暗号ブリッジは実際にどのように機能するのか そしてなぜ頻繁にハッキングされるのか

ブロックチェーン革命は分散型システムの新時代を到来させました。 ここでは、Ethereum、Solana、Avalanche、Bitcoinのような独立したネットワークが 独自のプロトコル、ネイティブアセット、コンセンサスメカニズムと共に共存しています。

この多様性は金融、ゲーム、アイデンティティやガバナンスといった分野での イノベーションを促進しますが、同時に限定的な相互運用性のある 断片化されたランドスケープを生み出します。 これらのネットワーク間で資産やデータを移動させる標準化された方法がない限り、 Web3の完全な潜在能力は、業界専門家が「ブロックチェーントリレンマ」と呼ぶ セキュリティ、分散化、スケーラビリティを同時に最適化しようとする闘いによって 制約され続けます。

ブロックチェーンネットワークの孤立性は、ユーザーと開発者の双方にとって 重大な摩擦を生み出します。 Ethereumで構築している開発者は、SolanaのスピードやMoneroのプライバシー機能を 簡単に活用することができません。

同様に、ビットコインに資産を持っているユーザーは、仲介者なしで EthereumのDeFiエコシステム内の利回りを生む機会に直接参加することができません。 この断片化は、トラストレスで許可不要なシステムを作り、 中央集権的なエンティティへの依存を減らすという ブロックチェーン技術の中核となる価値提案を脅かします。

暗号ブリッジの登場: ブロックチェーンエコシステムの接着組織

暗号ブリッジは、互いに異なるブロックチェーンエコシステムを接続するために設計された 特殊なプロトコルを表します。 これらのブリッジは、トークンと情報のクロスチェーン転送を可能にするため的重要な インフラストラクチャとなっています。 ビットコインをEthereumのDeFiエコシステムに移動したり、 あるネットワークから別のネットワークにNFTを転送したりする場合、 ブリッジはブロックチェーン相互運用性のオンランプとハイウェイとして機能します。

ラップされた資産（クロスチェーンの価値を表すトークン）の市場資本は 2024年初頭には180億ドルを超え、 エコシステムにおけるブリッジの役割の重要性を強調しています。 主要な金融機関とDeFiプロトコルの双方が、 ネットワーク間の流動性を維持するために これらのクロスチェーン接続に依存しています。

しかし、その重要性が増すにつれて、脆弱性も増しています。 暗号ブリッジは、暗号空間全体で最も攻撃されやすく、 悪用されるコンポーネントの一部となっており、 2021年から2024年の間に数十億ドルが 高名なハッキングにより失われています。

これらのブリッジがどのように機能するのか、 またなぜセキュリティの負債を抱え続けているのかを理解することは、 分散型の未来を構築または参加するすべての人にとって重要です。

Web3における暗号ブリッジの重要な役割

暗号ブリッジは、根本的な制限を解決するために存在します。 ブロックチェーンは意図的に孤立して設計されています。 それぞれのネットワークは、独自の台帳、コンセンサスモデル、 実行環境を維持します。 BitcoinはEthereumとネイティブに対話できず、 SolanaはAvalancheと直接通信することができません。 この孤立は、分散型金融（DeFi）の 2つの柱である合成性と流動性を厳しく制限します。

これらの技術的障壁は、以下のものに起因します:

• コンセンサスメカニズム：Proof of Work（Bitcoin）対Proof of Stake（Ethereum 2.0、Solana）対Delegated Proof of Stake（EOS）
• プログラミング言語：Bitcoin Script 対 Solidity（Ethereum）対 Rust（Solana、Near）
• 状態モデル：UTXO（Bitcoin、Cardano）対アカウントベース（Ethereum, BSC）
• 完結性の保証：確率的（Bitcoin）対決定的（Cosmos, Algorand）

ブリッジは、クロスチェーンの取引を可能にする仲介者として機能します。 彼らは、一つのブロックチェーンから別のブロックチェーンへ 資産を「移動」させることができ、 トークンを物理的に移すわけではなく（これはチェーン間で不可能です）、 元の資産をロックし、目的チェーンで 対応する表現を発行します。これをしばしば「ラップされた」トークンと呼びます。

例えば、Wrapped Bitcoin（WBTC）はEthereumネットワーク上で ビットコインを表すERC-20トークンです。 ユーザーはブリッジにBTCを預け入れ、 WBTCがEthereum上で発行されます。 ユーザーがBTCを取り戻したい場合、 WBTCが焼かれ、元のビットコインが保管から解放されます。 このプロセスは通常、スマートコントラクト、オラクル、および バリデータネットワークが協力して、 転送のセキュリティと正確性を確保することを伴います。

トークンを超えた部分で、いくつかの高度なブリッジは 任意のデータの転送を可能にし、 クロスチェーンの分散型アプリケーション（dApps）、 例えばクロスチェーンの貸付プラットフォーム、 流動性アグリゲーター、そしてNFTマーケットプレイスのような機能を 遂行することができます。 これらのユースケースは、スマートコントラクトの相互運用性、 検証可能なメッセージパッシング、 そしてチェーン間の同期された状態更新に 頼っており、ブリッジを単なる資産転送 メカニズムから複雑な指示を送信し、 リモートの契約実行をトリガーすることができる フル機能のクロスチェーン通信プロトコルへと 変換します。

特徴的な視点：暗号ブリッジは実際にはどのように機能するのか

「ブリッジング」という概念は理論上はシンプルですが、 技術的な実行は全く異なります。 暗号ブリッジは、信頼性、パフォーマンス、 分散化の間のトレードオフを伴う さまざまなアーキテクチャカテゴリに分類されます：

1. ロック＆ミント（ラップ資産モデル）

これは最も一般的なモデルで、 トークンがソースチェーンでロックされ、 デスティネーションチェーンではラップ資産として 発行されます。これは以下を含みます：

スマートコントラクトロック： 資産は、チェーンAでそれをロックする スマートコントラクトに預け入れられます。 この契約は、タイムロック、シグネチャ検証、 そして潜在的な脆弱性に対応するための アップグレードメカニズムなどの セキュリティ対策を含む場合があります。

検証と合意： バリデータのネットワークまたは中央管理者が デポジットを確認します。 この確認メカニズムは広く異なります：

• 中央集中的なブリッジは信頼できるオペレーターを使用 （例：バイナンスブリッジ）
• 連邦的ブリッジは選択されたバリデータを 使用するマルチ署名スキームを採用 （例：初期のwBTCバージョン）
• 分散型ブリッジは経済的インセンティブと 暗号学的証明を使用 （例：THORChain）

ミント： 同等のラップトークンがチェーンBで作成されます。 ミントプロセスには、通常、対応する資産が ソースチェーンで適切にロックされていることを 確認するための検証も含まれ、 これはしばしばMerkle証明やバリデータ署名を使用します。

バーンとリディーム： プロセスを反転するために、ラップトークンが焼かれ、 元の資産が解除されます。 この交換は通常、両方のチェーンでの 完結性を待つ必要があり、 この時間は合意メカニズムに応じて 数分から数時間範囲で変動します。

2. 流動性ネットワーク（プールベース）

一部のブリッジは、資産をラップすることなく クロスチェーンのスワップを促進するために 流動性プールを使用します。 この方法は伝統的な取引所に似ており、 スピードに最適化されていますが、 深い流動性とスリッページ管理に 依存しています。

ConnextやHop Protocolのような流動性ネットワークは、 接続された各ブロックチェーンに 事前に資金を供給されたプールを保持することにより、 スピードに最適化されています。 ユーザーが転送を開始すると、トークンは ソースチェーン上のプールに預け入れられ、 デスティネーションチェーンの対応するプールから 引き出されます。 このアプローチは待機時間を最小限に抑えますが、 流動性提供者からのカウンターパーティリスクと 資産価格の変動による潜在的な一時的損失を引き起こします。

3. ライトクライアントとリレーチェーン

より分散型のブリッジは、両方のブロックチェーンで動作する ライトクライアントを実装し、 簡略化された証明を使用してトランザクションを検証します。 リレーチェーン（ポルカドットやCosmos IBCのような）は、 ソブリンチェーン間のコミュニケーションを可能にする中間体として機能し、 共有コンセンサスを通じてセキュリティを維持します。

これらのアーキテクチャは 洗練された暗号学的検証に依存しています：

• **SPV（簡易決済確認）**は、 一方のチェーンが他のチェーンの トランザクションを全体のブロックチェーンを ダウンロードせずに検証することを可能にします。
• フォードプルーフは、 バリデータが無効な状態遷移を異議申し立てできる挑戦期間を提供します。
• バリディティプルーフ （例：zk-SNARKs）は、計算の正確さについて 数学的な確実性を提供します。

Cosmosエコシステムで使用される インターブロックチェーンコミュニケーション（IBC）プロトコルは トークン転送だけでなく、 クロスチェーンの契約呼び出しやガバナンスも可能にする 最も洗練された実装の一つを表しています。

4. ハッシュドタイムロック契約（HTLC）

当初はアトミックスワップに使用されていた HTLCは、暗号学的証明を一定時間内に両者が提出することを 要求することにより、信頼できない資産転送を可能にします。 安全である一方で、異なるチェーン間で 複雑で非効率的である場合もあります。

HTLCメカニクスは以下を含みます：

• 知識者が資金を請求するために必要なプリイメージを必要とするハッシュロック
• カウンターパーティがその部分を完了しない場合に 資金の回復を可能にするタイムロック
• アトミック（全かなし）トランザクションを 可能にする条件付き実行パス

アーキテクチャにかかわらず、 ブリッジはメッセージの検証、 ガス効率、終止時間の差異、 合意互換性に関連する 重大なエンジニアリング上の障害を克服する必要があります。 アカウントベースモデルとUTXOモデルのような 基本的に異なる設計哲学を持つチェーン間の ブリッジ構築の際に、 複雑さは指数関数的に増加します。

なぜ暗号ブリッジは頻繁にハッキングされるのか

ユーティリティがあるにもかかわらず、 ブリッジは暗号における最も危険な攻撃面の いくつかとなっています。 2020年から2024年の間で、 ブリッジを悪用したことで 30億ドル以上の損失が報告されています。 理由は技術的であり、体系的でもあります：

1. スマートコントラクトの脆弱性

ブリッジは資産の管理とトークン発行を 管理するためにスマートコントラクトに大きく依存しています。 いかなるロジックエラー、整数オーバーフロー、 不正なアクセス制御も壊滅的な損失につながる可能性があります。 2022年のWormholeにおける悪用（3億2千5百ドル）は、 攻撃者がシグネチャ検証をバイパスして 不正なトークンを発行したことが原因で起こりました。

これらの脆弱性はしばしば次の原因によります：

• 不十分な入力検証： シグネチャ形式やメッセージ構造を含む外部入力を 適切に検証しないこと

• 再入攻撃： コントラクトが外部コントラクトを呼び出す前に 状態を更新せず、複数回の引き出しを 可能にする場合 Cross-Function Race Conditions: 複数の関数が安全でない方法で同じ状態変数と相互作用する場合

• アクセス制御における論理エラー: 特に管理者機能や緊急停止メカニズムにおいて

ブリッジコントラクトは、開発や監査時に明らかでない可能性のある複雑なクロスチェーンロジックと潜在的なエッジケースを処理する必要があるため、特に脆弱です。

2. 集中型検証者とカストディアン

一部のブリッジは、マルチシグウォレットや少数の検証者に依存して取引を確認します。これにより集中化された攻撃ベクターが生じます。Ronin Bridge（Axie Infinity）は、9人の検証者のうち5人が攻撃者に侵害され、無制限の引き出しを可能にする定足数違反が起き、6億2500万ドルがハッキングされました。

検証者関連の脆弱性には以下が含まれます:

• 鍵管理の失敗: プライベートキーの不適切な保管および回転の実践
• ソーシャルエンジニアリング: 検証者のインフラにアクセスする主要な人物を対象とした攻撃
• 内部脅威: 検証者自身による悪意のある行動
• 集中化リスク: 少数の組織が検証プロセスを管理する場合

多くのブリッジのセキュリティモデルは最終的にその検証者セットの整合性に依存しており、ブロックチェーン技術の分散化の精神に反して単一故障点を形成しています。

3. オラクル操作

オラクルは、価格情報やイベント確認を含む重要なデータをブリッジに供給します。オラクルが操作されると、攻撃者は取引を偽造したり、トークンのインフレを引き起こせます。これは、合成資産やレバレッジを提供するブリッジにおいて特に危険です。

オラクル脆弱性は次のような形で現れます:

• 価格フィード操作: 一時的に市場価格を歪めるフラッシュローン攻撃
• 合意遅延: オラクルネットワークが取引の状態に関して意見が一致しない時
• 古いデータ: 時間に敏感な情報が迅速に更新されない時
• インセンティブの不整合: オラクルプロバイダーがシステムのセキュリティへの十分なステークを欠く場合

最近のMultichain侵害では、攻撃者がクロスチェーンメッセージを偽造し、約1億2600万ドルを盗むことを可能にしたオラクルが侵害されました。

4. 互換性と複雑さ

ブロックチェーンアーキテクチャの多様性が、セキュアなクロスチェーンコミュニケーションを非常に難しくしています。最終性、トランザクション順序、暗号標準の違いが微妙な脆弱性を開く可能性があり、ハッカーは巧妙に設計されたマルチチェーン攻撃を通じてこれを悪用します。

これらの複雑さに起因するリスクには以下が含まれます:

• 最終性の違い: あるチェーンが数秒でトランザクションを確認する一方で、別のチェーンは数分または時間がかかる場合
• ノンス管理: 異なる順序メカニズム間でのトランザクションシーケンスの正確性の確保
• 状態同期: 独立したネットワーク間で一貫した台帳状態を維持
• プロトコルアップグレード: ブリッジオペレーションに影響を与える破壊的変更を一つのチェーンが実装した場合

Nomadブリッジのエクスプロイト（1億9000万ドル）は、任意のメッセージを有効と証明することを可能にした一見些細な初期化エラーから生じました。これは、微妙な一貫性の欠如が壊滅的な失敗につながる可能性を示しています。

5. 不十分なセキュリティ監査

多くのブリッジは市場シェアの捕獲を目的に迅速に出荷され、適切なセキュリティ評価を受けることなくリリースされます。監査済みプロトコルでさえ、マルチチェーンロジックと伝統的なテストを逃れるエッジケースの複雑さにより、潜在的なバグを含んでいる可能性があります。

監査の制限には以下が含まれます:

• 時間制約: 徹底したセキュリティレビューを制限する市場への速い参入圧力
• スコープ制限: オフチェーンコンポーネントを無視し、スマートコントラクトのみに焦点を当てる
• 専門知識のギャップ: クロスチェーンセキュリティを専門とする監査人が少ない
• テスト環境の限界: 複雑なマルチチェーン相互作用をシミュレートする困難さ

Polynetworkのハッキング（2021年、6億1100万ドル）は、プロトコルがセキュリティ監査を受けていたにもかかわらず発生しました。監査を受けたコードでさえ重大な脆弱性を抱えうることを示しています。

より安全なクロスチェーンの未来に向けて

リスクを軽減するために、開発者や研究者は複数のフロントで取り組んでいます。

分散型ブリッジ検証者

ChainlinkのCCIP（Cross-Chain Interoperability Protocol）やLayerZeroのUltra Light Node（ULN）などのプロトコルは、集中化された仲介者を排除し、信頼仮定を改善することを目指しています。これらのシステムは以下を実装します:

• 分散型オラクルネットワーク: 数百の独立したノードに検証を分配
• 経済的セキュリティモデル: 検証者にセキュリティ保証として重要な資本のリスクを要求
• スラッシングメカニズム: 悪意のあるまたは怠慢な検証者に財政的なペナルティを課す
• しきい値暗号化: 有効な署名を生成するために、複数の当事者間での協力を要求

これらのアプローチは、多くの独立した検証者に信頼を分配し、単一のコンプロマイズされたエンティティの影響を減少させます。

形式的検証

高度な数学的技法を使用して、デプロイ前にスマートコントラクトの正確性を証明しています。Runtime VerificationやCertiKのようなプロジェクトがブリッジプロトコルに形式手法を適用しています。

• モデルチェック: すべてのプログラム状態を徹底的に検証
• 定理証明: コントラクトの正確性を数学的に証明
• 静的解析: コード検査を通じて脆弱性を特定
• シンボリック実行: シンボリック入力を使用してコントラクトの実行をシミュレート

形式的検証は、特に複雑な状態遷移を持つプロトコルにおいて、従来のテストが見逃す可能性がある脆弱性を特定できます。

多層防御セキュリティモデル

実行時監視、キルスイッチ、およびオンチェーン保険ファンドを組み合わせることで、侵害時の損害を軽減します。最新のブリッジ設計は以下を実装します:

• サーキットブレーカー: 疑わしいパターンが出現した際に自動でトランザクションを停止
• レート制限: エクスプロイトの影響を最小化するためのトランザクションボリューム制限
• タイムロック: 攻撃への対応時間を与えるための引き出しの遅延
• 保険プール: 攻撃が成功した場合にユーザーを補償するための資金を取り置く

例えば、AaveのPortalは、クロスチェーン資産を保護するために検証者コンセンサス、詐欺証明、トランザクションキャップを含む複数のセキュリティ層を使用しています。

ゼロ知識証明（ZKPs）

ZKPsに基づくブリッジは、暗号学的に確実なクロスチェーントランザクションの検証を可能にし、信頼仮定の依存を減らすことができます。ZKブリッジは以下を提供します:

• 数学的検証: 基礎データを明らかにせずにトランザクションの有効性を証明
• 簡潔な証明: 複雑な検証をコンパクトで効率的な証明に圧縮
• 即時確定性: クロスチェーントランザクションの即時検証を可能に
• プライバシー保護: 敏感なトランザクション詳細の保護

zkBridgeやSuccinct Labsのようなプロジェクトは、ブリッジのセキュリティに対するゼロ知識アプローチを先導していますが、計算オーバーヘッドが依然として課題です。

クロスチェーン標準

Interchain Standards GroupやEthereumのERC-5164のような業界の努力は、安全なクロスチェーン相互作用のための普遍的なプロトコルを定義しようとしています。標準化の利点には以下が含まれます:

• 共通のセキュリティ慣行: 基本的なセキュリティ要件の確立
• 相互運用可能なメッセージフォーマット: ブリッジ間の通信を可能に
• 監査フレームワーク: セキュリティの検証への構造的アプローチの作成
• 緊急対応プロトコル: 業界全体のインシデント対応手順の定義

ChainlinkによるCross-Chain Interoperability Protocol (CCIP)は、リスク管理ツールと堅牢なオラクルネットワークを通じて多くの歴史的なブリッジの脆弱性に取り組む新興の標準を示しています。

しかし、ネットワーク間で価値が流れる限り、ブリッジは洗練された敵の魅力的なターゲットであり続けます。攻撃者にとっての経済的なインセンティブは、ブリッジプロトコルにロックされた総価値（TVL）に比例して増加します。

最後に

暗号ブリッジは、本当に相互運用可能なブロックチェーンエコシステムの進化に不可欠です。Web3の結合組織であり、エコシステムを越えてコンポーザビリティを可能にし、ユーザーが多様なプロトコルの間で最大限の有用性を引き出すことを可能にしています。しかし、その有用性にはリスクが伴います。今の課題は、ただブリッジを構築するだけでなく、それを強化することです。

将来は、現在の断片化された状況よりも、よりセキュアなブリッジプロトコルに集中する兆しが見えるかもしれません。私たちはすでに、この傾向が主要なDeFiプロトコルがプロプライエタリソリューションを作成するのではなく、ChainlinkのCCIPやWormholeのアップグレードされたインフラのような既存のブリッジを選択することで現れつつあるのを見ています。

ユーザーとして、これらのシステムの仕組みを理解することが、情報に基づいた意思決定を行うための最初のステップです。ブリッジを利用する前に考慮すべき主な質問には、以下が含まれます:

• ブリッジはどのようなセキュリティモデルを採用しているのか？
• 検証者は誰であり、彼らの誠実な行動を何が動機付けているのか？
• プロトコルは包括的なセキュリティ監査を受けたか？
• ブリッジはタイムロックや他の保護措置を実装しているか？
• セキュリティインシデントの処理に関するブリッジの実績はどうか？

開発者にとって、課題は、急速に進化する脅威の環境において、パフォーマンス、分散化、セキュリティのバランスを取ることです。これは、防衛的プログラミングの実践を採用し、可能な場合は形式検証を実装し、信頼仮定を最小限にするシステムを設計することを意味します。

数十億ドルがチェーンを越えて流れ続ける中、暗号ブリッジの安全性は、ブロックチェーンの採用ペースと成功を決定する可能性が非常に高いです。これらのセキュリティ課題を解決するための業界の能力は、シームレスで相互運用可能なマルチチェーンの未来を実現するために非常に重要となるでしょう。