クロスチェーン技術の階層的概観：クロスチェーンには他にどのような可能性があるのか？
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クロスチェーン技術の階層的概観：クロスチェーンには他にどのような可能性があるのか？
クロスチェーン技術は、常に議論を呼びつつも、繰り返し注目される技術のようだ。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察筆者：Jeffrey Hu、HashKey Capital
クロスチェーン技術は、常に議論を呼びつつも、繰り返し注目される技術である。特にクロスチェーンブリッジがハッキングされた際には、クロスチェーン技術に対する批判が再燃する。一方で、IBCやLayerZeroといった技術の成熟に伴い、コミュニティはクロスチェーンの将来に対して一定の限界を感じ始めているようにも見える。
では、これがクロスチェーンのエンドゲームなのだろうか？Well,
This is not the end. It is not even the beginning of the end. But it is, perhaps, the end of the beginning.
2022年のここ数ヶ月において、クロスチェーン技術は多くの新たな進展を見せている。最近いくつかのクロスチェーンに関する講演機会をいただいたことをきっかけに、自身が観察・考察してきたクロスチェーン技術とその動向についてまとめておく。
一、クロスチェーン技術の階層的概観
1. 階層化によるクロスチェーンの理解
これらの進展を理解する前に、まず改めてクロスチェーンの本質的な問題を確認しておく必要がある。「クロスチェーン」という言葉の背後にある具体的な本質とは何か？
最近流行りの言い方をすれば、「第一原理」に基づいてクロスチェーンをどう理解すべきかということだ。
ブロックチェーンの最も核心的かつ他と異なる特徴が「信頼不要（trustlessness）」、つまり情報を信用するのではなく、検証可能であること（Don’t trust, verify）だとすれば、クロスチェーンとは、あるブロックチェーン上の情報を、別のチェーン上でどのように検証可能にするかという問題に帰着する。広義には、この情報にはトランザクションおよびその有効性の証明（通常はMerkle Proof）が含まれる。
これに対応して、チェーン上で検証可能な情報に基づき、資産の送金など基本的なアプリケーションが構築できる。また、検証済みのクロスチェーン情報を基にした応用も可能になり、例えば「ロック＆ミント（送信元チェーンでトークンをロックし、目的チェーンで発行）」方式によるトークンのクロスチェーン移転などが代表的である。
したがって、「クロスチェーン」技術またはプロジェクトが解決しようとしている課題の違いにより、通信層とアプリケーション層の2つの観点から分類することが可能である。
2. クロスチェーン技術の分類
通信層
まず通信層を見てみよう。あるチェーン上の情報を、別のチェーンがどうやって検証可能にするか？ 検証主体の違いによって、主に以下の三つに分けられる：外部検証、ローカル検証、ネイティブ検証。
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外部検証：クロスチェーン情報の有効性を、外部のウォッチマン（公証人、ゲートウェイとも呼ばれる）が検証する。この方式は、ウォッチマンが各チェーン上で読み書きできればよいので、異種チェーン間の迅速な接続が可能。ただし、情報の有効性（たとえば送信元チェーンでのトランザクションの確定）はウォッチマンに依存するため、全体のセキュリティはウォッチマンの誠実性仮定に依拠することになる。
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ローカル検証：第三者のウォッチマンに依存せず、ユーザー自身が直接チェーン上の取引状況を観察し、HTLCなどの技術を用いて相手方との取引交換を保証する。これにより、第三者への信頼を回避しつつ異種チェーン間での迅速なクロスチェーン移転が可能になるが、汎用的な情報伝達やスマートコントラクトの呼び出しといった複雑なアプリケーションの実現は難しい。
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ネイティブ検証：ブロックチェーン自体が独立してクロスチェーン情報の正当性を検証する。通常は他のチェーンのライトクライアントを統合することで実現され、対象チェーンの情報を追跡・取得・検証し、それに応じた行動（例：クロスチェーン送金、トークン解放など）を取ることができる。異種チェーンのモデルは多様であるため、設計・実装を簡素化するための標準（例：IBCプロトコル）が必要となる。この方式は追加の信頼仮定を必要としないため安全性が最も高いが、相互にライトクライアントを実装したり、完全なクロスチェーンプロトコルスタックを構築したりする必要があるため、開発負荷も大きい。
アプリケーション層
通信層だけでは不十分であり、ユーザー向けのアプリケーションの構築も必要である。検証済みのクロスチェーン情報を基に、理論的には強力なトランザクション整合性を要求しないあらゆるクロスチェーンアプリケーションが構築可能である。しかし、現時点では依然として、クロスチェーンにおけるトークン移転のような基本的な取引形態が主流である。
したがって、主な課題はクロスチェーン流動性の伝達方法である。この問題の解決策は、取引タイプに準じて分類できる：中央カウンターパーティ、OTC/P2P、自動交換（Swap）。
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中央カウンターパーティ：いわゆる「公式クロスチェーンブリッジ」がよく採用する方式。公式指定のアドレスが入出金操作を担う。前述の「ロック＆ミント」方式に該当。ユーザーが送信元チェーンでクロスチェーンを開始すると、トークンを特定アドレスにロックし、そのアドレスが目的チェーンでトークンを発行する。
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OTC/P2P：公式のカウンターパーティに加え、第三者マーケットメイカーまたは他のユーザーがカウンターパーティとなる。たとえばユーザーがクロスチェーン送金の流動性を提示し、クロスチェーンマーケットメイカーがそのオファーを受け取り、目的チェーンで流動性を提供する。
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自動交換（Swap）：ユーザー間取引に加え、カウンターパーティとして自動交換プロトコルを利用することも可能。たとえばユーザーが送信元チェーンのAMMで通貨を交換した後、プロトコルが目的チェーンで逆方向の交換を行う。
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流動性アグリゲーション：1inchなどのオンチェーン流動性アグリゲータと同様に、上記の各種クロスチェーン流動性実装を統合し、ユーザーに最良の流動性・最適なレート・最低コストのクロスチェーン送金経路を提供するプロトコルも存在する。
二、クロスチェーンの可能性
1. 下位層の軽量化
IBCプロトコルはクロスチェーンのゴールドスタンダードと称されるが、異種チェーン上での実装には実際の困難が伴う場合がある。たとえば、イーサリアム上でTendermintのブロックヘッダー署名をネイティブ検証しようとすると、ガス制限を超えてしまう可能性がある。
リレーヤーからオラクルへ
IBCプロトコルの正常動作には「リレーヤー」という役割が必要である。一見「直感に反する」ことに、このリレーヤーは中央集権的であっても「信頼される（trusted）」必要はない。なぜなら、伝達される情報は目的チェーン側で独立に検証可能であるため、リレーヤーがメッセージを改ざんしてユーザー資金を盗むような悪意行為ができず、単なる情報伝達の仲介者にすぎないからである。これはインターネットプロトコルにおける物理層のように、異なるネットワークを接続し情報を転送する役割を果たす。
IBCのセキュリティはリレーヤーに依存しないが、IBCプロトコルの活性（liveness）を保つには、少なくとも一つの正常に動作するリレーヤーの存在が必要である。
しかしリレーヤーの主な任務は、送信元チェーンの情報を監視し、目的チェーンに提出すること、つまり情報伝達プロセスの完了である。このプロセスはオラクルによって実現可能であり、オラクルの役割が「オフチェーン→オンチェーン」から「オンチェーン→オンチェーン」へと拡張されることになる。
これがChainlink CCIP[1]やSupraOracleなどの多くのオラクルプロジェクトがクロスチェーン方向へ進む理由の一つと考えられる。
オラクルからTEEへ
では、オラクルが実際に何を伝達できるのか？ LayerZeroは優れた事例である。IBCプロトコルにおけるコンセンサス状態の検証をオラクルに委ねることで、検証者リストの変更に応じた継続的なブロックヘッダーの更新・検証作業を不要とし、必要なときにオラクルを通じて必要な情報を照会・検証する。
LayerZeroは軽クライアントの一部処理をオラクルに委譲している[2]
これにより、オンチェーン検証コストを大幅に削減でき、リレーヤーはクロスチェーン取引とその証明のみを転送すればよい。そのため、LayerZeroは複数のEVMチェーンを迅速に接続できる。しかし、第三者オラクルという追加のセキュリティ仮定（オラクルが共謀して悪意を持たないこと）を導入するため、システム全体の安全性がやや低下する。その他にも、Substrateの「ネイティブオラクル」であるオフチェーンワーカー（off-chain workers）を利用する実装も考えられる[3]。
したがって、オラクルへの信頼依存を低減する別の手段として、ブロックヘッダー同期の仕組みを他の技術で改善する方法がある。たとえばLCP Networkは、TEE（Trusted Execution Environment：信頼できる実行環境）を用いてクロスチェーン取引を検証している[4]。
Merkle ProofからZK Proofへ
情報伝達の方法に加え、情報自体（およびその証明）の構造についても、最近はゼロ知識証明（ZKP）技術を活用する試みが進められている。本文冒頭で述べたクロスチェーンの定義に戻ると、クロスチェーンで伝達すべき重要な情報の一つは「取引の有効性証明（validity proof）」である。現在のクロスチェーン実装では一般的にMerkle Proofが用いられている。
一方、もう一つの主要な有効性証明が、今話題のゼロ知識証明技術に対応するZK Proofである。近年のゼロ知識証明技術の発展により、ZKを活用したクロスチェーンブリッジ（ZK Bridge）が理論段階[5]から実現可能になりつつある。
ゼロ知識証明を生成することで、前述のイーサリアム上でのEd25519署名検証コストの問題を解決できる。たとえばElectron Labsは、Tendermintチェーンの署名正当性を検証するためにZK-SNARKsの証明を実装し[6]、スマートコントラクト内で高コストな署名計算を実行する必要を排除している。
ゼロ知識証明を用いたイーサリアム上でのIBC実装設計[6]
現在ZKクロスチェーンブリッジの開発に取り組んでいるチームやプロジェクトには、Succinct Labs、zkbridge[7]、Polymer[8]、Mina[9]などがある。
現在開発中の一部ZKベースのクロスチェーン設計例[7]
2. より良い開発支援（汎用情報伝達、スマートコントラクト呼び出し）
上記の基礎的なクロスチェーンプロトコルは、スマートコントラクトの呼び出しを含む汎用情報伝達をより良くサポートできる。そのため、IBC Interchain Account[10]、Multichain anycall、Celer IMなどの多くのプロジェクトが、SDKなどを提供してマルチチェーン／オムニチェーンアプリケーションの開発を支援している。
これら基礎プロトコルを基に、Spanning Labsなどのより使いやすいミドルウェアを開発することも可能であり、マルチチェーン展開やクロスチェーン決済アプリの開発を支援する。これにより、従来アプリ層が担っていたトークンのクロスチェーン移転などの作業を、ミドルウェアまたは下位層に委譲できる。
3. アプリケーション層の流動性
クロスチェーンの基盤技術やミドルウェアを活用することで、アプリケーション層の流動性設計にも多くの革新が生まれる。たとえば最近提案されたslAMM[11]（共有流動性AMM）は、Hubチェーンを用いて各「サテライトチェーン」の流動性を調整する。これにより、クロスチェーンプロトコルを用いて各チェーン間での流動性移動・決済などの管理機能を実現できる。
dAMMとslAMMの設計とその違い[11]
4. プロトコル層への「逆作用」
クロスチェーンは一般にブロックチェーンの基礎プロトコル層を補完するものと見なされている。しかし、クロスチェーン技術の発展に伴い、それがブロックチェーンプロトコル自体の将来設計に影響を与える可能性もある。
コンセンサスの改良
まず、ブロックチェーンのコンセンサス面への影響がある。
アプリチェーン＋クロスチェーンの設計により、多くのアプリチェーンは初期段階で自らのセキュリティ維持が不十分なため、大規模ネットワークが小規模ネットワークのセキュリティを保証する「クロスチェーン検証」方式が必要となる。Cosmosのインターチェインセキュリティ（interchain security）やPolkadotの中継チェーン＋パラチェーン設計などが該当する。
このようなメインチェーンを中心にした単方向クロスチェーン検証に加え、最近提案された「メッシュセキュリティ（Mesh Security）」[12]という可能性もある。これはネットワーク同士が相互にクロスチェーン検証を行うというもので、まだ初期段階のアイデアであり、具体的な設計や実装は今後の観察が必要である。
メッシュセキュリティの例[12]
MEVへの影響
もう一つ大きな影響を与えるのはMEV（最大可抽出価値）の設計である。単一チェーン上でのMEV産業規模はすでに非常に大きい。Chorus Oneの統計[13]によると、2022年10月時点でイーサリアム上での累積MEVは10億ドルを超える。
クロスチェーンプロトコルの設計ではMEVの扱いも考慮されており、現在のMEVの構図に変化をもたらす可能性がある。たとえばCosmos 2.0ホワイトペーパー[14]やZenith[15]などが提唱する「ブロックスペースの市場化」がある。具体的には「インターチェンスケジューラ（Interchain Allocator）」を通じて：
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インターチェンセキュリティ（共有セキュリティ）を享受するコンシューマーチェーンがブロックスペースを提供
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ユーザーが購入することで、クロスチェーン裁定取引や決済機会を確保・ロック可能
最後に
現在のブロックチェーン業界では、技術革新の注目は依然としてイーサリアム上のZK、AA、MEVなどに集中している。しかし、クロスチェーンプロトコルの最近のBUIDL活動は、軽量な下位層プロトコル、充実した開発支援、流動性アプリの革新、そしてプロトコル層への逆作用、特にZKブリッジの分野で多くの期待できる進展を見せている。ただし、技術進展が速くプロジェクトも多いことから、本稿のわずかなまとめでは漏れや誤りがあるかもしれない。ぜひご指摘・ご議論いただければ幸いである。
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