チェーンの抽象化 Omnichainはスマートコントラクトにクロスチェーンのルールを書き込むこと

Author: CaptainZ; Source: xlog

パブリックチェーンやLayer2チェーンの増加に伴い、クロスチェーンアセットやDappsの需要も増え始めており、クロスチェーンブリッジも当然一般的なソリューションとなっていますが、Zetachainに代表されるOmnichainは全く異なる道を歩んでおり、本記事ではZetachainを例に挙げ、Omminchainがどのようにクロスチェーンのルールをスマートコントラクトに書き込み、クロスチェーンの相互運用性と分散化を実現しているのかを解説していきます。この記事では、Zetachainを例にとり、Omminchainがどのようにクロスチェーンのルールをスマートコントラクトに書き込み、クロスチェーンの相互運用性の分散化を実現するかを説明します。

クロスチェーン技術のいくつかのシナリオ

クロスチェーン技術の中核となる目標は、異なるブロックチェーン間の相互運用性を実現することです。相互運用性とは、異なるブロックチェーンシステムが互いのアセット（トークン、暗号通貨など）やデータを理解し利用する能力、または異なるブロックチェーンプラットフォーム上で実行されるアプリケーションが相互に作用し連携する能力を指します。この目標の実現により、ブロックチェーンエコシステムの柔軟性と拡張性が大幅に向上し、異なるブロックチェーンプラットフォーム間のサイロ効果が解消されるため、より幅広いアプリケーションと開発が容易になります。

クロスチェーンメッセージのさまざまな処理方法と、対応する資産の署名認証に基づいて、以下の技術ソリューションに分けることができます：

1. クロスチェーンブリッジ：

クロスチェーンブリッジは、あるブロックチェーンから別のブロックチェーンへの資産の移動を可能にする技術です。これは、ソースチェーン上の資産を対象とし、ターゲットチェーン上で対応する代表資産（または同等の資産）を発行することによって行われます。このアプローチはチェーンをまたいだ資産の移転と使用をサポートするが、資産のロックと解放のプロセスが安全かつセキュアであることを保証する必要がある。2つの独立したチェーンが相互運用性を生み出すために橋渡しされる場合、チェーンの一方はもう一方のメインチェーンのサイドチェーンであると言います。

2.公証人：

   公証人スキームは、クロスチェーン取引の妥当性を検証するために、一連の信頼できるノード（または機関）に依存します。これらの公証ノードは、一方のチェーンで発生したイベントをリッスンし、他方のチェーンで対応するトランザクションを作成して、これらのイベントを検証・記録する。このアプローチはクロスチェーンの相互運用性を可能にしますが、そのセキュリティレベルと分散化は公証ノードの信頼性に大きく依存します。

3.ハッシュタイムロックコントラクト（HTLC）：

   HTLCはタイムロックベースのスマートコントラクト技術で、2人の参加者がサードパーティを介さずにチェーン間で安全にやり取りできるようにします。これは、資金のロックを解除するために正しいパスワードを要求する契約を作成することで実現されます。資金は、参加者双方が契約の要件を満たした場合にのみロックが解除され、相手方に引き渡される。このアプローチは分散型資産交換をサポートしますが、参加者間の協力が必要です。

4.BoB（Blockchain on Blockchain、例：CosmosのIBC）：

   この技術ソリューションは、既存のブロックチェーンの上に新しいブロックチェーン（またはレイヤー）を作成することで、クロスチェーンの相互運用性を実現します。IBCは、資産やデータの安全な移転を可能にしながら、異なるブロックチェーンが別々のガバナンス構造を維持することを可能にする。このアプローチは、個々のチェーンが情報や価値を自由に交換できる分散型ブロックチェーンインターネットの構築を目指しています。

これらの技術ソリューションにはそれぞれ長所と短所があり、異なるシナリオやニーズに適用できます。クロスチェーン技術の選択と実装は、対象となるブロックチェーンの特性、セキュリティ要件、分散化の度合い、実装の複雑さなどの要素を考慮する必要があります。

クロスチェーン・メッセージ・パッシング

クロスチェーン・メッセージ・パッシング（CCMP）は、クロスチェーンの相互運用性を実現するための中核技術であり、クロスチェーンの相互作用のプロセスを安全かつ効率的に実行できるようにするもので、その基本的な目的は、資産やデータのクロスチェーンの相互作用を実現するために、異なるブロックチェーン間でメッセージを受け渡し、検証することです。相互作用を実現することである。

1. メッセージの生成と送信：

   - メッセージには通常、資産の数、送信元アドレス、送信先アドレスなど、資産の移転に関する必要な情報がすべて含まれています。

   - メッセージが生成されると、ソースチェーンのスマートコントラクトを通じて送信され、取引の詳細が記録され、アセットのロックがトリガーされます。

2. メッセージの配信：

   - 配信には通常、直接配信と中継配信の2種類があります。

   - 直接配信は、ソースチェーンとターゲットチェーンの間に直接通信経路があることを意味しますが、ほとんどのブロックチェーンは独立して動作しているため、実際にはまれです。

    - リレー配信には、ソースチェーン上の特定のイベントをリッスンし、関連情報を取得し、この情報をターゲットチェーンに伝えるリレー（中央集権化されたサービスプロバイダーまたはノードの分散型ネットワーク）が含まれます。

3.メッセージの検証：

  -ターゲットチェーンでは、受信メッセージを検証し、その正当性と完全性を確認する必要があります。

   - 検証プロセスでは通常、メッセージが確かにソースチェーンから来たものであり、改ざんされていないことを確認するソースチェーンからのデータ証明（Merkle証明など）を必要とします。

    - 検証に合格すると、ターゲットチェーンのスマートコントラクトは、トークンの鋳造やステータスの更新など、メッセージの内容に基づいて適切なアクションを実行します。

4.処理とレスポンス：

    - 検証が完了すると、ターゲットチェーンはアセットのリリースや新しいトークン・インスタンスの作成など、必要な運用処理を実行します。

    - このステップが完了すると、クロスチェーンでのやり取りは基本的に完了し、ユーザーはターゲットチェーン上でアセットを使用または管理できるようになります。

要するに、先に述べたクロスチェーン技術のソリューションのいくつかは、異なるメッセージング方法を使用しているという事実が原因となっているわけです。

1.クロスチェーンブリッジ

クロスチェーンブリッジは、仲介レイヤーを作ることで、異なるブロックチェーン間での資産や情報の移転を容易にします。

• 信頼できるエンティティによって制御される中央集中型のサーバーで、一方のチェーン上のイベントをリッスンし、他方のチェーン上でそれを複製します。

• コンセンサスメカニズムを通じてメッセージを検証し転送する、独立して動作する複数のノードで構成される分散型ネットワーク。
  クロスチェーンブリッジでは、通常、ソースチェーン上のアセットのロックと、ターゲットチェーン上のピアアセットのキャストが行われます。このプロセスは、メッセージが検証され実行される前に改ざんされないことを保証する必要があります。

2.公証人（Notary）

公証スキームは通常、一方のチェーンでイベントを聞き、他方のチェーンでそれを検証・確認する役割を担う、事前に選択された公証人（個人、組織、自動化されたノードのいずれか）に依存します。公証人は中央集権的または半中央集権的な検証メカニズムを提供しますが、その安全性と信頼度は公証人の信頼性に大きく依存します。

3.ハッシュタイムロックコントラクト（HTLC）

HTLCは、2つのチェーン間の条件付き資産交換のための暗号依存のコントラクトです。

• 暗号ハッシュ：アセットが契約から解放されるのは、受信者が正しい事前イメージ（ハッシュの生データに対応）を提供した場合のみです。

• 時間ロック：指定された時間内に正しいプリイメージが提供されない場合、アセットは元の保有者に返却されます。
  このアプローチは中央集権的な検証には頼らず、むしろ契約自体を通じて資産の安全な交換を保証します。

4.BoB

この技術は、クロスチェーン通信プロトコルに基づいて新しいチェーンやサブチェーンを作成することで機能します。例えば、CosmosはIBCプロトコルを通じて異なるブロックチェーン間の直接通信を可能にし、各チェーンは自律性を維持しながら、安全にメッセージと資産を交換します。

IBCとXCMPの本質は、事実、クロスチェーン通信プロトコルです。

同時に、CCMPテクノロジーはいくつかの大きな課題に直面しています。

**セキュリティ：**中継ノードやネットワークは信頼できるものでなければなりません。さらに、ソースチェーンとターゲットチェーンのスマートコントラクトは、潜在的な脆弱性を防ぐために十分に安全な設計にする必要があります。

効率性とレイテンシー：クロスチェーン操作は通常、複数のブロック確認を伴うため、大幅な時間遅延につながる可能性があります。

** 分散化と信頼の問題:** リレーノードやサードパーティのサービスに依存することは、ブロックチェーンの分散化精神に反する可能性があるため、分散化されていながら安全なCCMPメカニズムを設計することは技術的な課題です。

このような技術的およびセキュリティ上の課題があるため、CCMPの実装と最適化は、クロスチェーン技術の研究開発において活発な分野となっています。さまざまなソリューションが、分散化、セキュリティ、効率の最適なバランスを見つけようとしています。

クロスチェーン資産の署名と認証

クロスチェーン技術とクロスチェーンの相互運用性は、クロスチェーンメッセージング（CCMP）に依存するだけでなく、資産の安全な取り扱いとトランザクションの正当性を保証するために、ソースチェーンとターゲットチェーンの両方で資産を効果的に署名および認証する方法にも関わっています。さまざまなクロスチェーン技術ソリューションが、トランザクションの正当性を検証・執行し、資産の安全な移転を確保する方法を中心に、さまざまな署名・認証メカニズムを採用しています。以下は、署名認証に関するクロスチェーン技術ソリューションの一般的な実装です：

1.クロスチェーンブリッジ

クロスチェーンブリッジは、署名と認証の処理にマルチシグネチャまたはプロキシ署名のアプローチを使用することがあります。この方式では、資産を移転する操作は、トランザクション要求の検証とトランザクションへの署名の責任を負う、一定数の検証ノードまたは特定のプロキシサービスによって承認される必要があります。このアプローチはセキュリティを向上させますが、中央集権的または半中央集権的なオーソライズされたエンティティに依存するため、信頼の問題も発生します。

2.ノータリー

ノータリーシステムでは、ノータリーまたはノータリーノードの集まりが、通常、クロスチェーンのトランザクションリクエストを聞き、検証し、ターゲットチェーン上で対応するアクションを実行する責任を負います。公証人は、ソースチェーン上の取引が許可されていることを証明するために、ターゲットチェーン上の操作の認可に署名する必要がある。このアプローチは公証人の信頼とセキュリティに依存している。

3.Hash Time Locked Contract (HTLC)

HTLCでは、署名の認可は外部の検証者や仲介者に依存しません。その代わり、取引の正当性と実行は契約ロジックと参加者間の直接対話に依存します。参加者は、契約のロックを解除する方法として正しい事前イメージ（すなわち鍵）を提供し、それ自体が認証の一形態となる。さらに、契約自体にはタイムロック機構があり、特定の時間内に正しい事前イメージが提供された場合にのみ取引が完了するようになっている。

4.BoB

例えば、CosmosのIBCプロトコルでは、署名認証プロセスはチェーン間プロトコルとローカルコントラクトを通じて実行されます。各チェーンは独自にセキュリティと認証メカニズムを管理し、クロスチェーンメッセージのセキュリティと有効性はプロトコルによって保証されます。この方式は分散化と自律性を強調し、単一のエンティティへの依存を減らす。

まとめると、署名認証メカニズムは、そのアーキテクチャとセキュリティ要件に基づいて、さまざまなクロスチェーン技術ソリューションによって異なります。これらのメカニズムの選択と設計の鍵は、セキュリティ、信頼、分散化、効率のバランスをどのようにとるかにあります。クロスチェーン技術を導入する際には、参加するすべてのチェーンの正当性とセキュリティを確保することが不可欠です。

ゼータチェインのアーキテクチャ

DeFiがスマートコントラクトに金融ルールを書き込むことであり、オンチェーンゲームがスマートコントラクトにゲームのルールを書き込むことであるならば、オムニチェインはスマートコントラクトにクロスチェーンのルールを書き込むことであり、クロスチェーンメッセージングのルールやアセットへの署名と承認のルールも含まれます。ゼタチェインがどのようにしているのか、詳細に飛び込んでみよう。

ZetaChainは、Cosmos SDKとTendermint PBFTコンセンサスエンジン上に構築されたPoSブロックチェーンです。Tendermint PBFTコンセンサスエンジンのおかげで、ZetaChainは、約5秒の高速ブロック生成時間とインスタント最終確実性（ブロック確認は必要なく、再編成は許されない）を達成することができます。理想的なネットワーク条件下では、そのトランザクションスループットは毎秒4000以上のトランザクションに達することができますが、クロスチェーンのトランザクションスループットは、外部チェーンの待ち時間や他の様々な要因（外部ノードのRPC速度など）のために、このレベルに達しない可能性があります。

ZetaChainのアーキテクチャは、しばしばバリデータと呼ばれるノードの分散ネットワークで構成されており、ZetaChainの各バリデータは、ブロックチェーンを生成し、複製されたステートマシンを維持するZetaCoreと、外部チェーンを観察するZetaClientを含んでいます。ZetaCoreはブロックチェーンを生成し、複製されたステートマシンを維持する責任があり、ZetaClientは外部チェーン上のイベントを観察し、発信トランザクションに署名する責任があります。十分なZETAトークンを誓約した人は誰でもノードオペレータになり、検証プロセスに参加することができます。

したがって、ZetaChain検証者は、ZetaCoreコンポーネントのみを実行する場合はシーケンサーになり、ZetaClinetコンポーネントのみを実行し、外部オンチェーンイベントのみを観察する場合はオブザーバーになり、ZetaClinetコンポーネントのみを実行し、発信トランザクションのみに署名する場合はオブザーバーになります。また、ZetaClinetコンポーネントだけを実行し、発信トランザクションへの署名だけを担当するならば、それは署名者です。

ZetaChainはまた、外部チェーンとの認証された相互作用のための標準ECDSA/EdDSAキーを集合的に保持します。これらの鍵は複数の署名者に分散され、署名者の超多数だけが外部に対してZetaChainを代表して署名することができ、ZetaChainは経済的な安全性を確保するために拘束力のある誓約と正/負のインセンティブを使用します。

Zetachainの2つのクロスチェーン相互運用性メカニズム

Zetachainは、伝統的なクロスチェーンブリッジメカニズムとOmnichainスマートコントラクトメカニズムの2つのクロスチェーン相互運用性メカニズムをサポートしています。

クロスチェーンブリッジメカニズム

まず、クロスチェーンブリッジメカニズムのワークフローを見てみましょう。

**1.ユーザーとコントラクトのやり取り：***ユーザーはチェーンAのコントラクトC1に対して操作を行い、ユーザーが指定した[chainID, contractAddress, message]を含むイベントまたはトランザクションメモを残します。contractAddress、message]。このメッセージは、バイナリ形式でエンコードされたアプリケーション・データである。

**2.イベントのオブザーバーキャプチャ:** ZetaChainのオブザーバー（zetaclient内）は、このイベントまたはメモをキャプチャし、インバウンドトランザクションの検証を担当するzetacoreに報告します。

**3.アウトバウンドトランザクションの構築：** zetacoreは、CCTX（クロスチェーントランザクション）状態変数とOutboundTxParamsを修正して、（zetaclient内の）TSS署名者に外部トランザクションの構築、署名、およびブロードキャストを指示します。

**4. 署名とブロードキャスト:** zetaclient内のTSS署名者は、CCTX内のOutboundTxParamsに基づいてアウトバウンドトランザクションを構築し、TSS鍵署名式を実行し、署名されたトランザクションを外部ブロックチェーンにブロードキャストします。

**5.ステータスの更新と追跡：*** CCTX構造は、クロスチェーン・トランザクションのステージ/ステータスも追跡します。

**6.トランザクションの確認：***ブロードキャストされたトランザクションがいずれかのブロックチェーンに含まれると（すなわち、「採掘」または「確認」されると）、zetaclientはこの確認をzetacoreに報告し、その後、CCTXのステータスを更新します。CCTXステータスを更新します。

7.処理の成功と失敗：

  -外部トランザクションが成功した場合、CCTXステータスはOutboundMinedに変わり、CCTX処理は完了し、ターミナル状態に入ります。

    - 外部トランザクションが失敗した場合（例えば、Etherチェーン上で逆転された場合）、CCTXの状態はPendingRevert（逆転が可能な場合）またはAborted（逆転が不可能な場合）に更新されます。Abortedの状態になれば、CCTXの処理は完了です。

8. 取り消しの処理:

   - 新しい状態が "PendingRevert "である場合、2番目のOutboundTxParamsがすでにCCTXに含まれているはずです。Revert "アウトバウンドトランザクションをインバウンドチェーンとコントラクトに指示し、インバウンドコントラクトがコントラクトの状態をクリーンアップするためにアプリケーションレベルの失効を実装できるようにする。

   - zetaclientsは取り消しトランザクションを構築し、TSSキー署名セレモニーを実行し、トランザクションをインバウンドブロックチェーン（この例ではチェーンA）にブロードキャストバックします。

9.失効確認：

   -チェーンAで失効トランザクションが「確認」されると、ゼータクライアントはトランザクションのステータスをゼータコアに報告します。CCTXステータスはRevertedに変わり、処理が完了します。

   - 取り消しトランザクションが失敗した場合、CCTXステータスは「中止」に変わり、処理が完了します。

上記のステップを通して、クロスチェーンメッセージの配信は、主にZetaCoreとZetaClientの間の内部通信を通して行われ、これは二重中央集権的な方法であり、Zetachain自体のスマートコントラクトを使用せず、ターゲットチェーンのスマートコントラクトのみを使用し、この場合、Etherに似たターゲットチェーンのスマートコントラクトプラットフォームのみがこれを実現できることがわかります。この場合、対象となるチェーンがEtherのようなスマート・コントラクト・プラットフォームである場合にのみ可能であり、各チェーンはクロスチェーンの相互運用性を実現するために少なくとも1つのコントラクトを導入しなければならない。ビットコインのような非スマートコントラクト・プラットフォームの場合はうまくいかない。もうひとつは、アプリケーションの状態とロジックが、これらすべてのアプリケーション・コントラクトに分散して存在することだ。異なるチェーン間で状態と通信を同期させるのは、コストがかかり、時間がかかり、ロールバック処理が複雑になる。これらの問題に対処するため、ZetachainはOmnichainスマートコントラクトメカニズムを導入します。

オムニチェーンスマートコントラクト機構

オムニチェーンスマートコントラクトは、クロスチェーンの相互運用性処理を簡素化するためにゼータチェーンによって提案されたアプローチです。主にクロスチェーンメッセージを処理し、以下のステップを通じてクロスチェーンの相互運用性を実現します：

**1.アセットの受信：***ユーザーは[zEVMContractAddress, message]を指定するメッセージとともに、チェーンAのTSSアドレスにローカルアセット（例えばERC20トークン）を送信します。この場合の TSS アドレスは、ERC20 トークンをホストする専用のコントラクトである可能性があります。

**2.観察と報告：*** ZetaChainのオブザーバ（zetaclients）は、この今後のクロスチェーン呼び出しを監視し、それをzetacoreに報告します。

**3. 呼び出しと実行:** zetacoreはSystemContractの depositAndCall() 関数を呼び出し、次に指定されたzEVMContractAddressの onCrossChainCall()関数を呼び出します。onCrossChainCall() 関数を呼び出します。

   - zrc20  パラメータには、最初のステップでユーザーによって送信された外国トークンを管理するZRC20コントラクトアドレスが入力されます。

   - amount  パラメータには、ユーザーが送信したトークンの数が入力されます。

   - message  パラメータには、ユーザーがトランザクションメモで送信したメッセージが入ります。

**4. 契約ロジックの実行:** omnichain スマートコントラクトは、 zContract(zEVMContractAddress).onCrossChainCall(zrc20, amount, message) ；も同様に呼び出される。アプリケーション契約はビジネスロジックを onCrossChainCall() 関数に実装する必要があります。

5. 契約の実行結果の処理:

   - 契約の実行が成功し、外部アセットからの出力がない場合、このオムニチェーンスマートコントラクトのやり取りは完了します。

   - zEVMコントラクトの実行が失敗した場合（ロールバックが発生した場合）、インバウンドトランザクションを取り消すためにCCTXが作成されます。

   -  onCrossChainCall()  が出力を持つ場合（例えばZRC20の引き出しをトリガーする）、別のCCTXが作成され、外部チェーン上のユーザーが指定したアドレスへの海外資産の転送を指示・追跡します。これらの引き出しは通常、単純なトークン転送です。

Omnichainスマートコントラクトの際立った特徴は、

• zEVM上でのみ展開され、すべてのロジックと状態が一箇所に集中されるため、アプリケーションの開発と保守がよりシンプルになります。

• アプリケーションのスマートコントラクトを外部チェーンに展開する必要がないため、ビットコインなどの非スマートコントラクトチェーンをサポートできます。

• すべての取り消しがZetaChainプロトコルによって処理されるため、アプリケーションコントラクトは取り消しロジックに対処する必要がありません。

一言で言えば、クロスチェーン情報を処理するためのルールは、ZetaCoreとZetaClient間の内部通信である少量の必要な情報を除いて、Zetachain自身のスマートコントラクトに書き込まれます。ユーザーがターゲットチェーン上の指定されたアドレスに追加メッセージで転送を送信するたびに、それはZetachain自身のスマートコントラクトでクロスチェーン操作をトリガーします。

より洗練されたdAppはOmnichainスマートコントラクトを好むかもしれません。なぜなら、ロジックと状態が1つの場所にあるからです。一方、従来のメッセージングでは、メッセージをブロードキャストし、異なるチェーン間で状態を同期させる必要があり、これはより多くの攻撃対象と、より多くのガスコストにつながる可能性があります（各メッセージに対して追加のガスが支払われ、状態を完全に同期させるために送信する必要があるメッセージの数が増えます。）状態の同期）。言い換えれば、開発者にとって、Omnichainスマートコントラクトは、すべてのアセットがチェーン上にあるかのように振る舞います（下記参照）。

ゼータチェーンの署名認証メカニズム

ゼータチェーンの署名認証メカニズムは、先進的なマルチパーティ閾値署名スキーム（TSS）に依存しています。このソリューションは、単一障害点の問題を効果的に解決し、システム全体のセキュリティを強化します。

**1. 閾値署名スキーム:** ZetaChainは、複数のバリデータが単一のECDSA/EdDSA秘密鍵を共同管理することを可能にする、MPC（Multi-Party Computation）に基づくTSSを使用します。EdDSA秘密鍵は、単一のエンティティや少数のバリデータに秘密鍵の完全な管理権を 与えることなく使用できる。このアプローチは、ホットウォレットの利便性とコールドウォレットレベルのセキュリティを提供します。

**2.鍵の生成と配布：*** ZetaChainでは、秘密鍵は信頼できる仲介者を必要とせずに生成され、すべての検証者の間で配布されます。これは、単一の検証者または外部の行為者がいつでも完全な秘密鍵にアクセスできないことを意味し、したがってシステムの安全性を保証します。

**3.署名プロセス:** ZetaChainが使用するTSSはリーダーレスであり、すなわち、鍵生成と署名を分散方式で実行するため、鍵生成や署名プロセス中に秘密情報が漏れることはありません。効率を向上させるために、ZetaChainは署名者のスループットを向上させるバッチ署名と並列署名技術も採用しています。

**4.スマートコントラクトと資産管理：*** TSSの鍵とアドレスにより、ZetaChainは、ビットコインのような非スマートコントラクトチェーンを含む、接続されたチェーン上のローカル金庫/プールを管理することができます。これは、例えばビットコインネットワークにスマートコントラクトの機能を効果的に追加し、ユーザーが資産をプールし、スマートコントラクトに、自動マーケットメーカー（AMM）プールや貸し出しプールなど、事前に設定されたルールに基づいてそれらの資産を管理させることを可能にします。

**5.非スマートコントラクトチェーンのサポート：** TSSにより、ZetaChainは、ビットコインやドッグコインなどの非スマートコントラクトチェーンや、マルチシグネチャーの検証がコストのかかるスマートコントラクトプラットフォームをサポートすることができます。

この署名認証メカニズムにより、ZetaChainは堅牢なクロスチェーン機能を提供するだけでなく、トランザクションの安全性と検証の分散化を保証し、幅広いデジタル資産管理と運用をサポートする強力なプラットフォームとなります。