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Bitcoin: サイドチェーン(sidechain)とは何か?

Bitcoin: サイドチェーン(sidechain)とは何か?
目次

概要

ブロックチェーン2.0と言われるサイドチェーンについて説明します。
(随時追加中)

サイドチェーンとは、ビットコインのブロックチェーンに他のブロックチェーンを関連付けるもので、言わば第二のブロックチェーンです。

主にパブリックブロックチェーンの課題であるスケーラビリティ問題を解決するために考案されたものです。

背景・目的

世界初の暗号通貨として誕生したビットコインは多くの注目を集めましたが、その結果としてトランザクション処理速度が追い付かなったり、手数料が高騰したりしました。

これらの問題に対処しようと考えた際、従来のやり方では下記のような問題が起きていました。

  • 今まではビットコインをフォークして新しい機能を実装したが、ビットコインの仕様を変えるのは難しい(コンセンサスを得るのが大変)
  • 独自ブロックチェーンを作って使用すると、十分なマイニングパワーを集めるのが難しいので、マイニングはビットコインに任せたい。
  • 開発者が分散するのはあまり良くない

これらの問題をクリアすべく開発されたのがサイドチェーンです。

既に運用実績があり信頼性が証明されているビットコインのブロックチェーンを利用しつつ、別チェーンを使いたいという目的のもと、Blockstreamがサイドチェーンの開発を始め、2014年にホワイトペーパーを公開しました。

前提知識・用語

サイドチェーンの仕組みや特徴、動作についての説明をする前に、必要となる前提知識や用語を記しておきます。

下記の知識は知っているものとして話を進めますので、わからない部分があれば適宜リンク先をご覧いただくなどしていただければと思います。

White Paperの用語

仕組み・特徴

一方向ペギング: one-way pegging

一方向ペギングとは、メインチェーンから、コインをサイドチェインに移動する際、ビットコインなどメインチェーンのコインをProof of Burnによって焼却し二度と使えなくする方式のことを言います。

ビットコインでは、サイドチェーン上にCounterpartyという独自コインを発行していますが、これは一方向ペギングを採用しているため、ビットコインを焼却することによってのみCounterpartyを得ることができます。

双方向ペギング: two-way pegging

双方向ペギングとは、メインチェーン上のコイン（ビットコインなど）とサイドチェーン上のコインとが取引可能なことを指します。
双方向ペギングを実装するための方法は、以下の「Symmetric two-way peg」「Asymmetric two-way peg」の2種類があります。

Symmetric two-way peg

両方のブロックチェーンのヘッダーを持っています。
メインチェーンとサイドチェーンを同期させるには、Confirmation periodとContest periodという2つの待機時間が必要になります。

  • Confirmation periodとは
    メインチェーン側で待つ時間のこと。

  • contest period
    Contest periodとは、サイドチェーン側で待つ時間のことを言います。

Asymmetric two-way peg

両方のフルブロックチェーンを持っています。
戻すときには、上述のConfirmation periodとContest periodを待つ必要があります。

一方向ペギングと双方向ペギングの違い

Can anyone explain how 2-way pegging works? This seems like a potentially…

上記によると、

  • one-way peggingでは、ビットコインをサイドチェインに移動できるが、戻すことができない
  • two-way pegging では、ビットコインをサイドチェインからブロックチェーンに戻すことができる
  • two-way pegging は、メインチェーン（ここではBitcoin側）の対応が必要

サイドチェーンへの送り方

ビットコインをサイドチェーンに送金する際には、以下の3つのステップが必要になります。

  • 移動したい未使用ビットコイン(UTXO)を決める
  • そのビットコインの所有を証明する
  • 誰かが「サイドチェーンでもう使われてない」と証明するまでロックをかける

サイドチェーンの種類を4つに分けると

  1. Bitcoinブロックチェイン & BTC (Bitcoin)
  2. Bitcoinブロックチェイン & 独自通貨 (Mastercoin, Counterparty)
  3. 独自ブロックチェイン & BTC (Side-chain)
  4. 独自ブロックチェイン & 独自通貨 (Ethereum)

pegを実装するための3つの方法

  1. SNARK peg: Uses a cryptographic proof of the other blockchain’s rules being followed.
  2. SPV peg: Uses a “lightweight” proof that a transaction was mined, relying on trust in the miner collective for the other blockchain.
  3. Federated peg: Uses a set of trusted functionaries who all* must sign off on valid transactions between blockchains.
  • 1と2はマイナーだけのソフトフォークでOK
  • 3は、Liquidの場合では、ソフトフォークなどビットコイン側の仕様変更は不要

引用:
When are Sidechains going Live? And the Fork … ?

メリット・デメリット

メリット

処理能力を高められる

そもそものサイドチェーン開発の目的にもあった通り、サイドチェーンを活用することで高速なトランザクション処理を実現できます。これにより、手数料の高騰を抑えることにもつながります。

ハッキング被害を軽減できる

Ethereumのように、メインチェーンにすべてのスマートコントラクトの記述を書いていると、ハッキングされた際の被害を甚大になります。
サイドチェーンを連携させておくと、被害があったときにそのチェーンだけを切り離すことで被害を最小限に抑えられます。

デメリット

集権化しやすい

サイドチェーンを実装することで、マイニングに要する労力が増加します。この結果、より大きなマイニングパワーを持った一部のマイナーの影響力が高まり、権力が集中するリスクがあります。

セキュリティが不安定

サイドチェーンではマージマイニング（メインチェーンとサイドチェーンで同時にマイニングすること）が必要になります。
マージマイニングを取り入れない場合、マイナーはメインチェーンかサイドチェーンのどちらをマイニングするか選ばなければなくなります。その結果、サイドチェーンがマイニングされずセキュリティリスクが高まる危険性があります。

代表的な実装例

Liquid

Blockstreamが開発を進める代表的なサイドチェーンがLiquidです。
Liquidは、ビットコインの取引所とウォレットに対して共同の管理プラットフォームを提供するプロジェクトです。
メインチェーンのビットコインとサイドチェーンのビットコインを1:1の交換レートで取引することにより、ビットコインの保管機能を果たします。

Rootstock

Rootstockは、ビットコインのブロックチェーンにサイドチェーンを実装し、スマートコントラクトを導入しようとするプロジェクトです。

Lisk

LiskはｄApps（分散型アプリケーション）のサイドチェーン上にスマートコントラクトを実装することでメインチェーンに記載する情報量を削減し、安全かつ高速な取引を実現します。

Loom

LoomはZombieチェーンという独自サイドチェーンを開発しました。これは、EthereumのdAppsのための共有サイドチェーンです。
メリットとしては、「手数料が安い（Loomトークンで月額制）」、「共有チェーンのため承認者の決定が不要であり、トランザクション処理が速い」ことが挙げられます。

Applications

  • Altchainを実験にできる
  • 技術実験

Issued Assets

  • colored coin
  • Counterparty

Q and A

  • Q. コインは、どこにいくの?
  • A. 親チェーンのoutput(出力)をサイドチェーンのinput入力に入れる。
  • Q. 交換比率はどう決めるのか?
  • A. サイドチェーンを開発した人が決める(固定レート)?
  • Q. 目的は?
  • A. 実験など(?)
  • Q. サイドチェーンを推している人は?
  • A. 開発者達

参考

参考英語記事

参考日本語記事

参考日本語ニュース

参考Forum

Pegged Sidechains [PDF Whitepaper]

参考radio

参考動画

日本語動画

英語の動画

EB65 – Adam Back & Greg Maxwell: Sidechains Unchained – YouTube

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