ICPの概要（Overview of ICP）

公開日: 2024年8月2日

更新日: 2024年8月2日

※この記事はOverview of ICPの内容を引用しています

概要

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インターネットコンピュータプロトコル (ICP) は、しきい値暗号化、ステートマシン複製、および新しいコンセンサスアルゴリズムに基づくブロックチェーンです。

分散実行のセキュリティを維持しながら、スマートコントラクトにネイティブに近いパフォーマンスとスケーラビリティを提供するように慎重に設計されました。台帳や取引所などの従来の DeFi スマートコントラクトに加えて、ICP は、画像分類などの計算とストレージを多用するアプリケーションを完全にオンチェーンで実行できます。

ICP のもう 1 つの重要な設計面は、既存のエコシステムとのシームレスで安全な統合です。ICP 上のスマートコントラクトは Web アセットをホストし、ユーザーからの HTTP リクエストに対応できるため、Web3 の約束を果たします。また、安全な HTTP リクエストを介して、他のブロックチェーンの RPC ノードや Web2 サーバーと対話することもできます。これらの機能としきい値署名を組み合わせることで、スマートコントラクトは Bitcoin や Ethereum などの他のブロックチェーン上でアセットを保持し、トランザクションを実行できるようになります。

これらの機能がどのように実現されるかについては、以下をお読みください。

サブネット

ブロックチェーンは、単一のノードと同じ速度で実行でき、同じ量のリソースしか提供できません。この制限を克服するための鍵の 1 つは、シャーディングです。ICP は、スマートコントラクトをブロックチェーンの複数のインスタンスにシャーディングします。各インスタンスはサブネットと呼ばれ、独自の分散ノードセットを持ち、それらの間でコンセンサスアルゴリズムを実行し、独自のブロックチェーンを構築し、スマートコントラクトを実行します。各サブネットは、他のサブネットと並行して実行されます。1 つのサブネット上のスマートコントラクトは、メッセージを送信することで、別のサブネット上の別のスマートコントラクトと通信できます。ユーザーもスマートコントラクトにメッセージを送信できます。次の図は、ICP 上のメッセージの流れを示しています。

メッセージは境界ノード (RPC ノード) の 1 つに送信されます。
境界ノードは、ターゲットのスマートコントラクトをホストするサブネットにメッセージをルーティングします。
そのサブネットのコンセンサスアルゴリズムは、メッセージをサブネットのブロックチェーン内の新しいブロックに追加します。
メッセージは、ターゲットのスマートコントラクトの入力キューに追加されます。
スマートコントラクトはメッセージを実行します。

ステップ 3 ～ 5 は非同期であり、互いに分離されていることに注意してください。これは、ブロックに追加されるときに実行される Ethereum スタイルのアトミックトランザクションに慣れている開発者にとっては珍しいことかもしれません。この設計の目的は、スケーラビリティです。

サブネットにはさまざまなサイズ (つまりレプリケーション係数) があり、これによってそのサブネット上でスマートコントラクトを実行するコストが決まります。また、ファイナリティとセキュリティまでの時間にも影響します。

しきい値署名

各 ICP サブネットには固定の公開鍵があります。対応する秘密鍵は単一のノードに保存されず、どのノードでも使用できません。代わりに、複数の秘密共有に分割され、しきい値暗号化を使用してすべてのノードに配布されます。ノードは、これらの秘密共有を使用して、ユーザーや他のサブネットへのメッセージにまとめて署名できます。これにより、ユーザーは、ブロックチェーンのブロックをダウンロードして検証することなく、固定の公開鍵に対してデジタル署名を検証するだけでよいため、状態と結果の検証が簡単になります。

この機能には大きな意味と使用例があります。

ブロックチェーン内のブロックを永久に利用可能にしておく必要はありません。これはスケーラビリティのボトルネックになります。実際、ICP は古いブロックを積極的にガベージコレクションして、ストレージ使用量を制限します。
スマートコントラクトは独自の秘密鍵を持つことができ、ビットコインやイーサリアムなどの他のブロックチェーンのトランザクションに署名できます。これにより、それらのブロックチェーンとの信頼のないやり取りが可能になります。

※この機能は、ICP ではチェーンキー暗号化と呼ばれます。

スマートコントラクト

ICP は、スマートコントラクトを実行するための仮想マシンとしてWebAssemblyを使用します。つまり、開発者は JavaScript、TypeScript、Rust、Python、ICP 専用に設計された Motoko などの一般的なプログラミング言語でスマートコントラクトを記述できます。

さらに、ICP 上の単一のスマートコントラクトは、Ethereum 仮想マシン (EVM) 全体をホストできるほど強力です。これにより、Solidity で記述された EVM スマートコントラクトを展開できます。

ICP のユニークな特徴は、スマートコントラクトが HTTP リクエストを処理し、HTML、JS、CSS などの Web アセットを提供できることです。つまり、バックエンドとフロントエンドの両方が完全にオンチェーンでホストされる Web3 アプリケーションを作成できます。スマートコントラクトは、ICP 外部の他の Web2 サービスにリクエストを行うこともできます。

Ethereum 開発者は、スマートコントラクトがアトミックトランザクション内で順次実行されるという概念に慣れているかもしれません。ICP はスケーラビリティを採用し、スマートコントラクトを並列で実行します。その点では、スマートコントラクトは従来のプログラミングのプロセスやマイクロサービスに似ています。スマートコントラクトは完全に自律的であり、ユーザーのメッセージ送信に依存せずにタイマーを使用して実行をスケジュールできます。

ストレージに関しては、スマートコントラクトは WebAssembly メモリに任意のデータを保存できます。さらに、スマートコントラクトはより大きな安定メモリを使用できます。アップグレード可能なスマートコントラクトでは、2 つのメモリの違いが重要です。WebAssembly メモリはアップグレード時にクリアされますが、安定メモリは保持されます (「安定」という名前が付けられているのはこのためです)。不変のスマートコントラクトの場合、サイズとアクセスする関数を除いて、2 つのメモリの間に目に見える違いはありません。

※ICP のコンテキストでは、スマートコントラクトはキャニスターと呼ばれます。

アカウントとキー

ICP は、ユーザーの公開キーをハッシュしてユーザーアカウントのアドレスを導出します。

アドレスのテキストエンコーディングには、次のようなチェックサムが含まれます。

mh4eq-xsi7l-lgz7s-gmxoh-stiey-277n4-lev4o-q6hah-22sk6-ahlhm-qae

ICP は複数の種類のキー (ECDSA、Ed25519、BLS) をサポートしています。開発者ツールは通常、PEM 形式でキーを生成し、受け入れます。

スマートコントラクトは、ユーザーアカウントをサービスとして提供できます。インターネットアイデンティティは、Web2 ユーザーがユーザー認証を利用してユーザーをアイデンティティにマッピングし、依存当事者に委任を提供するブロックチェーンアカウントを持つことを可能にするスマートコントラクトの例です。

ハードウェアウォレットやブラウザ拡張ウォレットも使用できます。

※ICP のコンテキストでは、アドレスはプリンシパルと呼ばれます。

トークン

ICP のアカウントには残高が組み込まれていません。これは、Ethereum などの他のチェーンと比較した場合の大きな設計上の違いです。すべてのトークンはスマートコントラクトによって実装されます。ICP には、ERC-20 標準に相当するICRC-2があります。スマートコントラクトが ICRC-2 を実装する場合、代替可能なトークンが実装され、そのための元帳があります。

メッセージ

ICP のプログラミングモデルは、トランザクションではなくメッセージを送信することで呼び出しが行われるアクターモデルに似ています。トランザクションとメッセージの違いは、スマートコントラクトが他のスマートコントラクトを呼び出すときにのみ明らかになります。トランザクションは、呼び出しのいずれかが失敗した場合にすべての状態変更をロールバックするという意味でアトミックです。メッセージには、呼び出し間でのこのようなアトミック性の保証はありません。ICP でのプログラミングは、Ethereum と比較して非同期です。スマートコントラクトが呼び出しを行わない場合、メッセージはトランザクションとまったく同じように動作します。

サイクル

イーサリアムなどの他のブロックチェーンでは、ユーザーは現在のガス価格に応じて、トランザクションの送信と実行に対して変動料金を支払います。Web3 アプリケーションを閲覧するユーザーのエクスペリエンスを簡素化するために、ICP は「リバースガスモデル」を採用しています。このモデルでは、キャニスターは消費したリソースに対してサイクルを燃焼することで支払います。これはイーサリアムのガスに似ていますが、法定通貨のグループと相関する固定価格になっています。

ガバナンス

ICP は、Network Nervous System (NNS) と呼ばれる分散型自律組織 (DAO) コミュニティによって管理されています。これは、ICP 自体で実行される一連のスマートコントラクトとして実装されています。コミュニティメンバーは、ICP トークンをステーキングし、提案に投票することでガバナンスに参加できます。ノードのアップグレードなど、ICP に対するすべての運用上の変更は投票で処理されます。NNS は、投票を通過した提案を自動的に実行します。これにより、ノードが同じバージョンのプロトコルを実行するようになり、ハードフォークが回避されます。

※ガバナンスとノードの所有権は分離されています。ノードを持たずにガバナンスに参加することも可能ですし、その逆も可能です。

ノード

ICP のノードプロバイダーになるには、DAO コミュニティからの投票が必要です。これには 2 つの理由があります。

これにより、ハードウェアが ICP の高い基準 (64 個の CPU コア、512 GiB の RAM、30 TB の NVMe SSD) を満たすことが保証されます。このようなノードは高いスループットを維持し、強力な Web3 アプリケーションを実現できます。
これにより、ノードプロバイダーの ID がコミュニティに知られるようになります。ノードプロバイダーは善意の宣言に署名しており、ノードが不正行為を行った場合に責任を負う可能性があります。これにより、シビル攻撃の実行が困難になり、ナカモト係数を高く保ちながらノードの数を減らすことができます。ノードは、オペレーター、地理、管轄権の観点から分散化が最大化されるようにサブネットに割り当てられます。これは、決定論的分散化と呼ばれます。

現在、サブネットには 13 ～ 40 個のノードが含まれており、そのほとんどは地理的に分散されています。ただし、ローカル規制に準拠する必要があるアプリケーションをサポートするために、ローカライズされたサブネットが存在する場合もあります。

Ethereumとの簡単な比較

イーサリアムICP仮想マシンEVMWebアセンブリオンチェーンWeb3-はいブリッジレスビットコイン-はいスマートコントラクトはメッセージに署名できる-はいスマートコントラクトからWeb2へのHTTP呼び出し-はい言語Solidity、Vyper、ユルJS、Python、Rust、Solidity、Motokoなどプログラミングモデルアトミックトランザクション非同期メッセージパッシングアップグレード性不変アップグレード可能か不変かガスモデルユーザーが支払うスマートコントラクトによる支払いガソリン価格変数修理済み計算ブロックあたり数百万の命令（3000万ガス制限に基づく）ブロックあたり 20 億命令 (サブネットあたり)最終性約15分約1.4秒平均送信/メッセージ手数料約1ドル約$0.000001スタックサイズ32KB (256ビット値のうち1024個)5MBコードサイズ24KB（コード共有によりさらに増加）10MBメモリー容量数KB404GiB (4GiB Wasm メモリ + 400GiB の安定メモリ)保管コスト1 GiB あたり 1,800 万ドル (KB あたり 640K ガスに基づく)1 GiB あたり年間 5 ドルノード数約7K合計約 500、サブネットあたり 13 ～ 40