ビットコインのプログラマビリティ：サイドチェーン、ロールアップ、BitVM

サイドチェーン：Liquid、Rootstock（RSK）、Stacks（sBTC）

サイドチェーンは、ビットコインと並行して稼働する独立型のブロックチェーンであり、ベースレイヤーにはない機能を実現します。これらはBTCをオンチェーンでロックし、サイドチェーン上で価値の等しい資産を発行する仕組みに基づきます。各サイドチェーンは独自のコンセンサスルール、仮想マシン、トランザクションロジックを持っています。

Liquid Network

Liquid NetworkはBlockstreamが開発したフェデレーション型サイドチェーンで、主に取引所間の即時決済を目的としています。ユーザーはBTCをペグインすることで、Liquidネットワーク上でL-BTCとして利用できます。Liquid上のトランザクションは高速（1分間隔のブロック生成）、高いプライバシー（Confidential Transactions技術の活用）、およびステーブルコインや証券などトークン発行のサポートを特徴とします。Liquidは、機能者と呼ばれるフェデレーションによってブロック署名やペグイン／ペグアウト運用が管理されています。高性能かつプライバシー性に優れる一方で、そのセキュリティはビットコインのプルーフ・オブ・ワークではなく、フェデレーションの信頼性に依存しています。

Rootstock

Rootstock（RSK）は、BTCペグ型サイドチェーンで、完全なEVM（イーサリアム仮想マシン）互換性を持っています。Solidityでのスマートコントラクト記述に対応しており、BTCを基礎資産としたDeFiアプリ、オラクル、NFTなどの開発が可能となっています。RSKはビットコインとマージマイニングを採用し、BTCマイナーがRSKブロックも検証できます。ただし、ペグ機構はフェデレーション管理下にあり、RSKのセキュリティはその仲介者グループに依存します。

Stacks

Stacks（旧Blockstack）は、ビットコインを決済およびアンカー層として利用しつつ、実行用の独自チェーンを運用する独自のアプローチを採ります。2023年にリリースされたsBTCは、実際のビットコインと1:1でペグされるプログラマブルBTC資産です。sBTCにより開発者はClarityという決定可能かつ非チューリング完全な言語でスマートコントラクトを記述できます。Clarityはイーサリアムのガス課金モデルと異なり、予測可能な計算と明瞭なコントラクトロジックを提供します。Stacksは現在、Nakamotoアップグレードへの移行を進めており、ブロック生成の高速化や新しいコンセンサス層の導入による応答性向上を目指しています。

ビットコインにおけるロールアップ

ロールアップは、複数のトランザクションを1つの証明にまとめてベースチェーンに提出するレイヤー2プロトコルです。イーサリアムにおいては、ロールアップによってオンチェーン負荷を抑えつつスケーラブルなDeFiエコシステムが実現されています。ロールアップでは、計算処理やデータ保存はオフチェーンで行い、決済および証明検証のみをオンチェーンで実施します。これによりベース層のセキュリティを保持しつつ、スループットが大幅に拡張されます。

ビットコインでは、スクリプト言語の制約やSNARKs・STARKsといった複雑な証明のネイティブ検証がないため、ロールアップ導入は困難でした。しかし2024年から2025年にかけて、ビットコインロールアップに関する大きな進展が見られます。

Citrea

CitreaはChainwayが開発した、ビットコイン初のゼロ知識ロールアップです。Taprootアップグレードを活用し、zk証明をオンチェーンにアンカーする一方、zkVM（ゼロ知識仮想マシン）でオフチェーン処理を行います。開発者は暗号学的に検証可能なスマートコントラクトやアプリケーションを記述でき、ビットコインノードによる全工程の検証は不要です。Citreaは完全性とモジュール性を重視し、DeFiアプリをサポートしつつビットコインブロックへのネイティブ決済を目指しています。

BOB

BOB（Build on Bitcoin）は、イーサリアム開発ツールを活用したアプリ層と接続するEVM互換のハイブリッドロールアップです。OP-stackインフラとネイティブBTCブリッジを組み合わせ、Solidityを利用しながら確定性をビットコインにアンカーします。BOBは既存イーサリアムツールとの高い相互運用性を重視しており、マルチチェーン開発に適しています。一方、BTCブリッジの信頼性およびバリデータセットの分散性については課題が残ります。

Botanix

Botanixは2025年初頭にリリースされたEVM互換のビットコインロールアップです。独自アーキテクチャにより、EVMベースのトランザクションをビットコインにアンカーしつつ、ロールアップ層では高速な実行を維持します。5秒ブロック生成、統合ウォレットインフラ、流動性供給ツールを備えています。ペグはフェデレーションまたはスマートコントラクト型カストディアンによるBTCブリッジ方式が選択でき、イーサリアムツールに精通した開発者に適したビットコインネイティブ環境を提供します。

ビットコインロールアップは発展途上の分野であり、現行実装にはイーサリアムロールアップのような完全なトラストレスなペグイン／ペグアウト保証はありません。代わりに第三者ブリッジやタイムロック型リデンプションなどの仕組みを利用しています。ビットコインには一般用途の証明検証用オペコードが欠如しているため、zk証明や不正証明の直接的な検証には限界があります。しかし、OP_CAT、OP_TAPLEAF_UPDATE_VERIFY、Covenants等の研究が進めば、今後はより信頼最小化されたロールアップ設計も可能になると期待されます。

BitVM

BitVMは、ビットコインのコンセンサスルールを変更せずにチューリング完全計算を可能にする新たなフレームワークです。2023年の発表以降、BitVMはプローバー（証明者）とベリファイア（検証者）の間のチャレンジレスポンス型プロトコルを活用し、ハッシュコミットメントや条件付きスクリプトで任意計算をシミュレートします。Taprootツリーや事前署名済みトランザクションによって、ゲーム理論的な保証も持たせています。

BitVMを活用すれば、任意の計算関数をオフチェーンで実行し、少なくとも1者が誠実にチャレンジプロトコルに参加すればオンチェーンで正当性を検証できます。これにより、ゼロ知識証明検証やBTCネイティブブリッジ、ロールアップ検証といった新たなユースケースが開拓されます。

BitVMは従来のスマートコントラクトとは異なり、オンチェーンでの計算処理を持ちません。全ての実行はオフチェーンで行い、紛争時のみビットコイン上で解決が行われます。そのためブロックスペース消費を最小化し、ビットコインの堅牢な設計を保ちますが、レイテンシや多くのやり取りが発生することにより、BitVMはユーザー向けアプリではなく、決済検証や不正検出、条件付きアンロックなどの用途に適しています。

新世代ビットコインLayer-2：Merlin、B² Network、Bitlayer

既存のLayer-2であるCitrea、Stacks、RSKに加えて、2025年にはビットコインのプログラム可能性とスケーラビリティをより一層推進する新ソリューションが登場しています。Merlinは、DeFiアプリケーション向けに最適化されたビットコインネイティブLayer-2であり、高速な取引確定、高スループット、イーサリアム型dAppエコシステムを再現する開発ツール群を提供しています。EVM互換スマートコントラクトの実装や、流動性プロバイダー向け強力なインセンティブ設計を備え、ビットコインと現代的DeFiの利便性格差解消を目指します。

B² Networkは、ビットコイン向けzk-rollupフレームワークを構築し、ゼロ知識証明を活用してスケーラビリティとプログラム可能性を実装します。EVM互換性を持ち、開発者はSolidityコードを再利用しつつ、ビットコインの堅固な最終決済の恩恵を受けることができます。リカーシブSNARK（再帰的SNARK）でトランザクションデータを圧縮し検証効率を高めますが、BTCのレイヤー間移動にはブリッジが必要です。

Bitlayerは、ビットコイン初のzkVM搭載レイヤー2を標榜し、さらにモジュール性に特化した設計を採用しています。開発者は高い暗号保証が担保された汎用アプリの開発が可能で、決済・データ可用性層としてビットコインを活用します。スマートコントラクト設計の柔軟性やクロスチェーンメッセージ、Remix・Hardhat等イーサリアム開発ツールとの互換性を備えており、汎用的なビットコイン実行環境として注目されています。

これらのプロジェクトは、ビットコインのスループット拡張だけでなく、プログラム可能で相互運用性を持つ金融インフラとしての進化の動きを示しています。それぞれセキュリティやパフォーマンス、分散性について異なるトレードオフがありますが、ビットコインが複雑なアプリケーション基盤となる将来像を示唆しています。

ペグイン／ペグアウトモデル、バリデータセット、証明前提

ビットコイン上の全てのプログラム可能Layer-2は、ベース層とレイヤー2間の資産転送手段を必要とします。これには、BTCをオンチェーンでロックし、オフチェーンで等価のトークンを発行するペグ技術が必須です。このプロセスの安全性・整合性は、ユーザー信頼とプロトコルの安全性に直結します。

一般的なモデルはフェデレーションペグで、複数の署名者が管理するマルチシグウォレットを利用します。ユーザーはこのウォレットにBTCを送信し、サイドチェーン上ではL-BTCやRBTCなどのトークンを受け取ります。払い戻し時にはトークンを返還し、フェデレーションがBTCを返します。この方式は簡易かつ拡張性がありますが、カストディリスクが生じます。フェデレーションが共謀した場合や侵害された場合、資産消失や凍結の懸念があります。

一部システムはスマートコントラクト型ペグやHTLC（ハッシュタイムロックコントラクト）を活用して非カストディアルブリッジを実現しますが、ビットコインのスクリプト上の制約から機能は限定的です。ロールアップの場合、BTCをロックコントラクトに送付後、オフチェーン検証により後日引き出す一方向ペグも採用されています。ただし、ビットコインはzk証明・不正証明のネイティブ検証を持たないため、外部リレーや検証サーバー信頼が前提となります。

バリデータセットは各システムで異なります。RSKのようなサイドチェーンはマージマイニングでビットコインマイナーの経済的インセンティブを活用し、その他は専用署名者やPoA、PoSなど多様な方式があります。Layer-2の安全性や検閲耐性は、バリデータセットの分散度や透明性によって大きく左右されます。

証明システムも多様化しています。ロールアップはゼロ知識証明（SNARK等）や楽観的な不正証明を利用する場合があり、BitVMは計算チャレンジ型の新たなインタラクティブ証明体系を導入しています。それぞれ検証速度・コスト・ユーザー信頼性において異なるトレードオフを持ちます。

開発者エコシステムとツール群

プログラム可能なLayer-2の価値は、開発者がその上で実際にアプリやサービスを構築できてこそ最大化されます。2025年現在、ビットコインエコシステムはスマートコントラクト開発や資産発行、ウォレット連携を支援するツールの拡充が進んでいます。

StacksはClarity言語を提供し、予測可能な実行とビットコインブロックとのネイティブ連携を実現しています。開発者はClarityやアンカー機能を用いてDeFiアプリ、NFTプラットフォーム、DAOをビットコインチェーンに展開可能です。

RSKはSolidityやEVMツール対応により、イーサリアム系開発者がスムーズにビットコイン基盤へ移行できます。SovrynやTropykusはRSK上でレンディングやトレード、ステーブルコイン機能を実装しています。

CitreaやBotanixは既存イーサリアム系言語での開発を可能とするロールアップSDKの提供を目指し、Remix・Metamaskとの統合や分析のためのサブグラフインデックスもサポートします。

BitVM関連ツールはまだ黎明期ですが、コンパイラやディスピュートエンジン、オンチェーン検証器の試作が進んでおり、インタラクティブ証明やカスタム計算ロジックを実用化するために不可欠な役割を果たします。

L2.watch、Chainway、BOB Studioなどインフラプロバイダーが、ダッシュボードやブリッジ、開発者向けポータルの整備を進め、ビットコインLayer-2の普及を後押ししています。相互運用性が向上することで、開発者はBTC決済を活用したクロスチェーンアプリや、Layer-2由来のスマートコントラクト・トークンロジックを組み合わせた新サービスを構築できるようになります。