ブロックチェーンオラクルとは何か？

2023.10.30

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ブロックチェーンオラクルとは何か？

オラクル自体はデータソースではなく、外部のデータを取得し、検証してスマートコントラクトに転送するツールである。

2023.10.30 - 06:28:09

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オラクル自体はデータソースではなく、外部のデータを取得し、検証してスマートコントラクトに転送するツールである。

ブロックチェーンオラクルは、ブロックチェーンと外部世界をつなぐ橋渡しの役割を果たし、スマートコントラクトがオンチェーン外のデータにアクセスできるようにします。

オラクルとは、外部情報の取得・検証を行い、それをブロックチェーン上で動作するスマートコントラクトに伝送するための第三者サービスツールです。

「オンチェーン外データとの相互作用」の仕組みを提供することで、価値あるタスクやサービスを実行可能にし、スマートコントラクトの機能を拡張しています。

オラクルがなければ、スマートコントラクトはオンチェーン上のデータに限定され、外部情報にアクセスできなくなります。

基本的な例として、Alice と Bob が競馬の結果について賭けを行う場合を考えましょう。双方は資金をスマートコントラクトにロックし、現実世界のレース結果に基づいて勝者に資金を支払うように設定できます。

スマートコントラクト自体は外部世界と直接やり取りできませんが、第三者のオラクルが信頼できるAPIを照会して競馬の結果を取得し、その情報をスマートコントラクトに伝えることで、勝者を確定し、適切に資金を分配できます。

オラクルは、外部世界とスマートコントラクトの世界を結ぶ橋です。

なお、オラクル自体はデータソースではなく、外部データを取得・検証し、スマートコントラクトに転送するツールであることに注意してください。価格データ、支払い確認情報、センサーの測定値など、さまざまな情報を伝送可能です。

さらに、オラクルはこれらのデータを伝送する際にも、スマートコントラクトが本来持つ「信頼不要」と「非中央集権化」という特性を維持しなければなりません。

つまり、オラクルが解決すべき問題とは、スマートコントラクトに供給されるオンチェーン外データの信頼性・真正性・信憑性を確保しつつ、単一障害点（SPOF）や脆弱性を排除することです。

オラクルの種類

現在、さまざまなタイプのブロックチェーンオラクルが存在し、それぞれ異なる目的に使用されています。

データソースの種類（ハードウェアまたはソフトウェア）、情報伝送の方向（インバウンドまたはアウトバウンド）、信頼モデル（中央集権型または非中央集権型）によってオラクルを分類できます。各タイプには独自の機能と利点があります。

ハードウェアオラクル：運動センサーやRFIDセンサーなどの物理世界からデータを収集します。

ソフトウェアオラクル：ウェブサイト、サーバー、データベースなどのデジタルデータソースからデータを収集します。通常、為替レートや価格変動などのリアルタイムデータ提供に用いられます。

インバウンドオラクル：主にオンチェーン外または現実世界のデータをブロックチェーンに伝送します。オンチェーン外イベントに基づいて特定の操作をトリガーするために利用されます。

アウトバウンドオラクル：ブロックチェーンのデータを外部世界に送信します。外部システムにオンチェーンイベントの更新情報を提供できます。

中央集権型オラクル：単一の主体によって運営管理され、単一の情報源に依存します。これにより単一障害点のリスクが生じ、スマートコントラクトが攻撃を受けやすくなります。

非中央集権型オラクル：複数の情報源と合意形成メカニズムを活用し、より信頼性が高く改ざん耐性のあるデータを提供します。取引相手リスクを最小限に抑え、スマートコントラクトが使用する情報の信頼性を高めます。

人間オラクル：専門知識を持つ個人がデータソースとして機能します。情報の収集・妥当性の検証を行い、それをスマートコントラクトに変換します。暗号技術を用いて身元を検証し、信頼できるデータを提供できます。

特定スマートコントラクト向けオラクル：特定のスマートコントラクト向けに設計され、独自のニーズを満たします。ただし、運用・保守に追加の作業が必要であり、汎用性に欠ける可能性があります。

計算オラクル：複雑な計算処理を実行し、その結果をオンチェーンに返却します。これらの計算はオンチェーンで行うのが困難、またはコストが極めて高い場合に有効です。Gas制約や高額な計算コストがある環境下で特に価値があります。

非中央集権型オラクル

複雑かつ価値あるスマートコントラクトサービスにとって、ブロックチェーンオラクルは不可欠です。

ブロックチェーンオラクルのユースケースは、地理位置追跡（サプライチェーン分析、IoT）、スポーツ（予測市場）、天気（旅行、農業）、時間・間隔データ（自動化）など多岐にわたります。また、本稿の主眼である金融および資本市場関連データにも広く適用されています。

分散型金融（DeFi）業界は、より効率的で透明性が高く、公平な金融市場を世界にもたらすことを目指しています。

これを実現するには、DeFiアプリケーションが資産価格（暗号資産から不動産まで）、基準リファレンスデータ（金利、資金調達レート）、ボラティリティや市場インパクトデータなど、幅広いデータに信頼性高く、信頼不要にアクセスできる必要があります。

実際、2020年の「DeFi Summer」以降、DeFi業界の急速な拡大は、包括的で利用可能かつ堅牢なオラクル市場データに対する緊急の需要を浮き彫りにしました。

さらに、オラクルインフラは高品質なデータを提供し、あらゆるL1/L2ブロックチェーンとシームレスに統合可能であり、ますます複雑化するDeFiエコシステムの成長するニーズに応じて拡張可能な準備ができている必要があります。

DeFiにおいて、価格フィードオラクルは依然として最も重要かつ議論される中心的存在です。価格フィードオラクルの設計史は、ほぼスマートコントラクトの歴史と同じくらい古いですが、既存のアーキテクチャには依然として限界があります。

以下では、次の課題に焦点を当てて考察します：

なぜブロックチェーンおよび価格フィードオラクルが必要なのか？その重要性は何か？
現在のオラクル設計はどのようなものか？それらは有効なのか？
既存の問題を解決する代替設計案は何か？

明らかに、オラクルは今後もブロックチェーンにおいて極めて重要な役割を果たし続けますが、既存のオラクルネットワークは欠陥を示しており、DeFiが求める規模への拡張を阻んでいます。

従来のオラクルソリューションは、中間者（ノード）に依存してデータの検証・集約を行っており、遅延、データソースの不透明性、コストによるクロスチェーン拡張の課題などが生じています。

現在、新たなオラクルネットワークアーキテクチャが登場しており、「プッシュ」ではなく「プル」モデルを重視し、高度に信頼できるデータ所有者および作成者が自らデータを公開するようインセンティブ付与しています。

なぜ価格オラクルが必要なのか？

この主要カテゴリのオラクルは「価格フィードオラクル」と呼ばれ、暗号資産、株式、コモディティなどの価格データを提供します。

その重要性を示すために、いくつかの例を見てみましょう：

デリバティブプロトコル：トレーダーに正確な資産価格を提供し、ポジションの担保不足時に迅速に清算を行う必要があります。

DEXアグリゲーター：流動性はさまざまな分散型取引所から得られるため、最適価格を決定し、最小スリッページで取引を実行するには正確なオラクル価格データが必要です。

ステーブルコイン：暗号資産担保ステーブルコインは、ポジションが十分に担保されていること、および関連資産とのペッグを維持していることを保証するためにオラクルデータを必要とします。

貸借プロトコル：これらのプロトコルは通常、動的貸出金利に依存しており、これは現在の資産価格の関数です。遅延や不正確な価格データは、価格変動時などにプロトコル全体の流動性健全性を損なう可能性があります。

こうしたデータを提供するために単一のデータソースに依存することはできません。それでは集中故障点となり、DeFiの理念に反するからです。代わりに、改ざん防止でタイムリーなデータが必要です。

言うは易く行うは難し。DeFiにおけるオラクルの重要性ゆえに、これらはしばしば攻撃の主要な標的になります。しかし、信頼でき堅牢なデータソースを持つことは、あらゆるDeFiプロジェクトにとって極めて重要です。

そのため、オラクルはよくDeFiの脊髄と呼ばれます。DeFi領域が進化・拡大するにつれ、攻撃に耐性があり迅速に入手できる信頼できるデータの需要はますます高まります。

ここでオラクルに関する背景知識を得たので、既存のオラクルアーキテクチャを検討しましょう。

価格オラクルの現状

一般的なオラクルネットワーク設計の一つに「リポーターオラクルネットワーク」があります。これは、複数の独立したノードがデータソースとブロックチェーンアプリケーション（エンドユーザー）の中間として機能するものです。

リポーターネットワークでは、中間ノードがオンチェーン外のデータソース（市場データ専門家や公共APIなど）からデータを取得し、「最後の1マイル」を経由して最終的な宛先ブロックチェーンに情報を伝送します。

これらのノードは、データの集約、検証、証明も担当します。

例えば、100のノードがあり、ある時点でのBTC価格を取得する任務があるとします。

各ノードはさまざまなデータソースから価格を取得し（平均して各ノードが30のソースを使用すると仮定）、その後、各ノードが報告した価格を集約して、単一の平均値または中央値として出力します。

ほとんどのノードは正しい価格を取得できますが、一部のノードは劣ったデータソースを使用したため誤った価格を報告するかもしれません。

最終的に、オラクルネットワークは大多数のノードの報告を集約し、それを正しいデータとして発行します。

これらのノードを継続的に正直に稼働させるため、経済的インセンティブが通常導入されます。

正確な価格データを報告したノードにはトークン報酬が与えられ、不正確なデータを報告したノードは減点などのメカニズムで罰せられます。

このオラクル設計にはいくつかの重要な利点があります：

セキュリティ：多様なデータソースと中間ノードを持つことで、ネットワークを操作して最終価格出力を影響させることは困難になります。

データソース：広範なデータソースにより、オラクルは幅広い価格情報を得られ、精度と信頼性が通常向上します。

ブロックチェーン非依存：既にノードによるブロック検証を実装しているため、どのブロックチェーンネットワークでもこの設計を採用可能です。

しかし、この設計にはいくつかの欠点もあります。

複数のノードが相互にデータを検証し、集約してコンセンサスを取るのは非効率です。既存のオラクル展開は約15分ごとにデータを更新しており、全域拡張ブロックチェーンにとっては非常に低速かつ非効率です。

多数のアセットペアに対して頻繁に価格更新を行う場合、関連するネットワークコスト（ETHのガス代など）は急速に増加し、利用可能なアセットペア数が減少します。

極めて高いガス補助がなければ、ネットワークの混雑問題は解決できません。成長するノードネットワークを支えるために必要な増加するガス費用は、最終的にユーザーが負担または補填する必要があります。

この制限により、リポーターネットワークの拡張性は非常に低いと言えます。

さらに、リポーターネットワークのデータソースは通常不透明です。これらのネットワークでは、データがオンチェーン外で不透明な方法で集約され、不透明な方法でオンチェーンに公開されるため、ブロックチェーンの透明性という目標と対照的です。

つまり、データを提供するノードエンティティは知られているものの、それらの最終的なデータソースは不明です。データソースが頻繁に更新されない、または粒度に欠ける不安定な時期には、特に懸念されます。

実際、上流のデータソース自体が、自分のデータがスマートコントラクトの価値を守るために使われていることに気づかない可能性もあり、それがデータ品質と信頼性のさらなる低下につながります。

ここではまだデータの合法性の問題に触れていない点にも注意が必要です。一部のデータプロバイダーは、購読者へのデータ配信能力を制限したいがために、データをパブリック帳簿に報告することを許可していない場合があります。

リポーターネットワークの設計は、オンチェーンで公開取得可能なデータに特化しています。このソリューションは、DeFiを現段階まで推進する上で重要な役割を果たしてきました。

しかし、DeFiを数十億人のグローバルユーザーに届けるために、従来のオラクルアーキテクチャの限界に対処することは極めて重要です。

以前の記事で、リポーターオラクルネットワークと比較して、より透明で経済的かつ拡張性のあるオラクルソリューションの必要性を強調しました。

将来の価格オラクルは、伝統的金融（TradFi）で慣れ親しんだすべての取引ペアに拡張可能であり、開発者が構築したいあらゆるブロックチェーンをサポートする準備ができていなければなりません。

Pythオラクルネットワークは「パブリッシャーオラクルネットワーク」設計を導入し、価格オラクルが取得すべきデータの種類、選択するデータソース、データ所有者とデータユーザー間の関係を再考しています。

このまったく新しいアーキテクチャを見てみましょう。

価格オラクルの再考

金融データ業界の規模は非常に大きいです。米国の大手取引所は、市場データの販売だけで何十億ドルもの収益を得ています。この観察結果から、価格オラクルのデータソースに関する基本的な仮定を見直すことが賢明かもしれません。

例えば、Yahoo! Finance や Google Finance のような無料の価格集計サービスが、インターネット上で公開価格データを提供しています。

これらのデータは精緻である必要はなく、米国株価の場合、規制の関係で通常15分以上遅延しています。

世界には多くの機関が厳重に保護している貴重なデータがあります。正確かつタイムリーな情報には大きな価値があります。BloombergやRefinitivのような取引所やデータ端末サービス企業はその価値を理解しており、高額なサブスクリプション料金を請求しています。

リポーターオラクルネットワークの運営には、「ブロックチェーンに必要なすべてのデータはインターネット上で無料で入手可能である」という前提が隠されています。中間ノードにデータ収集・検証・伝送をインセンティブ付与することで、DeFiは世界市場の動きを追跡できると考えられています。

しかし現実には、価値ある金融データは少数の特権的な当事者に限定されており、容易にアクセスできません。データの取得・伝送のためにノードに報酬を与える手法は、ある種のデータには有効ですが、スピードが重要で情報が基本的な優位性となる資本市場データには無効です。

このアプローチは、より大きなノードネットワークの品質、効率、さらには法的制限の影響も受けます。

Pyth Networkは全く異なるアプローチを採用しています。価値あるデータの所有者・作成者といった高度に信頼できる当事者にインセンティブを与え、自発的かつ直接的にデータをオラクルネットワークに公開させるのです。

オンチェーンプログラムは価格集約メカニズムを通じて外れ値の影響を排除し、クロスチェーンブリッジはターゲットブロックチェーンに送信されるすべての価格データに署名・検証を行います。

このリポーターオラクルネットワークでは、データ提供者が自らノードを運営し、オンチェーンに直接データを公開します。

この設計により、中間ノードへの依存が排除され、より高品質なデータと高いガス効率が実現され、最終的に数千の価格フィードへの拡張性が大幅に向上します。

一次データソース

Pyth Networkにデータを提供する信頼できる機関は「データプロバイダー」または「パブリッシャー」と呼ばれます。データプロバイダーは通常、グローバル取引所、マーケットメーカー、トレーディング会社など、高品質なデータを持つ成熟した機関です。

代表的な機関には、Cboe、Jane Street、Optiver、Binance、OKX、QCP Capital、Two Sigma、Wintermute、CMSなどが含まれます。現在、ネットワークには80以上のデータプロバイダーが参加しています。

これらのすべてのデータプロバイダーは一次データソースです。彼らは注文を受ける取引所（取引希望価格）または取引者自身（指定価格で取引を実行）であるため、提供する価格データを生成し、所有しています。

リポーターネットワークでは、ノードは他の仲介業者や一次データソースからデータを検索または購入する必要があります。これにより、それらは三次的なデータソースとなります。

一次データとは、データ品質とネットワークセキュリティの保証を意味します。すべてのデータプロバイダーが任意のPyth価格フィードに貢献することで、個々のデータソースが入力データの品質に責任を持てます。

さらに、これらのデータプロバイダーの評判は、悪意ある攻撃が彼らの全事業に有害な影響を及ぼすため、従来のオラクル攻撃ベクトルに対する強力な抑止力となります。

また、これらの機関が持つデータ品質は、単純なWebスクレイピングや公共集計器・サービスプロバイダーから収集されたデータよりもはるかに高いことも明らかです。

さらに、これらのデータソースは自らのデータの所有者であるため、知的財産権の問題を気にせずにブロックチェーンアプリケーションにデータを配布できます。

詳細解説：Pythの仕組み

Pyth Networkプロトコルは、一次データプロバイダーが独自の価格情報をオンチェーンに公開し、一般に利用可能にするのを許可します。

プロトコルは以下の三者の間の相互作用の場です：

データプロバイダー：信用ある機関が価格データをPythのオンチェーンオラクルプログラムに直接提出します。任意の価格フィード製品（例：BTC/USD）について、正確性と堅牢性を確保するため、複数のデータプロバイダーがデータを公開します。

Pythオラクルプログラム：PythオラクルプログラムはPythnetアプリチェーン上で動作します。このプログラムは提出されたデータを安全かつ透明に集約し、集約価格を出力します。

ユーザー：Pythのデータユーザーは集約価格データを利用します。ユーザーはSynthetix、Ribbon、CAP Financeなどの分散型アプリケーションがほとんどです。

Pythnetアプリチェーン

2022年8月、Pyth NetworkはPythnetをリリースしました。これはWormholeクロスチェーンブリッジを通じて他ブロックチェーンにデータを集約・発行できる、専用アプリケーション向けブロックチェーンです。

PythnetはSolana技術に基づいていますが、最終的にSolanaメインネットとは分離しています。データプロバイダーはPythnetにデータを提出して集約し、Wormholeを通じて20以上のブロックチェーンに集約価格を伝送できます。このアーキテクチャ選択は並外れた拡張性の利点をもたらします。

Pyth Networkで新しく発行された価格フィードは、20以上のPyth対応ブロックチェーンですべて即座に利用可能になります。

これは、アプリケーションを新しいブロックチェーンに拡張したい開発者にとって非常に有益です。オリジナルブロックチェーンと同じ市場・アセットサポートを即座に提供できます。

さらに、Pythの独自アーキテクチャにより、Wormhole対応の新しいブロックチェーンに迅速に展開可能で、約毎月1つの新チェーンを追加できます。

一方、競合するオラクルネットワークは技術的な遅延を経験することが多く、新ブロックチェーンへの拡張が制限されます。例えば、あるオラクルネットワークがSolanaに上場するまでに、発表から2年近くかかった事例もあります。