サイドチェーン、ドライブチェーン、ルートストックの双方向フック設計についてお話ししましょう

最近の技術論文では、双方向ペグを実装するためのさまざまなアプローチを分析しました。この記事では、双方向ペグとは何か、どのように実装されるかをまとめます。

2ウェイペグ（2WP）とは何ですか？

双方向ペグ (2WP) により、ビットコインをビットコイン ブロックチェーンからセカンダリ ブロックチェーンに転送したり、その逆を行ったりすることが可能になります。 「転送」は実際には幻想です。ビットコインは実際には転送されず、ビットコイン ブロックチェーン上で一時的にロックされ、同時に同じ数の同等のトークンがセカンダリ ブロックチェーン上でロック解除されます。同量のトークンがセカンダリブロックチェーン上で再度ロックされると、元のビットコインがロック解除されます。基本的に、双方向ペグはこれを実現するために設計されています。この機能の問題点は、理論的にはセカンダリブロックチェーンが最終的に解決されたときにのみ実装できることです。したがって、双方向ペグシステムでは妥協が必要であり、双方向ペグに関与する参加者が誠実であるという前提に頼る必要があります。最も重要な前提は、メインブロックチェーンが検閲耐性があり、ビットコインマイナーの大多数が正直であることです。もう一つの必要な前提は、ビットコインを保管する第三者のほとんども正直であるということかもしれません。これらの仮定が成り立たない場合、ビットコインと同等の二次ブロックチェーントークンが同時にロック解除され、悪意のある二重支払いが可能になります。双方向ペッグ制では、誠実であると想定されるすべての当事者に、経済的にも法的にも誠実さを奨励する措置を選択しなければなりません。これには、これらの主要な当事者によるブロックチェーン ネットワークへの攻撃のコストと結果を分析することが含まれます。双方向ペグの実装のセキュリティは、双方向ペグ システムに参加する主要な関係者が双方向ペグが実現するはずの機能を実際に実行できるようにするインセンティブ メカニズムに依存します。

では、双方向ペグではないものは何でしょうか?

ボンデッドエスクロー契約（BEC）は、BitShares が提案した方法であり、他のプラットフォームで採用されれば、ビットコイン（または法定通貨）をさまざまなトークンを使用してスマート決済プラットフォームで取引できるようになります。この方法を実行するには、発行者は、発行した「ビットコイン」の量と同額か、一般的にはそれ以上の量の現地通貨建て債券をロックし、その後、IOU を作成してプラットフォーム上で販売する必要があります。債券額は、クエリプラットフォームによって発表されたビットコインの価格を使用して動的に調整されます。明らかに、これは双方向ペグの定義を満たしていません。新しい「ビットコイン」が作成され、ビットコイン ブロックチェーン上に同等のロックされたビットコインが存在しないからです。ボンドエスクロー契約のセキュリティモデルは、ユーザーがアナウンスを信頼する必要があり、正直であり続けるインセンティブが高くない可能性があるため、一般的に双方向ペグよりも弱いです。また、株式ブローカーにとって、変動の大きいネイティブトークンを持つこのような大規模な債券を保有する経済的インセンティブはほとんど、あるいは全くありません。

双方向ペグは単なる投票システムです

双方向ペグのセキュリティ モデルを簡略化するために、すべての双方向ペグ システムには、Annex チェーンが最終決済に達しない場合にコインのロックを解除するタイミングと場所を投票する責任を負うキュレーターのセットが存在すると表現できます。投票は、デジタル署名、ハッシュパワー（作業証明）、ストレージスペース（容量証明）、暗号通貨保有量（ステーク証明）、またはブロックチェーンが持つその他のコンセンサス システムを通じて行うことができます。各政党の票の重み、投票政党の数、政党が投票できる条件、複数の候補者への投票が許可されるかどうかなどを変更することはできますが、システムが本質的に投票であるという事実は変更できません。

双方向フックデザイン

最も一般的な双方向ペグ設計である、サイドチェーン、ドライブチェーン、マルチシグ保管、ハイブリッド設計について説明します。説明を簡単にするために、補助ブロックチェーンに転送されたビットコインをSEコイン（セコイン）と呼びます。

単一レギュレータ

双方向ペグを実装するために使用できるオプションの 1 つは、ロックされたビットコインとロック解除された同等のトークンの両方を取引所が監視することです。取引所は、セカンダリトークンのロックを解除する前にビットコインのロックを実装します。このプロセスは、手動またはソフトウェアプロトコルを通じて実行されます。この設定の説明は次のとおりです。

マルチ署名フェデレーション

双方向ペグを実装するより良い方法は、マルチシグを制御する公証人のグループを用意し、その大多数に資金のロックを解除する権限を持たせることです。この設定は、資金を 1 人で管理するよりも優れていますが、それでも集中的な管理につながる可能性があります。真の分散化を実現するには、公証人がさまざまな分野、さまざまな地域に所在し、評判と安全性に優れた人物を慎重に選定する必要があります。さらに、公証人の数は少なすぎても多すぎてもいけません。この設定の説明は次のとおりです。

サイドチェーン

双方向ペグへの第三者の関与を最小限に抑えるためには、各ブロックチェーンが関連する検証プロトコルを実行し、そのプロトコルがコンセンサスを通じて確認されることが前提条件となります。各ブロックチェーンは他のブロックチェーンのコンセンサス システムを理解する必要があり、次に示すように、他のブロックチェーンからロック トランザクションの証明を受信すると、自動的にビットコインをリリースできます。

ただし、ビットコインのサイドチェーンを使用する場合、いくつかの問題があります。

• ほとんどのパブリックブロックチェーンには最終決済がありません。補助ブロックチェーンに最終決済がない場合、ビットコイン ブロックチェーンは、補助チェーン上のトランザクションが補助チェーン ネットワークによって受け入れられたかどうか (SE コインのロックなど) を確認できません。得られるのは確率的な保証だけです。つまり、トランザクションを確認する作業証明が多ければ多いほど、トランザクションが承認される可能性が高くなります。

• 補助ブロックチェーンに最終決済があってもブロックチェーンのエンタングルメントがない場合、補助チェーンはビットコインブロックチェーンと同じ問題に直面します。ブロックチェーンのエンタングルメントがある場合、補助ブロックチェーンのブロック生成率はビットコインの率より高くなりません。

• ビットコインのサイドチェーンでは、ソフトフォークまたはハードフォークを介して複雑な新しいオペコードを追加する必要があります。 Blockstream のソリューションはまだ完成しておらず、SPV (Simplified Payment Verification) 作業証明の確認は解決されていません。

タングルブロックチェーン

双方向ペグのトランザクションの最終性の欠如の問題を克服する 1 つの方法は、ブロックチェーンをタングルして、たとえば、プライマリ ブロックチェーンでのロック トランザクションの逆転が、セカンダリ ブロックチェーンでのロック解除トランザクションの逆転を意味するようにすることです。 Tangle ブロックチェーンに接続する方法はいくつかあります。

1. セカンダリブロックチェーンからのトランザクションは、プライマリブロックチェーン上のトランザクションに埋め込まれます（たとえば、Counterpartyの場合のように、OP_RETURNペイロードに埋め込まれます）。

2. セカンダリ ブロックチェーン上のブロックには、セカンダリ ブロックチェーン上に 1 つ、プライマリ ブロックチェーン上に 1 つの合計 2 つの親ブロックがあります。セカンダリ ブロックチェーン ノードは、プライマリ ブロックチェーン上の親ブロックがビットコインの最長チェーンに属していることを確認します。

3. セカンダリ ブロックチェーン上のブロックは、プライマリ ブロックチェーン上の暗号化された安全なトランザクションによって固定されます。

最初の 2 つの方法では、補助ブロックチェーン クライアントも Bitcoin ブロックチェーンのコピー (最初の方法ではブロックチェーン全体、2 番目の方法ではヘッダーのみ) を保存するため、検証者が確認ヘッダーを提供する必要なく、補助チェーンが SPV 証明を検証できます。 3番目の方法は実行可能ではありません。

次の図は、追加の確認なしでサイドチェーンを介してビットコインをセカンダリブロックチェーンに転送する様子を示しています（ビットコインで可能な最速の速度）。

Tangle ブロックチェーンにはいくつかの欠点があります。

• アンカー前のブロックチェーン ブランチの受け入れに関して不確実性があるため、補助チェーンが新しいブロックを作成する速度はビットコインよりも遅くなり、ビットコイン ブロックチェーンによって制限されます。アンカーされていない長いチェーンではなく、アンカーされた短いチェーンを最長のチェーンと見なすべきでしょうか?
• 補助チェーンからのトランザクションをビットコインのトランザクションに埋め込む場合、補助ブロックチェーンのすべてのユーザーは両方のチェーンからのトランザクションを同時に処理する必要があります。
• Tangle ブロックチェーンは最終決済の問題をある程度解決しますが、メインブロックチェーンにロックされたビットコインの保管の問題は解決しません。

ドライブチェーン

Drivechain は、ロックされたビットコインの管理権をビットコインマイナーに解放し、ビットコインマイナーがビットコインのロックを解除するタイミングと送信先を投票できるようにします。マイナーはビットコイン ブロックチェーンを使用して投票し、ブロック内の特定のポイント (コインベースなど) で投票を行います。ドライブチェーンへの誠実なマイナーの参加が増えるほど、セキュリティが強化されます。次の図はドライブ チェーンを示しています。

ハイブリッド

これまでに提案された設計はすべて対称的です。SE コインのロックを解除する方法は、ビットコインのロックを解除する方法と同じです。しかし、プライマリブロックチェーンとセカンダリブロックチェーンは根本的に異なります。プライマリブロックチェーンは引き続き新しいネイティブトークンを発行していますが、セカンダリチェーンは発行していません。これは大きなセキュリティリスクをもたらし、対称的な双方向ペグモデルが完璧ではない可能性があることを示しています。ハイブリッド双方向ペグでは、セカンダリ ブロックチェーンではサイドチェーンを使用し、プライマリ ブロックチェーン ネットワークではドライブチェーンを使用するなど、各側で異なるロック解除方法が使用されます。

RSKケース

RSK、つまりRootstockのケースは独特です。 RSK は、ビットコインとのマージマイニングを可能にするという基本的な設計上の選択に依存しています。したがって、この状況に最適な設計を分析する必要があります。以下の点を考慮する必要があります:

• ロックされたビットコインを管理するのは誰か • ブロックチェーンネットワークを攻撃するコストはいくらか • 攻撃の結果は何か • 関与するインセンティブは何か

ほぼすべてのビットコインマイナーがマージマイニングに参加している場合、規制者がビットコインマイナーである場合に、参加者が誠実さを保つ可能性が最も高いことがわかりますが、それはほぼ全員が参加している場合に限られます。マージマイニングの場合、ドライブチェーンとサイドチェーンの両方がビットコインマイナーの誠実さに完全に依存し、両方とも同じセキュリティを提供します。ただし、サイドチェーンをビットコイン側で実装するのははるかに複雑であるため、ビットコイン側では、RSK の最善の選択肢はドライブチェーンを使用することです。 RSK 側では、サイドチェーンアプローチを実行できます。したがって、この時点で、RSK のハイブリッド モデルは「ドライブチェーン/サイドチェーン」と定義できます。

共同マイニングへの参加が少ない場合、「ドライブチェーン/サイドチェーン」は低いセキュリティしか提供できません。したがって、私たちは、ロックされたビットコインのセキュリティがドライブチェーンと一連の公証人に基づくハイブリッド モデルを提案します。マイナーと公証人（重みはそれぞれ異なります）が、どのビットコインのロックを解除するか投票します。公証人はデジタル署名を使用して投票し、マイナーはコインベースのトランザクションに特別なマーカーを追加して投票します。これは集中化とセキュリティの間のトレードオフです。最終的な RSK 双方向ペグ設計は、「(ドライブチェーン + 公証人) / サイドチェーン」(前者はビットコイン チェーン、後者は補助チェーン) として定義できます。投票の重みを設定するために、マージマイニングへの参加レベルに基づいた動的なアプローチを使用します。当初、従来のマルチ署名取引では公証人のみが投票していました。中期的には、ドライブチェーン機能がビットコインに追加されると、公証人とマイナーの両方が段階的に投票することになります。長期的には、マージマイニングへの参加が 90% に達すると、公証人は投票を停止し、マイナーのみが投票を継続することになります。この進化は以下の図に示されています。

本質的には、ロックされたビットコインのセキュリティはマイナーと公証人の集団に依存しているが、これら 2 つの投票者間の力の量は、マージマイニングの参加量に応じて動的に調整されるという提案です。

後の記事では、概念的に理解とプログラミングが簡単で、ネットワーク上にソフトフォークとして展開できる単一のオペコード OP_CHECK_VOTES_MULTISIG_VERIFY を実行することで、Drivechain + Notary 設計を Bitcoin に実装する方法を紹介します。

元記事: http://www.rootstock.io/blog/sidechains-drivechains-and-rsk-2-way-peg-design
著者: ルートストック
翻訳者: ピーターロン
編集者: カイル
報酬アドレス: 16V6PW9wu1pFVb1R3LiGJKEwZAFHu9MMtA
出典（翻訳）：8btc 情報（http://www.8btc.com/sidechains-drivechains-and-rsk-2-way-peg-design）