以下はIOGブログに掲載された記事「Bridges and sidechains: Wanchain making Cardano interoperable」を翻訳したものです。
ブリッジとサイドチェーン：Wanchain、Cardanoの相互運用を実現
by Dr. Weijia Zhang 8 July 2022年7月8日
数ヶ月前、WanchainのチームはInput Output Global, Inc.（以下、IOG）に連絡を取り、Cardanoメインネット、Cardanoサイドチェーン、その他の異種ブロックチェーンネットワーク間の相互運用を可能にする方法について議論しました。
その目的は？複数のブロックチェーンにまたがる真のRealFiアプリケーションを実現し、CardanoのエコシステムとWanchainのネットワークに依存しないブロックチェーン相互運用性ソリューションの採用を促進し、Web3の未来をサポートするために必要なインフラを構築することです。
これは、複数のチームのインプット（とアウトプット！）を必要とする途方もない作業であることがすぐに明らかになりました。実際、カルダノは他のほとんどのブロックチェーンネットワークとは根本的に異なるため、異種ブロックチェーンに接続するのは複雑な作業となる。特筆すべきは、カルダノが使用していることだ。
- 異なるスマートコントラクト環境とプログラミング言語。カルダノはEVMやSolidityではなく、PlutusとHaskellを使っている。
- 異なる取引モデル。カルダノはアカウントベースのモデル（イーサリアム）ではなく、UTXOモデル（ビットコインのような）を使用しています。
- 署名スキームと楕円曲線が異なる。CardanoはEdDSAとCurve25519をサポートしているが、ShnorrとSecp256k1には対応していない。
これらの違いはそれぞれ専用の記事を書く価値がありますが、合わせて考えると、カルダノの相互運用性の可能性を制限するユニークな障害となった、と言えば十分でしょう。
幸いなことに、エンジニアは挑戦することが大好きです。
IOG、Wanchain、MLabs（業界最高のHaskell、Rust、ブロックチェーン、AIコンサルタント会社）のチームは、Cardanoを相互運用可能にするための実行可能な計画を共同で設計し、Cardano用の相互運用ソリューションの基盤ができた今、これまで刺激的な試みだったことの詳細を共有する時が来たのです。
この記事では、カルダノを異種ブロックチェーンネットワークに接続するための基本インフラを説明し、新しいサイドチェーンソリューションを明らかにし、このプロジェクトの短期および長期ロードマップを共有します。
Wanchain（ワンチェーン）：ブロックチェーンの広域ネットワーク
まず、Wanchainについて少し説明します。Wanchainは、持続可能なレイヤー1のPoSブロックチェーンであり、分散型ブロックチェーン相互運用ソリューションでもある。Wanchainのレイヤー1PoSブロックチェーンは、業界標準のEthereumツール、DApps、プロトコルと連携する完全なEthereumライクな環境です。重要なのは、Cardanoと何らかの結びつきがあることです。Wanchainは、分散型秘密分散や閾値署名などのさまざまな暗号方式を活用し、乱数生成やブロック生成の仕組みを改善したプルーフオブステーク合意アルゴリズムであるGalaxy Consensusを採用しています。世界的な研究者や学者によって開発されたGalaxy Consensusは、Cardano独自の Ouroborosを継承しています。
一方、Wanchainブリッジは、リレーチェーンや中間ネットワークを必要とせず、EVMと非EVMの両ネットワークを接続する分散型、直接型、非保護型のブリッジである。これらのブリッジは、Secure Multiparty Computation (sMPC) とShamirの秘密分散を組み合わせて、クロスチェーン資産の安全性を確保します。現在、15以上のレイヤー1およびレイヤー2のネットワーク（およびカウント中！）が、Wanchainのブロックチェーンの広域ネットワークによって接続されています。
基礎ブロック1：Cardanoのクロスチェーンブリッジ
カルダノのクロスチェーン相互運用性ソリューションを構築するために必要な最初の要素は、カルダノと他のレイヤー1ブロックチェーンをつなぐ分散型、非親告罪、双方向のクロスチェーンブリッジです。
クロスチェーンブリッジは、ソースチェーンからターゲットチェーンにアセットやデータを転送するものです。最も基本的な形として、これは通常、ソースチェーン上のアセットをロックし、ターゲットチェーン上に同じ価値のラップアセットを鋳造することで行われます。これをLock-Mint-Burn-Unlock方式と呼んでいます。一つはソースチェーン上でソースアセットを処理し、もう一つはターゲットチェーン上でターゲットアセットを処理し、もう一つは管理チェーン上でブリッジノードの登録とステーキングを処理するものです。
図1は、ソースチェーンからターゲットチェーンへのトランザクションを示したものです。簡単に説明すると、ユーザーによってクロスチェーン取引が開始されるとき、ターゲットチェーンとターゲットアドレスが指定されます。ソースチェーンのスマートコントラクトはソーストークンをロックし、Lockイベントを発信します。ブリッジノードはLockイベントを検出し、ターゲットチェーンのスマートコントラクトに、ターゲットチェーン上で同じ値のトークンを鋳造するよう指示します。
図1. 基本的なクロスチェーントランザクション
トークンをソースチェーンに戻すには、トークンのオーナーはターゲットチェーンのスマートコントラクトに「redeem」トランザクションを送信するだけでよい。ターゲットチェーンのスマートコントラクトはラッピングされたトークンを燃やし、Burnイベントを送信する。ブリッジノードはBurnイベントを検出し、ソースチェーンのスマートコントラクトにソースチェーン上のトークンのロックを解除するよう指示します。Wanchainブリッジノードはパーミッション制で、マルチパーティ計算とステーキングを使用して談合を防止している。
上記のように、Cardanoにはいくつかの根本的な違いがあり、クロスチェーンブリッジのデプロイメント作業を複雑にしています。ここでは、IOG、Wanchain、MLabsがこれらの問題にどのように取り組んだかを紹介します。
仮想マシンとプログラミング言語の違い。CardanoはEVMやSolidityではなく、PlutusやHaskellを使用しています。
Wanchainの専門性は、完全に異種混在のブロックチェーンを接続することです。現在のクロスチェーン・インフラには、すでにEVMを使うブロックチェーン（EthereumやWanchainなど）、WebAssembly（Polkadotなど）、さらには仮想マシンを全く持たないブロックチェーン（Bitcoin、XRP Ledger、Litecoinなど）が含まれています。可能な場合は、ソースチェーンとターゲットチェーンの両方でネイティブスマートコントラクトを開発することでこの問題を解決しています。そうでない場合、ネットワークがスマートコントラクトをサポートしていなければ、WanchainブリッジノードがsMPCを使用して専用のロックアカウントを共同で管理します。Wanchainのパーミッションレス・ブリッジノードは刻々と変化し、必要に応じて各チェーン上のスマートコントラクト（またはロックアカウント）と通信します。
異なる取引モデル。Cardanoは、アカウントベースのモデル（Ethereumのような）ではなく、UTXOモデル（Bitcoinのような）を使用します。
Wanchainブリッジノードには、異なるブロックチェーンに接続するためのアダプターがあります。アダプターは意図するブロックチェーンの取引モデルに基づいて取引を構築することができる。IOGが提供するAPI仕様により、WanchainはCardano上のスマートコントラクトを呼び出すためのトランザクションの形式を定義することができる。
異なる署名スキームと楕円曲線 CardanoはEdDSAとCurve25519をサポートしていますが、ShnorrとSecp256k1はサポートしていません。
これは、Cardanoの相互運用性ソリューションにとって最大の依存事項であることが判明した。CardanoはもともとEdDSAとCurve25519をサポートしており、SchnorrとSecp256k1はサポートしていませんでした。WanchainとMLabsからの要請を受け、Input Outputは内部努力を調整し、Schnorr署名とSecp256k1曲線のネイティブサポートをCardanoに追加しました。どちらもCardanoのVasilハードフォーク後に一般に公開される予定です。
基礎ブロック2：セキュリティの追加、CardanoのサイドチェーンとしてのWanchain
Ethereumの共同創設者であるVitalik Buterin氏は最近、ブリッジの基本的なセキュリティの限界から、クロスチェーンアプリケーションに悲観的であるとコメントしています。私たちWanchainは彼の結論に同意しませんが、彼の懸念は妥当なものです。そのため、クロスチェーンブリッジを安全にし、カルダノの相互運用性ソリューションのセキュリティを最大化するために特別な配慮がなされています。
これは、カルダノのクロスチェーン相互運用性ソリューションを構築するために必要な2つ目の要素につながるものです。Wanchainブリッジノードは、WanchainとCardanoのネットワークをペグ化し、Cardanoのクロスチェーンブリッジとトランザクションをさらに安全にするためにアップグレードされる予定です。より簡単に言えば、WanchainはCardanoのEVM互換のサイドチェーンとして機能することになる。
Cardano-Wanchainのペグは、2段階のMerkleトランザクション検証に基づいています。この証明メカニズムには、以下のコンポーネントが含まれます。
- Cardano上に展開された状態管理コントラクト。
- ブリッジ・ノードは、Wanchainブロックチェーン・データの有効性を認証し、Merkle ルートを計算し、一定間隔でMerkleルート値をCardanoに保存する役割を担っています。
- 2段階のMerkle木証明。
Cardanoに保存された圧縮データを使ってWanchainトランザクションの正しさを証明するために、2段階のMerkle tree証明が使用される。この2段階証明は、FSP（First Stage Proof）とSSP（Second Stage Proof）の2つの要素で構成される。FSPは、txがbhをトランザクションのMerkleルートとするあるWanchainブロックに格納されているという事実を証明するために使用される。SSPは、bhがWanchainのあるブロックの有効なトランザクションMerkleルートであるという事実を証明するために使用される。FSP と SSP の組み合わせにより、tx が Wanchain の有効なトランザクションであることを知ることができる。この手順を図2に示す。
図2. 2段階証明の検証経路
Tx1の正しさを証明するために、以下のような2段階証明を構築する。
- FSPを構築する：
FSP={Tx1, Tx2,Tx34,LRoot3}
- SSPを構成する：
SSP={LRoot3,LRoot4,LRoot12}
- 2つの証明を合成する：
2StageProof={FSP,SSP}
2-Stage Proofは以下の式が成立する場合に有効である：
- LRoot3=SHA256(SHA256Tx1,Tx2,Tx34);
- Root=SHA256(LRoot12,SHA256LRoot3,LRoot4);
この新しいアプローチは、カルダノの相互運用性ソリューションのセキュリティを最大化するだけでなく、スケーラビリティのソリューションとしても機能する。取引は安全にカルダノから移行することができ、レイヤー1のブロックチェーンに重要な情報のみを記録し、セキュリティと不変性を確保することができるようになりました。
ロードマップ：近くて遠い存在
カルダノ・メインネット、カルダノ・サイドチェーン、その他の異種ブロックチェーン・ネットワーク間の完全な相互運用性を実現することは、長期的なプロジェクトである。そのため、このプロジェクトは急進的な飛躍ではなく、漸進的な改善によって定義されることになる。
最初の基本的なCardano-Wanchainブリッジは、数ヶ月間テスト環境で稼働しており、Wanchain上でラップアダを鋳造することができるようになりました。CardanoのVasilハードフォーク後、これらのブリッジはメインネットにデプロイされる予定です。
図3. テスト環境でのラップドADA
一方、WanchainをCardanoの正式なEVM互換サイドチェーンにするための作業も継続される予定です。2段階のMerkleトランザクション検証が実現すれば、Wanchainは現在Cardano上で動作しているアプリケーションのスケーラビリティ・ソリューションとして位置づけられることになる。
時間の経過とともに、以下の図4に見られるように、Cardano-Wanchainの完全な相互運用性トポロジーが形作られるでしょう。
図4. Cardano-Wanchainの相互運用性トポロジー
トポロジーの最下層は、Cardano、Ethereum、Cardano、Polkadot、またはBitcoinなどのレイヤー1のブロックチェーンで形成されています。これらはすべて、既存のWanchainクロスチェーンブリッジによって接続されています。垂直接続は、レイヤー1をレイヤー2のネットワークやArbitrum、Polygon、Optimisticなどのサイドチェーンに橋渡しします。レイヤー2/サイドチェーン層は、トークンやRealFiプロジェクトのホストとして理想的です。このレイヤーで橋を渡るアセットは、ターゲットの目的地に到達するためにレイヤー1のネットワークを通過する必要がありません。Wanchainはすでに、このレイヤー1、レイヤー2、サイドチェーン間のブリッジをいくつか展開しています。
Cardano自身のサイドチェーン戦略が成熟していくにつれて、私たちが今日構築している相互運用性ソリューションは、Cardanoのクロスチェーンとサイドチェーンのニーズに対応することができるようになるでしょう。
Wanchainについて
Wanchain（Wide Area Network chain）は、分散型ブロックチェーン相互運用ソリューションで、世界の多くのサイロ化したブロックチェーンネットワークをつなぐ完全分散型の非親告罪ブリッジを構築し、相互運用性によってブロックチェーンの採用を促進することをミッションとしています。Wanchainは、開発者が真に非中央集権的なクロスチェーンアプリケーションを構築し、Web3の未来を支える力を提供します。
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