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AvalancheのSubnet間の通信プロトコル Avalanche Warp Messaging(AWM) の仕組み

uji

2023/07/03に公開

ブロックチェーン

avalanche

tech

社内の勉強会で、AWMの仕組みについて扱ったので、そこでの学びをこちらにDumpします。
記事の内容に不備等あれば是非フィードバックいただきたいです。

Avalancheざっくり説明

Avalancheは、高性能、高い拡張性、カスタマイズ性を併せ持つセキュアなプラットフォーム
複数のブロックチェーンを、お互いが任意のデータを送受信できる高い相互運用性(インターオペラビリティ)を持った状態で動作させることで、これを実現しようとしている
Avalancheは送金や取引の実施とプラットフォームの運営が別のチェーンに分別されている
- プライマリネットワークは3つのチェーンによって構成されている
- 本記事の文脈で重要となるのはP-Chain。P-Chainはプラットフォームの運営に特化したチェーン

公式ドキュメントより引用

AvalancheのSubnetとは

SubnetはAvalancheのプラットフォーム上に簡単かつ柔軟にブロックチェーンを構築するための仕組み

Subnetとブロックチェーンの関係

SubnetはAvalancheバリデーターのグループであり、ブロックチェーンではない
Subnetがブロックチェーンをホストし、コンセンサスレイヤーの役割を担う
1つのSubnetで複数のブロックチェーンをホストすることも可能

P-ChainとSubnetとバリデーターの関係
Subnetやバリデーターは、プライマリネットワークのP-Chainと呼ばれる、プラットフォームの運営に特化したチェーンによって管理されている
Subnet内のすべてのバリデーターは、Avalancheのプライマリネットワークのバリデーターにもなる必要がある
- 2000 AVAXをステーキングすることでバリデーターになることが可能
各Subnetは他のSubnetから分離されているため、あるSubnetでの使用量が増加しても、別のSubnetのパフォーマンスに影響を与えることはない

Subnetを作成することで、Avalancheのバリデーター資源を活用しつつ、自由にルールを設定したブロックチェーンを構築することができるようになる

バリデーター要件、実行ロジック、ガス代体系、VM、インセンティブ設計まで独自にカスタムすることができる

Avalanche Warp Messaging（AWM）とは

AWMは、Subnet同士を相互運用するための通信規格
2022年12月23日にリリースされたBanff 5(Avalanche Go v1.9.5)により、AWMを使った通信が実現できるようになった

仕組み

バリデーターは署名に利用するキーペアを持っており、公開鍵がP-Chainに登録されている
送信するメッセージに対して行われるSubnetのバリデーターのBLS署名から集約署名(BLS Multi-Sigunature)を生成し送信する
メッセージを受け取ったSubnet Bは、送信元であるSubnet Aのバリデーターの公開鍵を取得する
得られた公開鍵をもとに署名を検証し、問題がなければトランザクションを発行する

AvaLabsの図

@AvaxDevelopersによる解説スレッドより引用

BLS署名、BLS署名の集約署名の技術を活用
- これらはEthereum PoSのコンセンサスレイヤーでも利用されている
通信の形式に細かい指定はない
- 公式が提供しているAWMの利用に対応したVMのリファレンス実装 XSVM を見ると、通信用のAPIを独自に定義している
- 必須となるバリデーターの合意の割合なども、Subnetごとに設定できる

リファレンス実装 XSVM のメッセージ送信APIの使われ方(XSVMのREADME参照)

<< POST
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "method": "xsvm.message",
  "params":{
    "txID":<cb58 encoded>
  },
  "id": 1
}
>>> {"message":<json>, "signature":<bytes>}

P-Chainを利用した検証により、ブリッジやオラクル、その他第三者が提供するサービスに依存することなく通信できる
類似プロトコルとしてよく比較されるPolkadot XCMは、より厳格なフォーマットを提供している
- Avalancheは柔軟性を重視する設計思想から、シンプルな規約のみを提供する意思決定をしていると考えられる
Cosmosもプラットフォームネイティブな通信規格としてCosmos IBCを提供しているが、Cosmos IBCには、データを送受信するブロックチェーン以外への依存を限りなくなくそうとする設計思想があり、相互運用性を実現する仕組みも大きく異なる

まとめ

Avalancheには、Subnetと呼ばれる、複数のブロックチェーンを高い相互運用性を持って動作させる仕組みが存在する
Subnetやバリデーターは、プライマリネットワークのP-Chainと呼ばれる、プラットフォームの運営に特化したチェーンによって管理されている
Subnetを作成することで、Avalancheのバリデーター資源を活用しつつ、自由にルールを設定したブロックチェーンを構築することができるようになる
AWMはSubnet同士の相互運用を実現する通信規格で、BLS署名の集約署名をP-Chainを介して検証することで、ブリッジやオラクル、その他第三者が提供するサービスに依存することなく通信できる