ブロックチェーンのサイドチェーンとは何か？開発された背景やレイヤー２との違い、仕組みもあわせて解説。

この記事ではサイドチェーンという、ブロックチェーンが構造的に抱えるスケーラビリティー問題を解消するために生まれた技術について解説していきます。

また、同様の目的のために使用されることの多い技術であるレイヤー２ソリューションとの違いについても解説していきます。

サイドチェーンの概要

サイドチェーンとは？

サイドチェーンとは、メインとなるブロックチェーンとは別に、サブのブロックチェーンを実装することで以下の二つを実現した技術です。

メインのブロックチェーンからサイドチェーンへのデータの移動が自由に行えるようになる可能性を秘めた革命的な技術です。

また、これにより処理データの拡大に伴うブロックチェーンへの負荷を分散させることが可能になり、スケーラビリティー問題解決を期待されています。

サイドチェーンの生みの親：Blockstream

サイドチェーンは、2014年にBlockstreamによりホワイトペーパーが発表されました。ちなみに、ホワイトペーパーの名前は「Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains」となっています。

Blockstreamは、2014年に設立されたビットコインを中心としたブロックチェーン関連のインフラストラクチャーサービスを開発している企業です。CEOのアダム・バックス(Adam Back)はサトシ・ナカモトの候補の一人とも言われています。

Blockstreamは、Liquid Networkというサイドチェーン技術を利用したプロダクトを生み出しています。当団体にはビットコインの開発メンバー及び暗号技術の専門家から構成されています。

サイドチェーンの動き

まず、取引が発生した場合に、メインチェーンでトランザクションを作成します。その後、サイドチェーンでも相対するトランザクションを作成し、メインチェーンで作成されたトランザクションはロックすることで資産を転送するという手法を取ります。

これにより、抜け漏れやダブルことなくサイドチェーンでメインのブロックチェーンの取引処理を代わりに実施することができます。

サイドチェーンが必要になる背景

ブロックチェーンのトリレンマ

そもそもブロックチェーンは構造的にブロックチェーンのトリレンマという課題を抱えています。

ちなみにトリレンマとは、3つの事象のうち2つを満たすと残り1つの事象を満たす事が出来ないという状況を指します。

ブロックチェーンにおける三つの事象とは、「スケーラビリティ」「セキュリティ」「分散性」のことです。

これを解決するために編み出された手法の一つにサイドチェーン技術があります。サイドチェーンによってこの三つの事象を満たすブロックチェーン運用が目指されています。

トリレンマが引き起こす事態

トリレンマが抱える問題は具体的に以下のような「みすくみ」の状況になっています。

その際に、最も理想とされている状況が、分散性が高い状況で、かつスケーラビリティーが高く、セキュリティー面が担保されている状況です。

特にスケーラビリティー問題の解決が喫緊の課題

特に、イーサリアム(ETH)を中心に、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題は特に大きな課題となっています。スケーラビリティ問題とは、分散性に注力するあまり取引量が増加した際に、データの処理を仕切れなる問題のことです。

これにより、取引手数料が高騰してしまう上に手数料が高騰してしまう弊害が起こってしまいます。これではユーザーにとっての利便性を損なうものになってしまいます。

特に、2020年以降イーサリアム上でのアプリケーションの増加に伴う取引の増大によってネットワークが混雑し、トランザクションの遅延が起きています。

こうした問題を解決するためにサイドチェーンをはじめとした技術が開発されています。

サイドチェーンによって実現できること

ブロックチェーンの機能拡張

サイドチェーンを用いることで以下のようなメリットがあります。

さらに、ビットコインの持つセキュリティの高さなどのメリットを利用しつつ、多彩な機能拡張が可能になります。

独自仮想通貨をサイドチェーン上で発行できる

サイドチェーンでは独自のトークンを発行することができます。

これが実現するには、双方向ペグ（two-way pegging）という技術が不可欠です。双方向ペグは、仮想通貨がサイドチェーン間を往復するメカニズムをのことを指します。

また、サイドチェーン側で発行されたトークンをメインのブロックチェーンに戻すことも可能です。

サイドチェーンの仕組み

サイドチェーンが実現するためには、繰り返しになりますが双方向ペグ（two-way pegging）という技術が不可欠です。双方向ペグは、仮想通貨がサイドチェーン間を往復するメカニズムをのことを指します。

まず、メインチェーンからサイドチェーンに価値を転送する場合の双方向ペグのメカニズムを見てみましょう。

①SPVによるトランザクションの検証

メインチェーンからサイドチェーンにトランザクションを移行する際に、メインチェーンではトランザクションデータが特別な出力(Output)に送られます。これを、サイドチェーンのSPV（Simplified Payment Verification）という仕組みでが正しいか否かの検証します。

②サイドチェーンにトランザクションがアンロック

その後、検証が完了したのちにサイドチェーンに相対するトランザクションがアンロックされます。これにより、二つのブロックチェーン上に同じトランザクションが重なることがなく正確に価値の移動が可能になります。これがサイドチェーン上で信頼性のあるトークンを発行できる理由になります。

サイドチェーンの仮想通貨を、メインのブロックチェーンに送る場合はサイドチェーン側の仮想通貨をバーンさせることでブロックチェーンに資産の転送を実施します。

サイドチェーンの事例

Liquid

Liquid Networkは、最初にサイドチェーンを提唱したBlockstream社が開発した取引所向けのサイドチェーンです。

サイドチェーン上の、L-BTC（ビットコインと1:1で交換できるトークン）を使って、Liquid上に資産を保持しておくことができます。

これにより、取引所間のビットコインの送金をより短時間で行うことができます。

Lisk

Liskは、スマートコントラクトを実現するブロックチェーンです。Lisk自体はメインチェーンであり、そこからサイドチェーンを構築することができるができる点が特徴です。

Liskが優れている点は、世界でユーザーの多いJavaScriptでスマートコントラクトを構築できる点にあります。

メインチェーン自体の仕様変更の必要がないため、サイドチェーンを書き換えることで、新機能の追加・サービスの改善を柔軟に行うことができます。

Polygon

イーサリアム関連のサイドチェーンには、Plasmaという技術があります。主にPolygonで使用されています。

Plasmaとは、サイドチェーン技術の一つで、親チェーンであるイーサリアムのもとの子チェーン、孫チェーンに処理を行わせることで、最終的なデータを親チェーンに保存する技術のことを指します。

Polygonは、レイヤー２でもありつつサイドチェーンも利用しているブロックチェーンです。ただ、この手法はハッキングのリスクが高いので注意が必要です。

サイドチェーンの抱える課題点

しかし、サイドチェーンの実装にはいくつかの問題もあると考えられています。

セキュリティリスクが高い

実はサイドチェーンには、セキュリティーの面で課題があります。

サイドチェーンはセキュリティ確保のため、同じコンピューターの計算力でビットコインの親チェーンとサイドチェーンを同時採掘できるマージマイニング(merged mining)の導入が必要と言われています。

もしマージマイニングが行われない場合、マイナーはどのブロックチェーンをマイニングするかを選ばなければならないため、一部のチェーンでセキュリティリスクが高まる可能性があります。

中央集権化への懸念

サイドチェーンに対してマイニングをする際には、大きなマイニングパワーが必要となります。現在、ただでさえビットコインで問題となっているマイニングの集中化が進む可能性があります。

マイナーはサイドチェーンに接続されたブロックチェーンすべての取引手数料を得ることになるため、強力なハッシュパワーを持つ少数の企業による中央集権化が進む可能性があります。

レイヤー２とサイドチェーンの違いは？

スケーラビリティー問題を解決する際にはサイドチェーンだけでなく、レイヤー２という仕組みもあります。同じ目的を持っているものの仕組みに大きな違いがあります。

この違いは大まかにいうとオンチェーンかオフチェーンかどうかという点に集約されます。

レイヤー２はオフチェーンで処理する

レイヤー２ソリューションとはブロックチェーン領域のスケーラビリティー問題を解決するための技術のことを指します。

レイヤー１チェーンの外部であるレイヤー２において、オフチェーンで取引の実行・処理をして、その結果をレイヤー１のブロックチェーンに記録します。これによりレイヤ１のブロックチェーンの処理負荷を減らす仕組みです。そのため、オフチェーンの状態で行われた取引履歴に関しては追うことができません。

一方で、レイヤー２はレイヤー１のチェーンのセキュリティーの信頼性をそのまま引き継ぐことができる点が大きなメリットです。具体的な事例として、CardanoやAstarNetwork、Polygonなどです。これらも、ブロックチェーンではあるものの

サイドチェーンはオンチェーンで処理をする

サイドチェーンは、オンチェーンでの取引が行われます。もしサイドチェーン上で取引が行われたとしても、メインブロックチェーンにも取引の履歴が残る点が、レイヤー２と違うところです。

ただ、サイドチェーンはメインチェーンと取引承認者が異なるため、セキュリティー上で独立しています。そのため、メインチェーンであるビットコイン等のセキュリティーを引き継ぐことができない点がデメリットとしてあげられます。

さいごに

この記事ではサイドチェーンという、ブロックチェーンが構造的に抱えるスケーラビリティー問題を解消するために生まれた技術について解説してきました。

この記事の内容は以下のようにまとめることができます。