レイヤー2とサイドチェーン・ソリューションがもたらす未来
間近となったVasilアップグレードは、カルダノの分散台帳に、スマートコントラクトに改善をもたらした、スケーリングとネットワーク＆台帳の最適化にフォーカスしています。
これは、カルダノ・ロードマップのBashoフェーズの一部で、これにより台帳に複数の改善をもたらす予定です。
Vasilアップグレードがもたらすものの詳細記事は下記を参照してください。
そしてこのアップグレードがもたらすものの中には、レイヤー2とサイドチェーンのソリューションをカルダノに導入するための基盤となる機能が追加されます。
これによりメインチェーンの『スケーリング』と、他のブロックチェーンとの『相互運用性』、より柔軟で特定のユースケースに対応した『プログラム可能性』を実現します。
そこで今回は、カルダノで今後最も注目度の高いソリューションの一つであるレイヤー2とサイドチェーンについてまとめてみたいと思います。
拡大し続けるエコシステム
カルダノのエコシステムは日々拡大し続けており、現時点で稼働してるプロジェクトは91で、ネィティブ・トークンは、5.5Mに達しています。また、NFTプロジェクトは6272で、スマートコントラクト数は、2908になります。
Vasilハードフォーク後は、構築中の1034のプロジェクトの多くがカルダノエコシステムで稼働することを予定しています。
これらの資産は、ブロックチェーンがもたらす分散型エコシステムにおいて、安全性と分散性、スケーラビリティ、相互運用性、より可用なプログラム可能性を獲得することが極めて重要です。
一つのデジタル資産を様々なブロックチェーン間で「相互運用」できれば、ユーザーの資産はより安全性と分散性、スケーラビリティ、プログラム可能性を獲得し、より資産価値を高めることになります。
そのためのインフラが必要となり、レイヤー２とサイドチェーン、それをサポートし実現するための重要な要素となります。
これによってWeb3.0やメタバースを構築することが可能になり、ユーザーはトークンが1つのブロックチェーンに閉じ込められないことを可能にし、一つのウォレットで多様なサービスを渡り歩き、水平活動することが可能になります。
レイヤー２とサイドチェーンのソリューションは、カルダノエコシステムの外と内への流動性を高め、高品質で安全なカルダノブロックチェーンが、ブロックチェーン全体のエコシステムを牽引する可能性を開くことになります。
レイヤー2とサイドチェーンとは？その違い
まずレイヤー2（セカンドレイヤーとも呼ばれる）とサイドチェーンの違いについて簡単に触れておきましょう。
レイヤー2とサイドチェーンは、先ほど述べたように基本的にブロックチェーン（メインチェーン、レイヤー1）を拡張し、『スケーリング』や『相互運用性』、『プログラム可能性』などの機能をもたらします。
レイヤー2
レイヤー2は、メインチェーン（オンチェーン）ではなく、オフチェーンでトランザクションを実行・処理し、その結果だけを、メイチェーンに書き込む仕組みです。また、メインチェーンからセキュリティとコンセンサスアルゴリズムを継承することになります。これによりメインチェーンの負荷を減らし、スケーラビリティを獲得します。
ユーザーにはトランザクション手数料を安くし、処理時間（待ち時間）の大幅な削減を提供することが可能になり、レイヤー２におけるプログラム可能性を拡張し、様々なユースケースに対応することが可能になります。
有名なものでは、ビットコインの「ライトニング・ネットワーク：Lightning network」、イーサリアムの「ZKロールアップ：ZK Rollup」と「Optimisticロールアップ：Optimistic Rollup」などがあります。
カルダノには、主にIOGによる『Hydra』、『Mithril』、Orbisによる『ZKロールアップ』レイヤー2ソリューションなどがあります。
サイドチェーン
サイドチェーンは、メインチェーンとは別の異なる独立したブロックチェーンです。サイドチェーンもメインチェーンの負荷を減らしますが、サイドチェーンは、独自のセキュリティを持ち、メインチェーンと並行して動作します。
そして、メインチェーンとはブリッジプロトコル（双方向ブリッジ機能）により、分散型デジタル経済における、より自由なデータの移動を可能にするソリューションを提供します。
また、専用のサイドチェーンのプログラミング言語により、特定のユースケース用のアプリケーション開発をサポートするために必要なツールを提供することで、エコシステムを拡張し、多様性のある経済活動をもたらすことを可能にします。
サイドチェーンには、Liquid Network（ビットコイン） 、RSK（ビットコイン）、Polygon（イーサリアム）やxDAI（イーサリアム）などが有名です。
カルダノでは、IOGのCardano EVMサイドチェーン、Mithril、dcSparkのMilkomedaなどがあります。
カルダノのサイドチェーン・ファミリー
IOGブログ記事『Cardano EVMサイドチェーン』より
次世代分散型インターネット２、Web3.0やメタバースの基盤テクノロジーと言われるブロックチェーンは、単独では成功できず、一つのメインチェーンだけで、成し遂げることには限りがあります。
また、単独のブロックチェーンでデジタル社会インフラやデジタル国家インフラを構築し、持続可能な形で有機的にアップグレードしていくことはできません。
ここにレイヤー２、サイドチェーンの存在意義があります。これによりブロックチェーン・エコシステム全体の拡張性と持続可能性が強化され、グローバル経済に対応したエコシステムの構築が可能になります。
カルダノの開発会社であるIOGは、カルダノのスケーラビリティ、相互運用性、プログラム可能性を高めるサイドチェーンの「ファミリー」を開発しており、カルダノ・エコシステムからも数多くの開発者が独自のサイドチェーンの構築に取り組んでいます。
IOGのブログによれば、カルダノがマルチチェーンアーキテクチャをサポートするべく進化していくにつれ、具体的に開発者は次の方法でプラットフォームを活用できるようになると説明しています。
- Plutusを使用し、高保証でリソース効率に優れた環境でスマートコントラクトと分散型アプリケーションを作成する
- EVMサイドチェーンを使用し、CardanoでEVM対応のスマートコントラクトを開発、デプロイする（イーサリアムに一般的な高額のガス代が不要）
- EVMサイドチェーンのガバナンス機能を使用して、オンチェーンガバナンスと投票機能を最適化する分散型ガバナンスアプリケーションを作成する
これらの機能は、カルダノを真にオープンでパブリックなブロックチェーン・プラットフォームとしての成功をもたらし、デジタル資産、ブロックチェーン全体のエコシステム、未来のグローバル経済においてなくてはならない『存在感』を示すための重要な取り組みとなります。
Cardano EVMサイドチェーン
IOGが開発する完全分散型のスケーラビリティソリューションである『Cardano EVMサイドチェーン』は、IOGが構築、リリースする初のサイドチェーンです。
これによりカルダノ・エコシステムに、イーサリアムの分散型アプリの開発者を解放することが可能になります。
イーサリアムが開発したソフトウェアであるEVM（イーサリアム仮想マシン）は、EVMを使用して構築されたサイドチェーンは、スマートコントラクトのプロセスおよび実行のために、イーサリアムブロックチェーンと同等の機能を提供します。EVMサイドチェーンは、EVM本来のスクリプト機能を維持しながら、異なるコンセンサスプロトコルや台帳モデルなどの新機能の実装も可能です。
Cardano EVMサイドチェーンの主要機能は以下の通りです。
イーサリアムとの互換性
次のようなイーサリアムの互換性を提供することで、Solidity開発者のカルダノでの開発コストとハードルを一気に下げます。
- ハードフォーク対応
- 開発者ツールの互換性
- Web3.jsウォレットとの互換性
Ouroborosコンセンサスプロトコル
EVMサイドチェーンはイーサリアムのプルーフオブワーク型コンセンサスアルゴリズムを、ビザンチンフォールトに対して耐性を持つOuroboros実装のOBFT（Ouroboros Byzantine Fault Tolerance）コンセンサスプロトコルに置き換えます。OBFTはフルネットワークスピードで良好なトランザクション処理と即時のトランザクション承認ならびに決算証明を提供します。
パーミッションレスアプローチ
EVMサイドチェーンはパーミッションレスなネットワークです。パーミッションレスのブロックチェーンは、全員が中央集権的もしくは連合型の権威に頼ることなく、ネットワークの活動に参加する特権を付与し、真に分散化されたネットワークを構築することが可能です。これによりブロックチェーンテクノロジーの透明性は不正を抑止します。
セキュリティ
EVMサイドチェーンには、セキュリティを維持するために、以下のような複数の機能が搭載されています。
- ステータス観察：サイドチェーンバリデーターノードを稼働させると、ノードはメインチェーンからADAのステーク委任分布を読み取ることができるようになります。
- バリデーターの選定：資格を持つ全候補者のために決定性アルゴリズムが実行され、アルゴリズムによって委員会が選定されます。
- ブロック生成：ブロック生成委員に選出されたバリデーターは、作業に対する報酬を受け取ります。
- バリデーターのロールオーバー：設定された期間の後、新しい委員会が旧委員会に替わってブロックの生成を開始します（バリデーターの選定はアルゴリズムによる決定性を持つもの）。
詳細はIOGブログ記事『Cardano EVMサイドチェーン』をご覧ください。
Hydra
HydraはCardanoのレイヤー2スケーラビリティ・ソリューションです。低レイテンシーと高スループットによる取引速度の向上と、取引コストの最小化を目的とし、具体的には、処理速度を1秒以下、つまりファイナリティとし、ストレージ要件を低減します。
Hydraは、ノードの数を増やすことでCardanoを水平方向に拡張することを可能にするコンセンサスアーキテクチャです。
Hydraの各ヘッドは、カルダノのメインネットの自然な延長として機能し、各チャネルがオンデマンドで同時・非同期に処理することを可能にします。そのため、各ヘッドはネイティブアセット、NFT、スクリプトなどを含む様々なアセットを搭載することが可能です。
Hydraはグローバルなコンセンサスを必要としませんが、セキュリティ保証を維持し、受信者側の初期資金を必要とせずにメインネットとの結合を維持し、ユーザーエクスペリエンスを向上させることができます。
IOGブログ記事によれば、Hydra Headは、Headの中でほぼ即座にファイナリティを達成することに秀でています。
ヘッドをセットアップしてクローズするプロセスには数ブロックかかりますが、いったん確立されると、トランザクションは共同作業者間で急速に流れるようになります。Hydra HeadsはEUTXOモデルも使用しているため、競合しないトランザクションを同時に処理することができ、優れたネットワークと相まって、利用可能なリソースを最適に利用することができます。
最新の開発情報によれば、HydraチームはコードベースをBabbageに切り替え、テストも無事パスしましたとのこと。Hydraのドキュメントは日本語でも見ることができます。
🔽
https://hydra.family/head-protocol/ja/
参照記事
Mithril
Mithrilは、IOGが開発中のレイヤー2スケーリングプロトコルで、効率性、安全性、軽量性を重視して開発されています。具体的には、メインネットとサイドチェーン間の転送を効率的かつリアルタイムに検証・確認することができます。
IOGのブログによれば、Mithrilの名前の由来は、小説『ミドル・アース』に登場する架空の金属の名前です。可鍛性のある素材で、重量は非常に軽いですが、「三重の鋼」のように強く、変色したり、くすんだりすることはないので、セキュリティ面での強さと、開発したプロトコルの軽量化を象徴しています。
Mithrilは、セキュリティを犠牲にすることなく、個々のステークオペレータ間のマルチ署名の集約を高速かつ効率的に行うことで、チェーン同期の問題を解決しています。
これにより、Mithril署名は、軽量なブロックチェーンの状態検証を可能にするため、サイドチェーンの実行に非常に大きな用途を見出すことができます。
Mithrilは、フルノードクライアントやDaedalusのようなアプリケーションの効率を高めます。フルノードのデータを高速かつ安全に同期させることができ、高レベルのセキュリティ保証を維持しながら、計算、ネットワーク交換、ローカルストレージなどの必要なリソースと時間を大幅に改善します。
Mithrilは、ライトクライアントやモバイルアプリケーションにも適用でき、信頼性の高いアプローチを実現します。もう一つの大きな利点は、サイドチェーンの実行にMithrilの署名を使用することです。メインブロックチェーンは、異なるコンセンサスプロトコルを持つことができる異なるサイドチェーンに接続することができます。Mithrilは軽量なブロックチェーンの状態検証にメリットがあり、したがって、証明書は特定のブロックチェーンの現在の状態や、前方および後方への転送の正しさを安全な方法で検証することができます。
また、ステークベースの投票アプリケーションやガバナンスソリューションでは、投票プロトコルの複雑さに関わらずMithrilを使用することができます。
このようにMithrilは様々な仕用途に優れているため、特にユーザーエクスペリエンスに、目に見える形で多大な貢献をもたラス技術と言えるでしょう。
参考記事
OrbisのZKロールアップレイヤー2ソリューション
ZK（Zero Knowledge）ロールアップとは、取引をオフチェーンで処理し、その結果（証明）を束ねて（ロールアップ）オンチェーンに提出する仕組みのことで、イーサリアムにおいて最も注目度の高いスケーリングソリューションの一つです。
Orbisは、分散型金融（DeFi）アプリケーションと繁栄するブロックチェーンエコシステムをサポートするために構築されたCardano用の最初のZKロールアップレイヤー2ソリューションです。
Orbisによれば、Cardanoは、最大の結果を得るために最小限の妥協をするスケーリングソリューションを必要としており、Hydraはすべてのスケーリング問題を解決できるわけではないと述べています。
また、ZKテクノロジーは、一般的な世界とブロックチェーンに変革をもたらす可能性があり、その可能性は計り知れないものがあり、カルダノ上のすべてのdAppsが真の大量採用を達成することを可能にすると説明しています。
参考記事
ブロックチェーンの未来を切り開く
IOGはブログ記事で『相互運用性』について、ブロックチェーン技術の成功に欠かせないプロパティであるとし、次のように述べています。
ユーザーには、特定のネットワークに制限されることなく、お互いに取引できる機能が必要です。開発者は、多くのブロックチェーンに対応するスマートコントラクトを作成できなければなりません。その上で、ユーザーはすべてのタイプのトークンを制限なしに取引できるべきです。
サイドチェーンとブロックチェーンブリッジは、ユーザーが複数のブロックチェーンにわたって、互同時にやり取りできるようにすることによって相互運用性を実現する2つの技術です。
カルダノは、イーサリアム経済圏との相互運用については、『Cardano EVMサイドチェーン』ソリューションにより、実現を図ろうとしています。
dcSparkのMilkomedaも、Cardanoのメインチェーンに接続されたMilkomeda C1サイドチェーンで、EVM対応スマートコントラクトの実行を可能にしています。これによりMilkomedaは、イーサリアムから既存のプロジェクトを移植できるようにすることで、幅広いDAppセレクションを提供します。また、ゼロ照明技術における最新イノベーションを、そのプロトコル上にL3+ソリューションとして実装を進めています。さらに、MilkomedaはCardanoとSolana、Algorandなど他ブロックチェーンとの相互運用性の提供を目指しています。
そしてWanchainは、Cardanoと他のレイヤー1ブロックチェーンを接続する、非資産管理型（Non-Custodial）で双方向の新しい分散型クロスチェーンブリッジを発表しました。Wanchainはサステナブルなレイヤー1プルーフオブステーク（PoS）ブロックチェーンであると同時に、分散型の相互運用性ソリューションです。重要な点は、いくつかのCardanoとの共通点で、Wanchainは、GalaxyコンセンサスというPoSコンセンサスアルゴリズムを使用します。Galaxyコンセンサスは、Cardano独自のOuroborosの延長線上にあります。
また、SingularityNETのCEO、Ben Goertzel博士も、HyperCycleサイドチェーンを導入する先駆的なAIプロジェクトについて発表しました。これにより軽量なレイヤー2アーキテクチャーとしてデザインされており、マイクロサービスの低額、高速、大規模なオンチェーンでの実行を可能にします。
このようにカルダノエコシステムのレイヤー２、サイドチェーン・ソリューションは拡大の一途を辿っており、Vasil後には本格的に多くのソリューションが採用され、カルダノの『スケーリング』と、他のブロックチェーンとの『相互運用性』、より柔軟で特定のユースケースに対応した『プログラム可能性』を活用したプロジェクトが登場してくるものと予想されます。
もしこの記事が気に入っていただけましたら、SIPO、SIPO2、SIPO3への委任をどうぞよろしくお願いいたします！10ADA以上の少量からでもステーキングが可能です。
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ステーキング（委任）とは？
カルダノ分散型台帳システムによるステーキングの魅力とその方法：2021版
Q&A：カルダノ、ステーキングに関する基本的な説明集
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ヨロイウォレット Chromeブラウザ機能拡張版マニュアル
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Cardano（ADA）チャールズ7/17AMA翻訳概要
IOGブログ：Cardanoのスケーラビリティを支える研究の分析
IOGの研究を詳しく見てみる、その4。レイヤー1とレイヤー2のソリューションが、より高速で耐障害性の高いブロックチェーンを作る方法
