[論文レビュー] LayerZero: Trustless Omnichain Interoperability Protocol

Ryan Zarick, Bryan Pellegrino+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 7被引用数 11

ひとこと要約

LayerZeroは、仲介者、検証者、ラップドルドトークンなしで、任意のブロックチェーン間で直接的・ネイティブなクロスチェーン取引を可能にする、信頼性のないオムニチェーン相互運用プロトコルを提唱する。2つの独立したオフチェーンエンティティ（オラクルとリレイヤー）を活用することで、暗号的証明を用いてメッセージの正当な配信を保証し、レイヤー1およびレイヤー2チェーン間で最小限の信頼仮定で安全で低レベルの通信を実現する。

ABSTRACT

The proliferation of blockchains has given developers a variety of platforms on which to run their smart contracts based on application features and requirements for throughput, security, and cost. However, a consequence of this freedom is severe fragmentation; Each chain is isolated, forcing users to silo their liquidity and limiting options to move liquidity and state between walled ecosystems. This paper presents LayerZero, the first trustless omnichain interoperability protocol, which provides a powerful, low level communication primitive upon which a diverse set of cross-chain applications can be built. Using this new primitive, developers can implement seamless inter-chain applications like a cross-chain DEX or multi-chain yield aggregator without having to rely on a trusted custodian or intermediate transactions. Simply put, LayerZero is the first system to trustlessly enable direct transactions across all chains. Allowing transactions to flow freely between chains provides opportunities for users to consolidate fragmented pockets of liquidity while also making full use of applications on separate chains. With LayerZero, we provide the network fabric underlying the fully-connected omnichain ecosystem of the future.

研究の動機と目的

• 孤立したブロックチェーン間でのシームレスで信頼性のない通信を可能にすることで、ブロックチェーンエコシステムの分断を解消すること。
• クロスチェーン取引の信頼の根本的問題を解決し、預託機関、ラップドルドトークン、中間のコンセンサスレイヤーへの依存を排除すること。
• 多様なアプリケーション（クロスチェーンDEXやマルチチェーン収益集約ツールなど）をサポートする、軽量で合成可能な通信プリミティブを設計すること。
• 2つの独立したオフチェーンエンティティによる暗号的検証を通じて、クロスチェーンメッセージのセキュリティと最終性を保証すること。
• 開発者が下位のチェーンの意味論を変更せず、レイヤー1チェーンでの高コストを負担せずにネイティブにクロスチェーンアプリケーションを構築できるようにすること。

提案手法

• 信頼性のない2段階の信頼モデルを採用：ソースチェーンのブロックヘッダーを提供するオラクルと、取引証明を提供するリレイヤーで構成され、両者とも信頼できないが、共謀しないものと仮定する。
• 暗号的検証（具体的にはメルクル・パトリシアツリー証明）を採用し、取引がソースチェーンでコミットされていることを検証する。
• レイヤーZeroエンドポイントを導入し、クロスチェーンメッセージングを抽象化する軽量で拡張可能なインターフェースを提供し、最小限のオーバーヘッドで任意のブロックチェーンと互換性を持つ。
• 生産用途に耐える信頼性と可用性を提供するため、Chainlinkの分散型オラクルネットワークをリファレンス実装として採用する。
• EVM固有のデータ（スマートコントラクトアドレスなど）を、クロスチェーンメッセージ伝送用に標準化されたパケットフォーマットでエンコードする。
• ブロックヘッダーと取引証明の両方が独立して検証され、暗号的に整合している場合にのみメッセージの配信を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間チェーンや預託機関に依存せずに、クロスチェーン取引をどのようにして信頼性のないものにできるか？
• RQ2 どのようなアーキテクチャパターンが、オンチェーンコンponentsのみで、異種ブロックチェーン間の安全で直接的な通信を可能にするか？
• RQ3 レイヤー1およびレイヤー2ブロックチェーンを最小限の信頼と低コストでサポートできる統一されたメッセージングプリミティブを構築できるか？
• RQ4 独立したソースからの暗号的証明をどのように組み合わせ、オンチェーンステートマシンの複製を要件とせずにメッセージの正当性を保証できるか？
• RQ5 DEX や収益集約ツールのような既存のブロックチェーンアプリケーションは、ネイティブクロスチェーンメッセージングによってどの程度向上できるか？

主な発見

• LayerZeroは、中間トークンやサイドチェーンを必要とせず、任意の2つのブロックチェーン間で直接的・信頼性のないクロスチェーン取引を実現した。
• プロトコルは、2つの独立したオフチェーンエンティティ（オラクルとリレイヤー）による暗号的検証を通じて、正当なメッセージ配信を達成し、共謀を必要としない。
• EVM固有のLayerZeroライブラリ実装は、オープンソースの基盤を用いて効率的なメルクル・パトリシアツリー検証を可能にし、正しさとパフォーマンスを保証する。
• この設計によりネイティブアセットの移転が可能となり、クロスチェーンDEXが1対1の価格設定で動作し、ラップドルドトークンや中間チェーンの流動性プールを排除できる。
• LayerZero上で構築されたマルチチェーン収益集約ツールは、同時にすべてのチェーンの最良の収益機会にアクセスでき、シングルチェーンの代替案と比較して大幅に高いリターンを実現できる。
• LayerZeroを用いたレンディングプロトコルにより、ユーザーは別のチェーンにロックされたネイティブアセットを担保に、そのチェーンで資産を借りることができる。ブリッジやスワップ手数料を排除し、完全な資産制御を維持できる。