クロスチェーンブリッジを理解する：ブリッジとは何か、なぜそれが必要なのか？

Pontem Network

ブリッジは、ブロックチェーンが資産や情報を、チェーンの垣根を超えてシームレスな交換を可能にする、非常に重要なソリューションです。

そして、ブリッジが実際にどのように機能するのかを知ることは、安全性の選択の面からも重要となります。まずはビギナーズガイドとしてこの記事を読み、その構造と問題点を把握していくことをお勧めします。

ブロックチェーンブリッジとは何か、なぜ必要なのか？

ブロックチェーンブリッジとは、例えばEthereumとPolkadot、PolygonとAvalancheなど、異なるブロックチェーンネットワーク間で資産やデータの転送を可能にするシステムのことです。

デフォルトでは、各ブロックチェーンはお互いに直接「話す」ことができません。互いに理解できない言語を話す人間のようなものと考えられます。また、ネットワークによって、コンセンサスアルゴリズム、スマートコントラクトのアーキテクチャ、アドレスフォーマットなども異なります。これは思考や文化の違いと考えることができるかもしれません。

そのため、例えば、TRXを0xで始まるEthereumアドレスに送ることはできません。場合によってはウォレットが気を利かせて拒否し、また最悪の場合では、そのまま実行されて資金を失うことになります。

より専門的な言葉を使うと、通常のブロックチェーンはサイロ、つまり、特定のグループのユーザーだけが利用できるデータや資産の保管場所となっています。従来の企業データベースもデータサイロの一例として知られていましたが、ブロックチェーン技術がその問題を解消し、データが自由に行き来できるようになると期待されていましたが、今度は分散型ネットワークがサイロそのものとなってしまっているのです。

エンドユーザーの視点から

相互運用性の欠如は、1つのブロックチェーンだけでやり取りしている限り、大きな問題ではありません。過去には、ほとんどの人がビットコインやイーサリアム、トロンなどを使っていました。しかし、2021年には、Solana、BSC、Avalanche、Fantom、Cosmos、Polygonなどの代替チェーンが爆発的に増え、チェーン間の資産移動の問題に焦点が当てられました。

これらのL1（レベル1）チェーンは、イーサリアムよりも速くて安いだけではありません。各チェーンは、DeFiでの魅力的な利回り獲得の機会、使いやすい分散型取引所（AvalancheのTrader Joeなど）、Play2Earnゲーム（Harmony OneのDeFi Kingdomsなど）も提供しています。

これらのdAppsを利用しようとすると、自分が持っている暗号資産が他のチェーンで使えないという問題にぶつかります。例えばETHを持っていても、Solanaで構築されたdAppを使いたい場合は、CoinbaseやBinanceなどの中央集権的な取引所でETHをSOLに変換し、得られたトークンをSolanaのウォレットアドレスに送らなければならないのです。

ベテランの暗号資産保有者は、このようなチェーン間の非互換性に慣れていて、それがどれだけ不便なことかに鈍感になっていることが多いものです。

しかし、アメリカに住んでいてドルを使っているのに、Uber EatsやWalmartなどの一部のビジネスではスイスフランしか使えないとしたらどうでしょうか。これを許容する人はいないでしょう。しかし、暗号の世界では、あるチェーンが別のチェーンで発行された資産に対応していないことを受け入れるしかありません。そこで、2つのチェーンをつなぐブリッジが必要となります。

クロスチェーンブリッジの機能：プロジェクト視点

ブロックチェーンプロジェクトの開発者としては、できるだけ多くのユーザーを惹きつけ、DeFi dAppの場合はTVL（total value locked）、ゲームの場合はプレイヤー数などの指標を最大化したいと考えます。

しかし、代替ブロックチェーンはイーサリアムに比べてユーザー数も、流動性も低いものとなります。例えば、TerraのTVL（2021年1月の時点で値で2番目に大きいチェーン）は、執筆時点でEthereumのTVLの9分の1程度となっています。

クロスチェーンブリッジは、ユーザーが自分の資産を持ったまま新しいチェーンに乗り換えることを容易にする仕組みです。ブリッジは2つの船をつなぐパイプのようなもので、流動性が満タンの船から空の船へと流れ、個々のdAppsのバケツを満たすことができます。そのため、暗号アプリの作成者にとっては、ブロックチェーンブリッジを統合することが最善の利益となります。

クロスチェーンブリッジの機能：エンドユーザー視点

平均的なブロックチェーンブリッジは以下のように動作します：

1) ユーザーは、資産Aをオリジンチェーン（Ethereumなど）の入金アドレスに送り、ブリッジ手数料を支払います

2) 資産Aは、スマートコントラクトでランダムに選択された検証者（トラストレスブリッジの場合）やカストディアンにロックアップされます

3) 同等量の資産A1がターゲットチェーンで発行されます（例：Avalanche）

4) 資産A1が、ターゲットチェーン上のユーザーのアドレス（Avalancheウォレット）に送られます

ユーザーが元の資産Aを取り戻すことを決めた場合、資産A1を指定されたアドレスに送る必要があり、スマートコントラクトまたはカストディアンが元の資産Aをユーザーのウォレットに戻します。

トークンのロックアップの部分は、ブリッジングの重要な要素であり、よく誤解されています。モノを家から家に運ぶように、AAVE、COMP、UNIなどを実際に別のブロックチェーンに移すことはできません。その代わり、元の資産は安全な場所に預けられ、そのレプリカが他のチェーンに作成されます。存在するトークン数は増えますが、流通するトークン数は変わりません。

クリストファー・ノーラン監督の2006年の映画「プレステージ」をご覧になった方は、ヒュー・ジャックマンが有名なステージ・トリックのために、クロスチェーン・ブリッジングと非常によく似たことをしていたことに気づかれるかもしれません。

クロスチェーンブリッジの種類

ほとんどのブロックチェーンブリッジは、以下のカテゴリーのいずれかに分類されます：

1. 1つの資産、2つかそれ以上のチェーン：このブリッジでは、1つのブロックチェーンから別のブロックチェーンに1つの暗号通貨だけが送られます。例えば、WBTCとtBTCはBitcoinネットワークからEthereumにBTCを転送するように設計されており、KintsugiとInterlayはBitcoinネットワークからKusamaとPolkadotにそれぞれBTCを転送することができます。

2. 多くの資産、2つのチェーン：このブリッジでは、2つのブロックチェーン間で異なる暗号資産を転送することができます。例えば、Rainbow BridgeはETHと何百ものERC-20トークンをEthereumからNEARネットワークに送ることができ、GravityはEthereumとCosmos、ZeroSwapはEthereumとBSCなどで同じことができます。また、EthereumとArbitrumやOptimismArbitrumなどの人気の高いL2スケーリングソリューションをつなぐブリッジも忘れてはいけません。

3. 多くの資産、1つのチェーンが複数のチェーンに接続：この場合、多くの異なるトークンを転送することができます。例としては、Avalanche Bridge、PolkaBridge、Wormholeなどがあります。

4. 複数または多数のアセット、複数のチェーン：このブリッジでは、様々なdAppsに統合して、複数のネットワークから追加の流動性を取り入れることができます。その良い例がRen ProtocolによるRenBridgeで、BTC、BCH、DOGEなどをSolanaやAvalancheを含む7つのチェーンにブリッジすることができます。

5. 多くの資産、複数のチェーン、単一のアプリケーション：このブリッジでは、モジュールやアダプターとして、あらゆるブロックチェーンに接続することができます。ただし、取引所や貸し出しサービスなど、1種類のアプリだけに使うことを想定しています。例：Multichain（旧AnySwap）

集中型 vsトラストレス

ブロックチェーンブリッジは、集中型（フェデレート型）とトラストレスに分けられます。その違いは、ブリッジのトランザクションの確認方法と、ロックアップ資産の保管方法にあります。

集中型システムでは、事前に選択された検証ネットワークが、ソースチェーン上のトークンの預け入れを追跡し、ロックアップし、ターゲットチェーン上でトークンをミントします。

例としてBinance Bridgeやwrapped BTC（WBTC）が挙げられます。

トラストレスシステムでは、誰でもバリデータになることができ、ブリッジングトランザクションごとに、多数のバリデータがプールからランダムに選択され、操作のリスクを最小限に抑えることができます。

このようなトラストレスシステムでは、通常、ソースチェーン上のブリッジ関連のイベントを聞き取り、イベントごとの証明を作成し、ターゲットチェーン上のブリッジ・スマートコントラクトに送信します。このようにしてブリッジは、トークンがソースチェーン上で実際に提出されたことや、ターゲットネットワーク上でトークンをミントすることが安全であることを「把握する」のです。

どちらのタイプのアーキテクチャでも、資産の預け入れを担当するノードは、不正行為をしないことを保証するために、担保を提出しなければならない場合があります。例えば、Keep Networkが提供するtBTCプロトコルでは、ETHの担保率が150％となっており、署名者（カストディアン）は、ビットコインを預けるたびに1.5BTC相当のETHを提出する必要があります。

もう一つの例はWanchainで、Ethereum、XRP、Litecoin、Bitcoin、BSC、EOS、Wanchain自身の間のブリッジを運営しています。このプロジェクトでは、定期的にStoremen（トークンをロックしてミントするノード）の新しいグループを選出しています。Storemanになるためには、最大のWAN staker25人の中に入る必要があります。最低ステーク額は1万WAN（2021年1月で約5,500ドル）です。

理論的には、ランダムに選ばれた検証者の信頼性のないプールと、選択された信頼されたカストディアンのセットを持つブリッジを持つこともできます。ブリッジアーキテクチャは複雑なテーマであり、効率、セキュリティ、スピードの面でトレードオフの関係にある多くの競合モデルがあります。

資産がソースチェーン上に保管されるという仕組みがわかったところで、ブリッジの安全性という重要なトピックを見ていきましょう。

ブロックチェーンブリッジの安全性は？

ブリッジにはいくつかの種類のリスクがあります：

1) バリデーター/カストディアンが預かった資金を盗む：一般的な解決策は、彼らに担保を提出させ、不正行為があった場合にはそれをスラッシュするというものです。しかし、担保がブリッジプロトコルのトークンである場合、そのトークン価格が（市場全体のクラッシュなどで）暴落するリスクがあり、その場合、より価値のあるETHやBTCを担保にしたほうが実効性があると考えられます。

2) バリデーターの無反応：多くのバリデーターノードがオフラインになると、ブリッジ速度が低下したり、単に動作しなくなります。バリデーターのモチベーション向上のために、ネイティブトークンで報酬を支払うブリッジもありますが、これはイールドファーミングと同じ影響を生じてしまい、ユーザーが報酬を現金化することでトークン価格が低下し、ブリッジプロジェクト自体の一般的な信頼も下げることになってしまいます。

3) エクスプロイト：ハッカーは、リレー、アセットデポジット、ターゲットチェーンのコントラクトなど、ブリッジを構成するあらゆる部分の脆弱性を狙ってきます。残念ながら、全てのブリッジがローンチ前に適切に監査されているわけではなく、盗用のリスクは非常に現実的なものとして存在します。ハッカーは流行に敏感で、2021年にはブリッジングを対象とすることが流行しました：

最近のブロックチェーンハッキングの多くはブリッジに関するものであり、Poly Networkでは、Ethereum、BSC、Polygonで6億ドルのトークンが失われました。このDeFi史上最大のハッカーは、Poly Networkの中央集中型アーキテクチャを悪用したものです。その後、ハッカーは後に資金を返還しました。

2021年のクロスチェーンハッキングには、他にもAnySwap（787万ドル）やChainSwap（800万ドル）などがあります。一方、Synapse bridgeは最近、800万ドルの損失の可能性のあるハッキングを防ぎ、PolygonはPoS Ethereum bridgeの重大なバグをギリギリまで修正して、8億5000万ドルの悪用の可能性を回避しました。

初期のブリッジ資産としてのラップ型BTC

ブリッジは2021年に話題になったことから、真新しい技術だと思われるかもしれませんが、実際には2018年にWanchainで始まり、それに続いてWrapped Bitcoin（WBTC）が登場しました。これはイーサリアム上で動くERC20版のビットコインで、2019年1月に初めてミントされました。技術は同じで、カストディアンにビットコインを預けると、WBTCが発行され、BTCの返還を請求するとバーンされるものです。

2022年1月時点で、WBTCは世界で18番目に大きな暗号通貨でした。その時価総額は111億ドルで、ATOMやTRX、DAIなどの有名な資産を上回っています。WBTCは合計で266,600枚流通しており、266,000枚の実際のビットコインがカストディアンに預けられていたことになります。

2番目に大きなラッピングアセットであるWETH（Wrapped Ethereum）は、単にイーサリアムベースのDeFiアプリがERC20トークンとしてETHを利用できるようにするだけなので、ブリッジプロトコルを必要としません。

マルチチェーンネットワークとブリッジの比較

Polkadot、Kusama、Cosmosなどのマルチチェーンネットワークには、数十から数百の独立したブロックチェーンが含まれており、ネイティブに相互運用が可能です。各ブロックチェーンは「同じ言語を話す」ように設計されているため、資産交換のための特別なブリッジを必要としません。

これが、Pontem Networkの構築の基盤としてSubstrate（PolkadotとKusamaのベース）を選んだ理由です。私たちは、以前Meta（旧Facebook）が支援していた次期ブロックチェーン Diemと互換性のあるdAppsを構築するための、インセンティブ付きのテストネットを提供するプロジェクトとして開発された経緯があります。この場合、Pontemを利用することで、開発チームはDiemのローンチするよりもずっと前にdAppsをテストし、人気と流動性を得た上で、将来的な本番環境に備えることができます。

また、PontemはPolkadotやKusamaといった幅広いエコシステムの一部であるため、Diemの開発チームは、これらのマルチチェーンネットワーク全体からの流動性を享受することができます。つまり、暗号分野と暗号分野以外の世界の資本を接続する役割も担います。

Pontem NOXトークン生成イベントのプレホワイトリスト登録はこちらからできます。

もう一つの例は、CosmosエコシステムのTerraです。2021年10月にTerraでIBC（ブロックチェーン間通信プロトコル）の有効化提案が可決され、TerraとCosmos SDKで動く他の17のIBC対応チェーンとの間でトークンの送受信可能になりました。

なお、マルチチェーンネットワークは、Ethereum、BSC、Polygonなどの外部ブロックチェーンと接続するためのブリッジがまだ必要です。

NFTブリッジについての注意点

NFTブリッジへの関心は、Ethereumのミント手数料が非常に高く、取引の失敗率が高いという事実によってさらに高まっています。そのため、ユーザーは、Solana、Polygon、Avalancheといった、より速くて安価なチェーンに目を向けています。これらのチェーンは、すでに独自のNFTマーケットプレイスで、何百ものコレクションを持っています。

しかし、これらのチェーンでは流動性が低く、NFTの買い手を見つけることが難しくなります。この場合、ブリッジを使うことで、低コストチェーンでミントを行い、コレクションをEthereumネットワークに送り、OpenSeaのような取引量の多いマーケットプレイスに出品することができます。

NFTのブリッジには複雑な点があります。特に保管に関しては、ブリッジのロックアップやカストディの部分の安全性の確認が必須です。

現在稼働しているNFTブリッジ：

Multichain (previously AnySwap): Ethereum, Fantom, Avalanche

Polygon: Ethereum, Polygon Matic

Quigon: Ethereum, BSC, Polygon, Avalanche, Algorand, Elrond, Fantom, Tron, xDAI, Fuse)

Harmony: Ethereum and Harmony

Wormhole: Solana, Ethereum, BSC, Polygon, Avalanche, Oasis