以下はIOGブログに掲載された記事「Hydra – Cardano’s solution for ultimate Layer 2 scalability」を翻訳したものです。

Hydra：究極のレイヤ2スケーラビリティを実現するカルダノのソリューション

スケーラビリティは、カルダノの開発ロードマップに組み込まれていますが、いよいよHydraの登場です！

By Sebastian Nagel 2021年9月17日

Hydra – 究極のレイヤ2スケーラビリティのためのカルダノのソリューション

アロンゾ（Alonzo）のアップグレードにより、スマートコントラクト、分散型アプリケーション（DApps）、その他のアプリケーションをカルダノの上で作成できるようになりました。

アロンゾは、カルダノの旅における重要なマイルストーンであり、ベースレベルのスクリプティング機能を展開することで、さらなるイノベーションとネットワーク開発を可能にします。また、トランザクションとトークンをベースにしたブロックチェーンを、創造性、金融包摂、分散型開発のダイナミックな融合へと変化させるプロセスを開始します。

これは、既存のレイヤー1ブロックチェーンの上に新しいプロトコルを重ねることで、カルダノのスケーラビリティをさらに向上させる重要なレイヤー2ソリューションです。

Hydra：カルダノのレイヤー2ソリューション

ブロックチェーンネットワークでは、コンセンサスアルゴリズムによって取引履歴の合意を確保することで、安全で信頼性の高い環境を構築する。カルダノは、まさにこの目的のために、効率的なプルーフオブステークのコンセンサスアルゴリズムであるOuroborosを使用しています。しかし、カルダノも他のパーミッションレスのブロックチェーンと同様に、決済、ID、ゲーム、モバイルサービスなど、現実世界のアプリケーションをサポートするために必要なスループットを達成するためにスケールアップしようとすると、課題に直面します。結局のところ、ブロックチェーンはすべてのトランザクションについてグローバルなコンセンサスを得る必要があります。

カルダノの取引には手数料がかかります。ネットワークを運営する人たち（カルダノの場合はステークプール運営者のコミュニティ）は、その役割に対して適切な報酬を受ける必要があるため、手数料は持続可能なレベルに設定する必要があります。ユーザーは、自分が納得できる料金を支払いたいと思っています。また、ブロックチェーンは、例えばDoS（Denial-of-Service）攻撃から保護する必要があります。DoS攻撃は、潜在的な攻撃者にとって非常に高価なものでなくてはなりません。また、取引履歴が増え続けるとストレージの問題が発生するため、ストレージも懸念されます。事実上、最も成功したブロックチェーンは、その成功の「犠牲者」になるリスクがあります。

Hydraはレイヤー2のスケーラビリティソリューションであり、これらすべての懸念に対処し、スループットを最大化し、レイテンシーを最小化し、低コストまたはゼロコストで、ストレージ要件を大幅に削減することを目指しています。

同型のスケーリング

では、どのようにしてこれを実現するのでしょうか。Hydraは、メインチェーンの台帳を安全な決済層として使用しながら、一連のユーザーに対してオフチェーンでのトランザクション処理のより効率的な手段を提供することで、メインチェーンとの結合を維持しながらセキュリティを保証します。また、グローバルコンセンサスを必要としないため、幅広いアプリケーションに対応できます。例えば、Hydraでは、Txの手数料やUTXOの最小値を1～2Lovelacesと低く設定することができ、マイクロトランザクションやこれらの機能を実現するユースケースには欠かせません。

しかし最も重要なことは、Hydraが同型のステートチャンネルという概念を導入したことです。つまり、同じ台帳表現を再利用して、統一されたオフチェーンの”台帳兄弟”（ [hence the Hydra name, which references the mythological, multi-headed creature]：神話に登場する多頭身の生物）を生み出すことができるようになりました。具体的には、カルダノの場合、ネイティブアセット、NFT（Non-Fungible Tokens）、Plutusスクリプトが各Hydra ヘッド内で利用できることを意味しています。同型（＊Isomorphism）は、システムをボルトオンではなく、自然に拡張することを可能にします。

＊Isomorphism：数学において，同型写像（どうけいしゃぞう、（英: isomorphism）あるいは単に同型とは，準同型写像あるいは射であって，逆射を持つもの）

現在、メインチェーンやメインチェーン上で実行されているアプリケーションで処理されている取引の多くは、Hydraが同じ取引フォーマットや署名を理解するため、Hydraから直接利益を得ることができます。これにより、既存の顧客や潜在的な新規顧客にとって、Hydraへの参入障壁が大幅に低くなります。顧客は、レイヤー2システムと相互作用するウォレットやアプリケーションを構築するために、カルダノの試行錯誤されたインフラを再利用することができます。また、Hydraヘッドは、受け取り側の初期資金がなくても作成できるため、スムーズなユーザー体験が可能になります。

プルーフ・オブ・コンセプトの開発

基本的なHydra ヘッド・プロトコルは、すでに概念実証用のHydra-nodeとして実装されています。来るカルダノサミットまでには、開発者向けのプレビュー版を用意する予定です。これにより、開発者（または興味のある人）は、1つまたは複数のハイドラノードをオンラインで実行し、限られた数の参加者でハイドラヘッドを開き、そこにトランザクションを供給することができるようになります。ユーザーは、このGitHubリポジトリで、専用のテストネット上で動作するプロトタイプ、初期のベンチマーク数値、ドキュメントを見ることができます。なお、ウォレットやユーザーインターフェースなどのユーザー向けのコンポーネントはまだ提供されていません。

TPS（Transaction per Second）は、スケーラビリティに関する「成功」の唯一の尺度としてよく使われますが、これについても指摘しておきましょう。人によっては、ネットワークの最大スループットをスループット（TPS）で測定して評価する傾向があります。これは、予測可能性と適合性が高い「レガシー」システム（VISAネットワークなど）では合理的な指標ですが、分散システムではあまり役に立たない指標です。代わりに、私たちが最初に注目したのは、ブロックチェーン・トランザクションの速度を測定するもう一つのより実用的な方法として、レイテンシー（トランザクションが確認されるまでの経過時間）です。メインネットでは、最小のレイテンシーは20秒（1ブロック）です。これが出発点です。Hydraのようなレイヤー2のシステムでは、1秒以下の確認時間を実現することが可能です。100万TPS」といった言葉は以前から使われています。大胆な数字ではありますが、これはあくまでも願望的な目標であり、あらゆるシステムの最終的な目標は、需要に応じて能力を拡大できる柔軟性です。Hydraヘッド1個あたりのTPSで測定されるスループットは二次的なものであり、ほとんどは利用可能なハードウェアによって制限されます。原理的には、システムに追加するHydraヘッドの数を増やせば、システム全体で任意の高いスループットを達成することができます。

Hydraの進化の軌跡

短期的には、コミュニティ（そして私たちも！）が実世界のアプリケーションを構築するための強固で安定した基盤となるまで、hydra-nodeとHydra ヘッド・プロトコルの開発を続けます。これらの新しいアプリケーションは、迅速な決済と低コストでの取引の恩恵を受けることができます。また、ノードごとの複数ヘッドのサポート、パーシスタンス、ヘッドプロトコルの拡張など、その他の重要な機能も積極的に開発しています。

中期的には、6〜12ヶ月の間に、私たちの研究と実験の結果に加えて、開発者コミュニティからのフィードバックによって、進歩が大きく左右されます。例えば、複数のHydraヘッドを相互に接続して、レイヤ2ソリューションの「到達範囲」を広げる方法を研究していますし、Hydraの統合と使用を容易にするためのさまざまな方法をテストしています。長期的なビジョンとしては、Hydra ヘッドのプロトコルをHydra ヘッド内で実行することで、レイヤー2ソリューションの同型性を十分に活用した「バーチャルヘッド」の開発があります。ここに真の、理論的には無限のスケーラビリティがあります。

スケーラビリティと成長の鍵となるフレキシビリティ

Hydraのコンセプトは、スマートコントラクトをサポートする第3世代のUTXOベースのブロックチェーンであるカルダノに適した、先駆的なレイヤ2スケーラビリティソリューションを提供することです。Hydraは、スループットを向上させ、セキュリティを維持しながら、コストを削減します。

Hydraは、ユーザーの摩擦を最小限に抑えながらメインチェーンの機能を再現しますが、レイヤー2では異なる料金／コスト構造やタイミングの制約を持つという柔軟性を備えています。成功するエコシステムは、すべてのユーザーのニーズのバランスをとっています。私たちは、このエコシステムが、個人消費者、企業、専門家、そして増え続けるDAppsとその開発者のニーズに応えられるようにしたいと考えています。

アロンゾのハードフォークにより、カルダノはスマートコントラクトプラットフォームとして新たな旅に出て、Hydraのような技術を可能にし、その結果、カルダノのスケーラビリティが飛躍的に向上し、その普及がさらに進むでしょう。

9月25日～26日に開催される「Cardano Summit 2021」では、Hydraについて、これまでの進捗状況や今後の目標などを詳しくお話しします。ぜひ、ご参加ください。また、こちらの説明ビデオもご覧ください。