[論文レビュー] Sidechains and interoperability

Sandra Johnson, Peter Robinson+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 8被引用数 36

ひとこと要約

本稿は既存のサイドチェーンおよびクロスチェーンの相互運用性アプローチを概説し、主要なアーキテクチャ（Ethereum Private Sidechains、Plasma、Polkadot、Ethereum 2.0 Sharding）および他の提案を整理し、実装と課題の比較スナップショットを提示します。

ABSTRACT

There appears to be an insatiable desire for spawning new bespoke blockchains to harness the functionality provided by blockchain technologies, resulting in a constant stream of blockchain start-up companies entering the market with their own unique vision and mission. Some target a particular niche market such as supply chain and financial services, while others strive to differentiate themselves from the increasingly saturated market by offering new functionality. This dynamic and constantly changing blockchain ecosystem makes it very challenging to keep abreast of all the latest breakthroughs and research. It is evident that there is also a growing desire to collaborate with others developing blockchain solutions, which brings new impetus to blockchain interoperability research. We review the strategies that some key players in the blockchain ecosystem have implemented, or are proposing to develop, to satisfy this increasing demand for cross-chain communication and transactions between sidechains. Interoperability presents a complex and challenging stumbling block to the wider uptake of blockchain technology. We find that although there is a plethora of blockchains and interoperability implementations, or proposals, at a higher level of abstraction there is only a handful of approaches. However, the way they are implemented can differ quite substantially. We present a summary of the reviews we conducted in a table for ease of comparing and contrasting.

研究の動機と目的

• 現在のクロスチェーン通信とサイドチェーン間のトランザクション戦略を評価する。
• 主要な相互運用プロジェクトの機能、アーキテクチャ、運用モデルを要約する（Ethereum Private Sidechains、Plasma、Polkadot、Ethereum 2.0 Sharding）。
• クロスチェーンシステムにおける実装状況、実用的な課題、設計上のトレードオフを識別する。
• 研究者と実務家が相互運用アプローチを選択する際の比較的な視点を提供する。

提案手法

• 自己出版物、技術レポート、オンライン記事、動画、GitHub、会議論文、ジャーナルを横断する文献・プロジェクトレビュー。
• 各アプローチの核となる概念、コンセンサスモデル、クロスチェーン機構の記述的統合。
• 比較を促進するプロジェクトの表形式の要約（Table I）（概念的概要）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 major projectsで観察されるサイドチェーン相互運用性の主なアーキテクチャパターンは何か？
• RQ2 異なるアプローチはどのようにクロスチェーン通信とクロスチェーン操作の原子性を達成するか？
• RQ3 サイドチェーン相互運用性ソリューション全体のコンセンサス、セキュリティ、スケーラビリティのトレードオフは何か？
• RQ4 執筆時点での主要な相互運用提案の実装状況と成熟度はどの程度か？
• RQ5 クロスチェーン相互運用性にはどのような共通課題と未解決の研究課題が残っているか？

主な発見

• Ethereum Private Sidechains は、Ethereum MainNetへのピン留めとクロスチェーン機能呼び出しを伴う、オンデマンドの一時的で私的な許可型サイドチェーンを可能にします。
• Plasma は、さまざまなバリアント（MVP、Plasma Cash など）を持つ子チェーンを介したスケーリングとメインネットへのクロスチェーンブリッジを提案し、データ可用性と退出特性が異なります。
• Polkadot は、リレーチェーン、パラチェーン、およびブリッジを導入し、PoSベースのコンセンサス、ライトクライアント、検証者エコシステムを通じたクロスチェーン・メッセージ passingを備えています。
• Ethereum 2.0 sharding は、ベーコンチェーンとクロスリンクを使用して、シャード間通信とスケーラブルな実行を可能にする PoSモデルと集約署名を提供します。
• その他の提案（Blockchain Router、Clearmatics Ion、Metronome、NEC Hyperledger Fabric サテライトチェーン、TAST など）は、クロスチェーンルーティング、連続実行、クロスチェーントークン、およびクロスブロックチェーン証明を探求します。
• 総じて、多くの実装と提案があるにもかかわらず、高レベルの相互運用アプローチは比較的少数であり、多様な実装選択と顕著な設計上のトレードオフ、無限スケーリング、クロスチェーン検証、ガバナンスといった未解決課題が残っています。