Cosmosエコシステムを一文で理解する
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Cosmosエコシステムを一文で理解する
厚積薄発のIBCエコシステム。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察マルチチェーン時代において、クロスチェーンはブロックチェーン業界の必須要件である。DeFiやGameFiなどのアプリケーション層のプロジェクトは、それぞれ異なるパブリックチェーンの性能を必要としている。たとえば、DeFiは高いコンポーザビリティを要求し、GameFiは高い並列処理性能を要求し、SocialFiは大量のストレージを要求する。このため、ここ最近では各分野に特化したLayer1やLayer2が次々と登場している。例えばGameFiに特化したRoninや、SocialFiに特化したDESOなどがある。
Cosmosのクロスチェーンモデルは、これらの垂直領域に特化したブロックチェーンに非常に適している。Cosmosはモジュール型のブロックチェーンを提供することで、開発者が自分に合ったパブリックチェーンを利用しやすくしている。Cosmosエコシステム内のアプリケーションやプロトコルはIBC（Inter-Blockchain Communication Protocol）を用いて接続され、独立した各ブロックチェーン間で主権を超えた資産およびデータの自由な交換を実現している。
現在の主なクロスチェーン技術には以下の4種類がある：
1. 公証人方式（Notary Schemes）
2. サイドチェーン／リレー（Side Chains/Relays）
3. ハッシュロック（Hash-locking）
4. 分散型プライベートキー制御（Distributed Private Key Control）
Cosmosは「リレー（Relays）」技術の代表的な事例であり、もう一つの例はPolkadotである。CosmosはIBCプロトコルにより接続を確立してクロスチェーンを実現する一方、PolkadotはXCMPプロトコルを介してスロットによってクロスチェーンを実現している。
本稿では、Cosmosのクロスチェーンソリューションについて重点的に紹介する。
一、Cosmosの概要
CosmosはTendermintチームが開発した、クロスチェーン相互作用をサポートする異種ネットワークである。CosmosのICOは2017年4月に行われ、4870 BTCおよび24万ETHを調達した。ATOMには供給上限がなく、最大20%の年間インフレ率で新規発行される。具体的なインフレ率はステーキング率に応じて変動し、現在のステーキング率は186M/291M（63.9%）、年間インフレ率は10.05%である。
Cosmosの最終目標は、「ブロックチェーンのインターネット」を構築し、多数の自律的かつ開発容易なブロックチェーンが互いに拡張・相互作用できるようにすることである。Tendermintを基盤とし、同社が開発したTendermintコンセンサスアルゴリズムは、バイザンチンフォールトトレランス（BFT）に基づく高性能で一貫性のあるコンセンサスエンジンであり、秒間数千トランザクションを処理でき、VISAレベルの取引速度に近づいている。
Cosmosのクロスチェーンネットワークには三つの主要要素がある：ハブ（Hub）、ゾーン（Zone）、およびIBCプロトコルである。
1. 中央ブロックチェーンネットワーク「ハブ（Hub）」は、Cosmosの経済的中心であり、クロスチェーンメッセージの信頼の中心でもある。複数のアセットを扱う分散型台帳として機能し、IBCプロトコルを通じて、あるゾーンから別のゾーンへトークン資産を転送する。公式のCosmos Hub以外にも、IRISnetのようにクロスチェーンサービスを提供する他のハブも存在する。
2. ゾーン（Zone）とは、独立したブロックチェーンであり、Cosmos中央ネットワークのハブとIBCによるクロスチェーン通信、情報交換、資産交換を行うことができる。
3. IBCプロトコル（Inter-Blockchain Communication Protocol）は、Cosmos専用に設計されたブロックチェーン間通信プロトコルであり、タイムリーなファイナリティの特性に依存して、ハブとゾーン間のメッセージ伝達を可能にし、クロスチェーンを実現する。IBCはCosmos SDKのモジュールの一つでもある。
Cosmosのクロスチェーンの核心ロジックは、Cosmos HubがIBC接続を介して互換性のあるチェーンと接続し、資産およびデータのクロスチェーン交換を実現することにある。ハブはクロスチェーンの集中市場のようなものであり、デジタル資産を保有し、複数チェーンにまたがるアカウントを管理するのに最適な場所である。ハブは各ゾーンの状態を追跡記録する必要があり、各ゾーンは自ら生成した新しいブロックを継続的にハブに報告する義務を負う。ゾーンがハブとIBC接続を確立すると、そのハブに接続されているすべての他のゾーンに自動アクセスできるようになる。また、あるゾーンが他のゾーンからのトークンをハブ経由で受信する際、他のすべてのゾーンを信頼する必要はなく、ハブのみを信頼すればよい。
では、IBCはどのように動作するのか？ 以下に例を挙げて説明する：ChainAからChainBへ10 ATOMをクロスチェーン送金する場合。
ChainAとChainBはどちらもCosmos SDKをサポートしており、Cosmosエコシステムのゾーンとなっている。リレーヤー（Relayer）はオフチェーンの中継者であり、IBCのデータパケットを定期的にポーリングしてルーティングする。大まかな流れは次の通りである：
ChainA――Relayer――Cosmos Hub――Relayer――ChainB
このプロセスにはいくつかの段階が含まれる：
1. Tracking（トラッキング）：ChainAとChainBのIBCモジュールは常に相手チェーンのブロックヘッダー情報を同期しており、これにより双方は相手チェーンのバリデータセットの変更を追跡できる。本質的には、お互いのチェーンに対して軽量ノードを維持していることになる。
2. Bonding（ロック）：Cosmosでクロスチェーン送金を行うと、AチェーンのIBCモジュールがその送金を記録し、ChainA上の10 ATOMはロック状態となる。
3. Proof Relay（証明の中継）：ChainAが10 ATOMをロックしたことを示す「証明（Proof）」が、リレーヤーによってChainBのIBCモジュールに中継される。
4. Validation（検証）：ChainBはChainAの軽量ノード情報を用いてこの「証明」を検証し、成功すればChainB上に10枚のATOM Voucher（利用券）を「発行（mint）」する。これらのVoucherはその後自由に流通使用できる。もちろん、同じクロスチェーン方法でChainAに戻すことも可能であり、その場合ChainA上のロックされたATOMはアンロックされる。
二、Cosmosのコンセンサスメカニズム
Cosmosのコンセンサスアルゴリズムは、PoS（プルーフ・オブ・ステーク）とBFT（バイザンチンフォールトトレラント）に基づくものである。ハブのステーキングモジュールはTendermint BFTコンセンサスメカニズム上に構築されており、ATOM保有者は自分のATOMをステーキングすることでCosmosブロックチェーンの安全性を確保でき、それと引き換えに取引手数料を得ることができる。
現在、Cosmos Hubブロックチェーン上には342のバリデータが存在し、有効バリデータは150名、平均ブロック時間は7.29秒である。
Cosmos TendermintのPoSルール
A、B、Cの3人のバリデータがそれぞれ1、2、3のトークンをステーキングしているとする。
1. 第1ラウンドでは、Cが最も多くの資産をステーキングしているため、Cが提案者（Proposer）となる。
2. 第2ラウンドでは、Cが前回提案者であったため、そのVote_powerはpre_votingPower-(stake_a+stake_b)、つまり3-(1+2)==0となる。一方、Bのvote_powerはpre_votingPower+stake、すなわち2+2==4となり、同様にAのvote_powerは2となる。このラウンドで投票権が最大なのはBであるため、Bが提案者となる。
3. 第3ラウンドでは、Aのvote_powerは3、Bのvote_powerは2-(2+0)==0、Cのvote_powerは0+3==3となる。Aの順位がCより上であるため、Aが提案者となる。
4. 第4ラウンドでは、Aのvote_powerは-1、Bは2、Cは6となるため、Cが提案者となる。
……以下同様。
全体として、最も多くの資産をステーキングした者が最初に提案者となり、その後ステーキング量に応じて順番に交代していく。
Cosmos TendermintのBFTルール
BFTはByzantine Fault Tolerantの略称であり、このコンセンサスメカニズムは「バイザンチン将軍問題」に由来する。
バイザンチン将軍問題
バイザンチンは東ローマ帝国の首都であり、当時の領土は広大だったため、各軍隊の駐屯地は遠く離れており、将軍たちはメッセンジャーを通じてしか情報を伝えられなかった。戦争時には、将軍たちが統一された作戦計画を立てなければならない。
しかし、将軍の中に裏切り者がおり、誤った情報を流す可能性がある。そのため、将軍たちには予め決められた方法が必要であり、忠誠な将軍全員が一致した行動を取れるようにしなければならない。本質的には、非信頼環境下において、裏切り者がいる中で戦闘計画に対する合意を形成することである。
Tendermintは理解しやすいBFTコンセンサスプロトコルであり、単純なステートマシン原理に従っている。では、Tendermintは非信頼環境下でどのように合意を形成するのか？
プロトコルには2つの役割がある：
バリデータ：プロトコル内のノードまたは参加者。各バリデータは投票プロセスにおいて異なる投票権（Vote Power）を持つ。
提案者：バリデータの中から選ばれる。提案者は取引を含むブロックを提案し、そのブロックに対して投票を行う。バリデータもまた提案されたブロックに対して投票する。ブロックはチェーンにコミットされ、各ブロックは特定の高さ（height）を持つ。ただし、ブロックがコミット失敗する場合もあり、その場合は同じ高さで次のバリデータが新たなブロックを提案し、再び投票プロセスが始まる。
プロセス：
1. Propose（提案）フェーズ：提案者がネットワーク全体にProposal（提案）をブロードキャストする。
2. Prevote（事前投票）フェーズ：各バリデータが、そのラウンドで受信したProposalブロックに署名し、Prevote（事前投票）をブロードキャストする。
3. Precommit（事前コミット）フェーズ：各バリデータは、2/3以上のPrevote投票を収集できた場合、そのブロックに署名し、Precommit（事前コミット）投票をブロードキャストする。もし2/3以上の「空ブロック（Nil）」へのPrevote投票を収集した場合は、以前ロックしていたブロックを解放し、再びProposeフェーズに戻る。2/3以上のPrevote投票を収集できなかった場合は、どのブロックにもロックされない。
Precommitフェーズ後期に、バリデータが2/3以上のPrecommit投票を収集できた場合、Commitフェーズに移行する。そうでない場合は、次のラウンドのProposeフェーズに入る。
4. Commit（コミット）フェーズ：バリデータがネットワーク全体でコミットされたブロックを受信すると、そのブロックに対してCommit投票をブロードキャストする。バリデータはネットワーク全体でPrecommitされたブロックに対して、2/3以上のCommit投票を収集しなければならない。コンセンサスプロセス全体において、ノードが2/3のCommit投票を受信すれば、直ちにCommitフェーズに入り、CommitTimeを現在時刻に設定し、NewHeightフェーズ（新しいブロック）に進む。
簡単に言えば、ブロックを正常にコミットするには、PrevoteフェーズとPrecommitフェーズのそれぞれで2/3以上のバリデータによる投票が必要である。バイザンチンノードが1/3未満であればTendermintは正常にブロック生成ができ、2/3以下であれば悪意あるブロックは生成されない。
では、Tendermintはどのように底層のコンセンサスをステート層に伝達するのか？
Tendermintは主に2つの部分からなる：
1. Tendermint Core：ブロックチェーンコンセンサスエンジン。ノード間のデータ転送およびバイザンチン合意を担当。
2. ABCI：アプリケーションブロックチェーンインタフェース（Application Blockchain Interface）。任意のプログラミング言語でトランザクション処理を実装できるプロトコル。
総じて、Tendermintはモジュール型のブロックチェーンソフトウェアフレームワークであり、開発者が独自のブロックチェーンをカスタマイズできるようにしており、コンセンサスやネットワーク転送の実装を意識する必要がない。
Tendermintはブロックチェーンアプリケーション（ステート）と底層コンセンサスを分離しており、コンセンサスエンジンとP2PネットワークはTendermint Coreにパッケージ化され、ABCI（アプリケーションブロックチェーンインタフェース）を通じてCosmos SDKと通信する。このアーキテクチャにより、アプリケーション開発者は容易に独自のブロックチェーンを実装できる。
Cosmos SDKはCosmos Hubのプログラムコードを含み、同時に他のブロックチェーン開発者向けの汎用モジュール（例：IBC、アカウント、ガバナンス、認証など）を提供する開発フレームワークでもある。その中でIBCはクロスチェーンのキープロトコル、すなわちブロックチェーン間通信プロトコルである。
CosmosはSDKの形でコンセンサスアルゴリズムとネットワークモジュールをパッケージ化し、すぐに使えるブロックチェーン開発フレームワークを提供している。
以上から、理論的にはCosmosは現在最も困難な3つのブロックチェーン課題を解決している：
1. 拡張性：Tendermintコンセンサスは投票一致システムと見なせ、PoSとBFTアルゴリズムに基づき、PoSで提案者を選出し、BFTでは2/3以上のノードが正直であれば投票結果の整合性が保証される。
2. 利用性：Cosmos SDKというモジュール型フレームワークにより、相互運用可能でアプリケーション固有のブロックチェーンを簡単に構築できる。
3. 相互運用性：CosmosはIBC通信プロトコルを通じてハブとゾーン間のクロスチェーン通信を実現し、TCP/IPと同様の役割を果たしている。
三、Cosmosのクロスチェーンエコシステム
公式サイトのデータによると、現在Cosmosエコシステムには12のカテゴリにわたり247のプロジェクトが存在し、時価総額は約1500億ドルに達しており、すでにEthereumエコシステムに次ぐ第2位のブロックチェーンエコシステムとして成長している。
Cosmosエコシステムの主要プロジェクトには、Osmosis、Cosmos、Stargaze、Juno、Umee、Terra、Chihuahua、Crypto.org、Injective、Cronos、Secret、Axelar、Sifchain、Akash、Comdex、Persistence、Gravity Bridge、Sentinel、Desmos、KiChainなどが含まれる。
Cosmos Hubのインフラ
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1. Gravity DEX
ユーザーがクロスチェーン全体にわたってデジタル資産をシームレスに交換できるようにする。このプロトコルはAMM方式と注文帳方式を組み合わせることで、既存の設計を改善し、より豊かで効率的な取引体験を提供する。
Cosmosエコシステムの一般ユーザーにとってGravity DEXは、まるで住宅街のコンビニのような存在である。大規模な投資取引の際には使わないかもしれないが、クロスチェーンの過程で資産を調整する際に便利である。
ただし、Cosmos Hubの「信頼できる中立性（Credible Neutrality）」という基本理念を守るため、開発チームはGravity DEXを別のブロックチェーンであるCrescent Networkに移行する予定である。
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2. Gravity Bridge
Gravity BridgeはCosmosエコシステムのインフラの一部であり、安全で効率的かつ分散型のクロスチェーンブリッジである。数十億ドル相当のATOMがステーキングされたCosmos Hubを基盤とし、Cosmosの資産をERC-20トークンの形でイーサリアムエコシステムに流入させることができ、逆にイーサリアムのERC-20トークンをCosmosエコシステムに流入させることも可能である。
Gravity BridgeはAltheaチームが開発したもので、独自のトークンGRAVを持っている。
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3. ドメインネームサービス
CosmosエコシステムのドメインネームサービスはCosmos Hub上で管理され、Interchainのユーザーが相互作用したいチェーンをより簡単に識別できるようにする。
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4. Liquid Staking
流動性ステーキングは、クロスチェーンDeFi空間における重要なプリミティブとなる。その核となるのは、ステーキングされたATOMに対する請求権である。通常のATOMステーキングと同様に報酬が得られるが、流動性ステーキングの特徴は「流動性」であり、ステーキング中のATOMを譲渡できる点にある。基礎となるATOMがペナルティを受けた場合、流動性ステーキングトークンは焼却リスクを伴う。
Cosmos Zoneの主要プロジェクト
この図はIBCトランスファーが最も活発なZonesを示している。現在、Cosmosエコシステムには合計43のZonesが存在し、うち42がアクティブ（IBCトランスファーあり）である。
昨年と比較して、今年のIBCトランスファー件数は大幅に増加している。2021年にはCosmosエコシステムのアクティブZonesの年間IBCトランスファーは580万件であったが、最近30日間だけで1300万件を超えている。
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1. Osmosis（OSMO）
Cosmos SDKを使って構築された高度なAMMプロトコル。これまでに7億ドルの流動性を獲得しており、IBC対応トークンの取引をサポートし、累計取引高は95億ドルを超える。OsmosisはIBCを市場に普及させる上で鍵となる存在となっている。
注目すべきは、osmosisがParadigmがイーサリアムエコシステム外のAMM型DEXとして初めて投資したプロジェクトであることだ。
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2. Terra（LUNA）
2021年10月、TerraがIBCを有効化し、Cosmosエコシステムに180億ドル超の流動性資産およびそのネイティブトークンLUNA、安定通貨USTをもたらした。
これほど大規模なパブリックチェーンがIBCエコシステムに参入したことは、Cosmosコミュニティの士気を大きく高め、Cosmosのクロスチェーンエコシステムの発展状況に多くの関心を集めた。こうしたトッププロジェクトの参入が、Cosmosエコシステムをイーサリアムに次ぐ第2の経済圏へと押し上げたのである。
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3. Juno
JunoはCosmosエコシステム内のパブリックチェーンであり、相互運用可能なスマートコントラクトの展開環境を提供している。現在、Juno上には50以上のアプリケーションと2000以上のDAOが構築されている。
最近、Juno Networkではコミュニティ内で議論を巻き起こす事件が発生した。コミュニティが「巨大ホルダーの資産徴収」を提案し、「Code is Law（法はコードなり）」というブロックチェーン世界の原則について再考が促された。
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4. Kava
KavaはCosmosのクロスチェーンを利用したDeFiプラットフォームであり、MakerDAOに類似している。ユーザーは担保を抵当債務スマートコントラクトに預け入れ、安定通貨USDXを得ることができる。
KavaがCosmosエコシステムに加わった後、単一アプリケーションブロックチェーンから発展し、20億ドル以上のチェーン上価値を持つプロトコルとなり、大きな成功を収めた。
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5. Sifchain
SifchainはCosmosからイーサリアムへの最初のクロスチェーンDEXである。2021年初頭にCosmosからイーサリアムへのペギーブリッジを統合した。ペギーはペグトークンを使用することで、ユーザーがIBCトークンとERC-20トークンを安価かつ簡単に交換・集積できるようにし、イーサリアムベースのDEXよりも効率的である。
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6. Secret Network
Secret NetworkはSecret Foundationが設立し、TendermintおよびCosmos SDKを基盤とした、Cosmos上に構築されたプライバシーパブリックチェーンである。Secret Network上のすべてのデータは暗号化されており、具体的な取引内容を見るには対応するViewing Keyが必要である。
Secret Networkはプライバシー保護、拡張性、クロスチェーンなどの特徴を兼ね備えている。
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7. IRISnet
IRISnetはCosmosエコシステム内のクロスチェーンハブであり、企業向け分散アプリケーションといった新たなビジネスシーンをサポートする。Cosmosエコシステムに規模と多様性をもたらしている。
上記のプロジェクト以外にも、Cosmosエコシステムには多数の著名なゾーンが存在するが、ここでは省略する。今後の記事でCosmosエコシステム内の著名プロジェクトについてさらに深く分析・紹介する予定である。
四、Cosmosに関する考察
1. ATOMのバリュー取り込みが弱い
ATOMの初期供給量は2億枚で、インフレモデルを採用している。初年度は7%のインフレ率で新規発行され、バリデータ報酬に充てられる。以降の年間インフレ率はステーキング率の変動に応じて変化し、ステーキング率が2/3以上の場合、最低7%、ステーキング率が低い場合は最高20%まで上がる。現在のステーキング率は63.9%、年間インフレ率は10.05%である。
バリデータとしてのステーキング報酬に加えて、ここ2年間のATOM保有者の主な収益源はエコシステム内プロジェクトのエアドロップである。
Cosmosエコシステムの新規チェーンは、エアドロップというインセンティブ方式を好んで用い、Cosmosコミュニティメンバーの注目を集めている。2021年にはOsmosis、Juno、Regen、Sifchain、Persistence、Comdex、DesmosといったCosmosエコシステムのプロジェクトがエアドロップを実施した。
ATOM保有者は、エアドロップを受け取るためには、Cosmosのバリデータとともに自身のトークンをステーキングする必要がある。また、取引所系バリデータにはステーキングできない。なぜなら、Cosmosコミュニティのエアドロップは一般的に取引所系ノードを除外しているからである。
2022年には、NFT、SocialFi、DeFi、GameFi分野のEvmos、Umee、Gravity Bridge、LikeCoin、Game、Stargaze、BitSong、Cyberなど、多数のCosmosエコシステムプロジェクトがエアドロップを実施する可能性がある。同様に、ATOMが適切なステーキング状態にあることを確認しておく必要がある。
クロスチェーン分野において、PolkadotのDOTはリレーチェーンとパラチェーン両方にコンセンサス層のセキュリティを提供し、一定の手数料を得ることでバリューを取り込んでいる。しかし、CosmosのATOMはCosmos Hubのセキュリティのみを担っている。DOTと比べると、バリュー取り込みの面では劣っているように見える。
ブロックチェーンエコシステムとしては、CosmosはすでにEthereumに次ぐ規模だが、ATOMはETHのようにエコシステムの発展に伴う十分なバリューを取り込んでおらず、エコシステム内の個別ゾーンのトークン時価総額すら上回っていない（例：LUNA、MATIC）。Binance ChainやPolygonなどCosmos SDKを使って開発された多くのチェーンは、ATOMのバリューに対してほとんど貢献していないように見える。
ATOM保有者にとってはこれが若干の欠点かもしれないが、むしろそれがCosmosエコシステムの発展を促進している可能性もある。
2. 真に重要なのはブロックチェーン間通信プロトコルIBCである
Cosmosエコシステムは多中心的、複数ハブ構造であり、将来人々が注目するのはCosmos Hubや他のハブではなく、むしろIBCの利用状況になるだろう。
Cosmosは「ブロックチェーンのインターネット」と呼ばれているが、その核心はブロックチェーン間のクロスチェーン通信を実現することにある。将来的には、Terraのような優れたパブリックチェーンやアプリケーションプロトコルが多数生まれるかもしれない。これらはCosmosエコシステムに属しているが、実際のところ、こうしたトップパブリックチェーンにとってCosmosエコシステムの中で最も価値があるのはIBCそのものであり、Cosmos Hubではない。これはブロックチェーンの分散化精神にも合致しており、クロスチェーンプロジェクトの真の目的はブロックチェーンの孤島問題を解決することであって、自ら新たな中心となることではない。
最後に、本稿の執筆にあたり、Cosmos日本語コミュニティおよびAnonymous Clubコミュニティの多くの技術メンバーに感謝する。
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