IBCは通信層から「検証層」をさらに分割し、検証プロキシソリューションを進化させました。階層アーキテクチャの利点の1つは、システム全体の相互依存を低減することです。したがって、Adaptive IBCはさまざまな検証技術の進歩に適応できます。
Cosmosが集約署名をサポートする場合や、NEARがED25519署名のプリコンパイルをサポートする場合、NEAR Protocol上での直接検証コストが大幅に削減され、代理クライアントを再度実用的なライトクライアントにアップグレードできます。
ZKクロスチェーン技術が成熟すれば、検証プロキシをZK証明器に置き換え、代理クライアントをZK検証者にアップグレードできます。コミュニティガバナンスを通じて投票するだけで、シームレスに切り替えてアップグレードでき、アプリケーション層の使用や技術の進化に影響を与えません。
Adaptive IBCは巨人の肩の上に立ち、「階層アーキテクチャ」の利点をさらに発揮し、アプリケーション層、通信層、検証層の3層アーキテクチャを設計しました。これにより、検証層は独立して進化でき、より多くのブロックチェーンのコンセンサスメカニズムに適応でき、検証技術の進展に伴って最良の技術を受け入れ、未来の進化に適応します。
|付録
1、2020年、Octopus Networkの前身CdotチームがInterchain基金の助成金を受け、Substrate-IBC、すなわちICS10を開発しました。 2、2022年、Substrate-IBCが開発完了し、世界で初めて非Cosmosブロックチェーン上でIBCを実現したチームとなりました。 3、2022年10月、Adaptive IBC異種チェーンクロスチェーン技術ルートを提案し、NEAR-IBCの開発を開始しました。 4、2023年10月、NEAR-IBCが開発完了し、第三者のセキュリティチームBlocksecによる監査が完了しました。 5、2023年12月、Cosmos SDKブロックチェーンOttochainが$NEAR Rstaking共有セキュリティサービスを採用し、正式に稼働を開始しました。NEAR-IBCはその中で重要な技術として、Adaptive IBC異種チェーンクロスチェーン技術ルートの実現可能性と科学性を検証しました。 6、2024年第1四半期、プライバシープロトコルSecret NetworkがAdaptive IBCに基づくNEAR-IBCを使用してNEAR Protocolとの間で資産のクロスチェーンを実現します。その後、Octopus NetworkはSecret Networkとともにメッセージクロスチェーン技術の探求を続け、NEARのスマートコントラクトがSecret Networkのプライバシー計算能力を直接呼び出せるようにします。 7、2024年、Adaptive IBCに基づくETH-IBCの開発を開始する計画で、Ethereumと他のIBCをサポートするブロックチェーン間で、ユーザーに手頃なIBCクロスチェーン体験を提供する最初のチームとなることを目指しています。
|参考資料
《The IBC Protocol 2023 Year in Review》Mary McGilvray
《Adaptive IBC ：異種チェーン相互運用性の破壊者》Louis
《NEAR-IBCの紹介｜スマートコントラクトを使用してIBCプロトコルを実現する方法》》杨镇
《NEARはまもなくCosmosゾーンになります》Louis
