詳細な弾性サイドチェーンネットワークSKALE：技術ソリューション、クロスチェーンブリッジとトークンエコノミー

原文タイトル：《 弾性サイドチェーンネットワーク SKALE の詳細解説：技術方案、クロスチェーンブリッジとトークンエコノミー 》
原文出典： ZKSwap日本語コミュニティ

サイドチェーンとは何か？ここでは、Barry Whitehat（Rollup 概念の提唱者）のサイドチェーンの定義を引用します。

その基本的な意味は、検証者のグループが、あるチェーンの最新の状態を（メインチェーン上の）スマートコントラクトに提出することで進行する一種のシステムです。これらの（最新の状態の）チェックポイントは、ユーザーの入金と出金をサポートするためにブリッジコントラクト（Bridge Contract）によって使用されます。一般的に、この検証者グループの間には、特定の時点で誰がサイドチェーンブロックを作成するかを決定するリーダー選挙プロセスがあります。例えば、PoA（権威証明）アルゴリズムやPoS（株式証明）アルゴリズム [1] などです。

Barryはまた、いくつかのLayer2拡張ソリューションの成熟に伴い、サイドチェーンが他のソリューションとどのようにより良く統合できるかを考慮する必要があると述べています。そして、特定の状況下では、サイドチェーンの特性が大いに発揮されることがあります。

現在、主流のサイドチェーンソリューションには、Polygon（旧Matic Network）、xDai Stable Chain、SKALE Networkがあります。本稿では、SKALEの技術方案、拡張パッケージ、IMAクロスチェーンブリッジ、SKALEトークンとガバナンス、SKALEエコシステムの発展と投資状況を整理します。

SKALEの紹介

SKALEネットワークの位置付けは、Ethereumの「弾性サイドチェーンネットワーク」として、数千の独立したブロックチェーン、サイドチェーン、ストレージチェーン、その他のタイプのサブチェーンをサポートできることです。これらのブロックチェーンはすべてEthereumメインネットに接続されており、Ethereumエコシステムと完全に互換性があります。

SKALEネットワーク内のサイドチェーンは、ネットワークノードの集合から選ばれた一群の仮想サブノード（Virtualized Subnodes）によって運営されます。各サイドチェーンは高度に構成可能で、ユーザーはサイドチェーンの仕様、コンセンサスプロトコル、仮想マシン、母チェーン、およびカスタマイズされたセキュリティ対策を自由に選択できます。

SKALEネットワークは、スマートコントラクトのプログラミング言語としてSolidityを使用し、実行モデルはEVMと完全に互換性があり、主流のEthereumトークン標準をサポートしています。また、web3.jsやweb3.pyを通じてネットワークに接続し、TruffleやRemixなどのツールを使用することで、開発者に優しい環境を提供しています。

SKALEネットワークの構成

画像出典：SKALE Network Whitepaper

SKALEネットワークは、SKALEノードとSKALE管理者の2つの部分で構成されており、SKALE管理者はEthereumメインネット上にデプロイされたスマートコントラクトです。SKALE管理者コントラクトは「入口」として機能し、ノードの作成と破棄、弾性サイドチェーンの作成と破棄、仮想サブノードのローテーション、SKALE報酬の配布などのタスクを担います。

画像出典：SKALE Network Whitepaper

その中で、仮想サブノードは弾性サイドチェーンの参加者であり、SKALEコンセンサスを実行し、SKALE EVMを運営し、チェーン間通信を促進します。

ノードの作成と破棄

潜在的なノードがSKALEネットワークのノードに変わるには、以下のステップを実行する必要があります：（1）まず、SKALEバックエンドプログラムを実行し、バックエンドプログラムが潜在的なノードがネットワークのハードウェア要件を満たしているかを評価します；（2）評価が通過した場合、潜在的なノードはSKALE管理者にネットワークへの参加を申請できます。申請にはネットワーク保証金をステークし、IPアドレス、ポート、公鍵などのノードメタデータを提供する必要があります；（3）申請が完了すると、潜在的なノードはシステムに参加し、「フルノード」または「ライトノード」と呼ばれます（2種類のノードの違いは、フルノードが特定の弾性サイドチェーンにすべてのリソースを提供するのに対し、ライトノードは複数の弾性サイドチェーンに参加することです）。

ノードが作成されると、SKALEネットワークはそのノードに一群のピアノード（現在は24個）を割り当てます。ピアノードは定期的にそのノードのダウンタイムと遅延を確認し、それに基づいて各ネットワークサイクルでそのノードに配布される報酬を決定します。

ノードがネットワークを退出したい場合、まずネットワークに退出メッセージをブロードキャストし、一定の終了期間を待つ必要があります。その後、ノードはそのステークしたネットワーク保証金を取り戻すことができます。

弾性サイドチェーンの作成と破棄

カスタマイズ可能な「弾性サイドチェーン」は、SKALEの革新の一つです。「弾性」とは、ブロックチェーンが固定不変ではなく、ユーザーが必要に応じて、1/128（小型）、1/16（中型）、1/1（大型）のノードリソースと3、6、12ヶ月の期間オプション、およびネットワークのストレージ容量に基づいてブロックチェーンの構成を選択し、SKALEトークンを使用して相応の賃料を支払うことを意味します。（現在、SKALEネットワーク内のリソース消費コストはチェーンの仕様とライフサイクルに依存し、将来的には現在のネットワーク条件とシステム負荷に基づいてコストの動的計算が行われます。）

ユーザーが申請をSKALE管理者に提出すると、新しい弾性サイドチェーンが作成されます。

画像出典：SKALE Network Whitepaper

ユーザーが支払った賃料が消費されるか、ユーザーがその弾性サイドチェーンを削除した場合、その弾性サイドチェーンは破棄されます。また、ユーザーは弾性サイドチェーンの仮想サブノードをローテーションすることで、相互に結託するのを避け、弾性サイドチェーンの非中央集権性を確保できます。

全体として、SKALEの弾性サイドチェーンの作成と破棄は、私たちが普段クラウドサーバーをレンタルするモデルに似ており、必要に応じてリソースを選択し、リソースに対して支払う形です。賃料が消費されると、ユーザーは更新するかサーバー（すなわち弾性サイドチェーン）を削除するかを選択できます。DockerやKubernetesが簡単にカスタマイズ可能で拡張可能なクラウドサービスを提供するように、SKALEのビジョンは非中央集権の「チェーンサービス」を提供することです。

SKALE報酬の配布

各SKALEネットワークサイクルの終了後、その期間中に放出されたSKALEトークンは、そのサイクル開始前にネットワークに参加していたすべてのノードに平等に配布されます。

各ノードに配布されるトークンの数量は、その24個のピアノードのうち16個（最高と最低の4つの指標を除外）の提出した平均指標に依存します。運用時間不足や遅延のためにノードに配布されなかったトークンは、N.O.D.E財団に流れます。

弾性サイドチェーンとコンセンサスプロセス

弾性サイドチェーンは、SKALEネットワーク内の仮想サブノードで構成されており、これらの仮想サブノードは非同期でリーダーレスかつ証明可能な安全性を持つプロトコルを通じてブロックの作成と確認に参加します。2/3以上の仮想サブノードの検証集合がオンラインであれば、それらはチェーン上で新しいブロックを継続的に作成し確認します。SKALEのコンセンサスプロセスは以下のようになります：

画像出典：SKALE Network Whitepaper

ブロック提案

仮想サブノードは、ブロック提案を作成する際に以下の原則に従う必要があります：（1）保留中の取引キューを確認する；（2）保留中のキュー内の取引の仕様がMAXBLOCKSIZE以下であれば、仮想サブノードはその中のすべての取引を取り出してブロック提案に追加する；（3）保留中のキュー内の取引の仕様がMAXBLOCKSIZEを超える場合、仮想サブノードは受信順に保留中の取引を取り出し、MAXBLOCKSIZEのブロック提案に追加する；（4）その後、SHA-256ルートノードに基づいて最小値から最大値の順に取引をソートし、仮想サブノードはブロック提案を収集します。（5）保留中のキューが空であれば、仮想サブノードはBEACON_TIMEを待ちます。その後、キューがまだ空であれば、取引を含まないブロック提案を作成します。

ある仮想サブノードがブロック提案を作成すると、それはデータ可用性プロトコルに従って他の仮想サブノードに通知されます。データ可用性プロトコルは、情報が大多数の仮想サブノードに伝達されることを保証します。

コンセンサスとラウンド

ブロック提案に対するコンセンサスは非同期二進法ビザンチンプロトコル（ABBA）を採用しています。現在、SKALEはMostefaoui et alのABBAプロトコルの変種を使用しています。

提案段階が終了すると、提案Pを受け取った大多数の署名Sを持つ仮想サブノードAは、すぐにABBAに投票します。プロトコルは以下の通りです：

（1）各ラウンドRに対して、仮想サブノードはN個のABBAインスタンスを実行します；（2）各ABBA[i]は、仮想サブノードIがブロック提案に対して行った1回の投票に相当します；（3）各ABBA[i]は、「はい」または「いいえ」でコンセンサス投票を終了します；（4）すべてのABBA[i]が終了した後、投票ベクトルv[i]が生成され、各提案の「はい」または「いいえ」が含まれます。

（5）「はい」と投票したのが1票だけの場合、関連するブロック提案Pは弾性サイドチェーンに提出されます；（6）「はい」と投票したのが複数票の場合、擬似ランダムな数字Rから「はい」の投票提案の擬似ランダム性を選択してPを選びます。選ばれた提案はRをNWINで割った残りの部分でインデックスされます。ここでNWINは「はい」と投票した提案の総数です；（7）ランダム数RはABBAのすべてのCOMMON_COIN（ランダム数源）の合計です。（8）すべての投票が「いいえ」の場合、そのブロックチェーンに空のブロックが提出されます。すべての投票が「いいえ」である可能性は非常に低く、Nが増加するにつれて低下します。

一度コンセンサスが任意の仮想サブノードAでブロックPを成功裏に選出すると、仮想サブノードは以下のアルゴリズムを実行して提案を決定し、ブロックチェーンに提出します。（1）Aは選ばれた提案Pを受け取ったかどうかを確認します；（2）Aが提案を受け取っていない場合、ピアの仮想サブノードにダウンロードを要求します；（3）AはPに署名の断片Sを署名し、他のすべての仮想サブノードに送信します；（4）Aは、自身を含む大多数の仮想サブノードからの署名の断片を受け取るのを待ちます；（5）Aが大多数の署名の断片を受け取ると、それらを組み合わせて閾値署名を作成します；（6）最後に、AはPと閾値署名Sを一緒にブロックチェーンに提出します。

さらに、SKALEのコンテナ化構造は、dApp開発者にエンタープライズレベルのパフォーマンスとオプションの選択を提供し、中央集権システムと同等の柔軟性、構成可能性、モジュール性を実現することを目指しています。SKALE管理サービス、ノード監視サービス、仮想サブノードの調整サービスを提供し、ネットワーク攻撃や障害などの緊急事態に対処するための一連の緊急戦略と障害回復計画を統合しています。

SKALEネットワークの拡張

SKALEは2つの拡張パッケージを開発しました：ファイルストレージとチェーン間通信。

ファイルストレージ

画像出典：SKALE Network Blog

SKALEネットワークのファイルストレージは、その内蔵のデータ可用性プロトコルに依存しており、データが各弾性サイドチェーンの2/3の仮想化サブノードに少なくとも保存されることを保証します。fileStorage.jsはnpmパッケージで、ユーザーは数行のコードでSKALE FileStorageをdAppに統合できます。uplodaFile、downloadFileIntoBrowser/downloadFileIntoBuffer、deleteFileメソッドを呼び出すことで、ファイルのアップロード、ダウンロード、削除を行います。

SKALEネットワークのユーザーは、ファイルを1MBの「ブロック」に分割し、fileStorageスマートコントラクトに提出して、各ノードのファイルシステムに連続的に保存します。

チェーン間通信

画像出典：SKALE Network Whitepaper

SKALEネットワークはBLS（Boneh--Lynn--Shacham）閾値署名を採用しています。BLS署名アルゴリズムは、署名の集約と鍵の集約を実現できるアルゴリズム（つまり、複数の鍵を一つの鍵に集約し、複数の署名を一つの署名に集約することができる）であり、署名者間の余分な通信を回避できます [2]。

SKALEネットワーク内の各弾性サイドチェーンはこの署名をサポートしており、迅速かつ安全なチェーン間通信を実現します。つまり、SKALEネットワーク内の独立した弾性サイドチェーンが別の弾性サイドチェーンの署名を検証し、提出されたブロックを確認できるため、SKALEネットワークはスマートコントラクトの実行と弾性サイドチェーン間の暗号資産の変換を実現できます。

IMAクロスチェーンブリッジ

画像出典：SKALE Network Blog

SKALEは今年7月にIMA（Interchain Messaging Agent）クロスチェーンブリッジを発表し、ユーザーがEthereumと任意のSKALEチェーン間で主流のERC標準をサポートするデジタル資産および一般的なメッセージデータを転送できるようにしました。

ユーザーがEthereumからSKALEネットワークに資産を移動する必要がある場合、IMAクロスチェーンブリッジはEthereum上の資産をDeposit Boxコントラクトに預け、10個のEthereumブロックの確認を待ち、その後SKALE IMA Agentと呼ばれるエージェントに転送リクエストを送信します。このエージェントは、SKALEネットワーク内で動作するSKALE TokenManagerを順番に呼び出して、各SKALEチェーンでこの転送を処理します。

資産をSKALEチェーンからEthereumに移動する必要がある場合、トークンはSKALEチェーン上で燃焼され、Ethereumメインネットで解除されます。移動するトークンがSKALEチェーン上で発行されたものである場合、転送の一部としてEthereum上で発行され、そのトークンの所有権を保持します。

SKALEトークンとガバナンス

SKALEトークンは、検証ノードとしてネットワークに参加する権利、または開発者が特定の期間内に弾性サイドチェーンをデプロイし、リソースをレンタルすることによって得られる権利を表します。

（1）ユーザーは弾性サイドチェーンの形式で、事前に決定された期間内に、サブスクリプションモデルを通じて（計算、ストレージ、帯域幅）リソースをレンタルします。（2）検証ノードはネットワークにSKALEトークンをステークし、その後、ノードを運営し、取引手数料やインフレトークンを獲得する権利を得ます。

一般的に、SKALEのガバナンスは委任ステーキングモデルを採用しており、利害関係者はステークを通じて直接ガバナンスに参加することも、他の利害関係者に投票権を委任することもできます。

SKALEが採用するデフォルトの投票モデルは、単純な多数決に従うものです。提案には通常、14日間の投票段階が含まれます。「忠実かつ正式にステーク」されたSKALEトークンが90日を超えると、SKALE委員会が提起した重要な問題について投票する資格を得ます。

エコシステムの発展と投資状況

SKALEは昨年6月に主ネットワークの第一段階を立ち上げました。今年5月、Denali（デナリ峰）アップグレードを完了した後、SKALEチェーンはアップグレードされた主ネットワークの正式な立ち上げを発表しました。このネットワークのアップグレードにより、マルチチェーンがEthereumに導入され、SKALEネットワークにモジュラーアーキテクチャが導入され、ファイルストレージ、チェーン間メッセージング、オラクル、ロールアップなどのローカルおよびサードパーティのチェーンサービスを含むことが可能になりました。

また、高性能なアプリ特化型が導入され、各dAppおよびプロトコルがそれぞれのEVM互換チェーン上で実行できるようになり、これらのチェーンは他のネットワークトラフィックから隔離されますが、Ethereumメインネットのセキュリティを引き継ぎます。

画像出典：SKALE Network Blog

今年7月末、SKALEはSKALE主ネットワーク上で運営される最初のdAppsの第一弾を発表しました。これには、Boot.Finance（分散型流動性プロトコル）、Covey（ポートフォリオ共有アプリ）、CurioDAO（現実資産のトークン化プラットフォーム）、Human Protocol（分散型労働市場フレームワーク）、Ivy（NFTおよびトークン取引プロトコル）、Minds（分散型ソーシャルネットワークプラットフォーム）が含まれます。さらに、SKALEの公式情報によると、SKALE Innovatorプログラムに参加し、プラットフォーム上で構築しているdAppの他に、SKALEは40以上のパートナーおよび検証者と協力関係を築いています。

SKALEネットワークは、01NODE、Ankr、Anonstake、Audit One、Blockdaemon、Blockware、Chainflow、Chainode、Chorus One、Cypher Core、Dokia Capital、Figment Networks、FreshSkale、Hashed x DELIGHT、Hashquark、Staked、Stakin、StakedWithUs、WolfEdge Capital、Staking Facilitiesなど、世界のトップバリデーターのプラットフォームから支持を受けています。現在、SKALEネットワークには48のバリデーターがあり、160のノードが運営されています。

資金調達に関しては、SKALE Labsは2019年10月に1710万ドルの資金を調達したことを発表し、Arrington XRP Capital、Blockchange、ConsenSys Labs、Hashed、HashKey、Multicoin Capital、Recruit Holdingsなど、40以上のエンジェル投資家やベンチャーキャピタルからの支持を受けました。

まとめ

活発なRollup拡張ソリューションやPolygon、xDaiなどのサイドチェーンプロジェクトと比較すると、SKALEはやや注目されていないようです。2017年から運営されている老舗プロジェクトとして、SKALEはDenaliアップグレード後の主ネットワークの立ち上げに伴い、一連のエコシステムの進展を遂げています。例えば、最初のdAppの立ち上げや、他のプロジェクトやバリデータプラットフォームとの協力関係の構築などです。

さまざまな拡張ソリューションが次々と実現する中で、SKALEの長年の蓄積は技術面で相対的に安定した優位性を持っていますが、エコシステムの構築においては追いつく必要があります。