2021 Fiscal Year Final Research Report

Understanding the Network Structure and Dynamics of Cryptoasset's Transactions at a Global Scale

Research Project

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Project/Area Number	19K22032
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 25:Social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
Research Institution	University of Hyogo
Principal Investigator	Fujiwara Yoshi 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (50358892)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	日高義将国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (00425604) 初田哲男国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, プログラムディレクター (20192700) 井上寛康兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 准教授 (60418499) 土居孝寛大阪大学, 核物理研究センター, 特任助教(常勤) (50804910)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	暗号資産 / ブロックチェーン / 決済システム / 複雑ネットワーク / 代数的トポロジー
Outline of Final Research Achievements	This study concerns about transactions recorded in the largest cryptoasset of Bitcoin's blockchain. Based on the estimation of users from wallets (addresses) in the blockchain, we define a crypto flow network comprising users as nodes and transactions as edges, and analyzed the network structure and its temporal change by using complex network analysis. As a result, by using an algebraic topology of Hodge decompostiion, we clarfied each user's location related to demand and supply of the crypto and the network structure, regarding the upstream/downstream flow and the strongly connected component. In addition, by applying a machine learning method of non-negative matrix factorization in the framework of Bayesian estimation, we revealed big players' activities in the principal components of crypto flow.
Free Research Field	経済物理、ネットワーク科学、データ科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	通貨の本質は信用取引を記録するための帳簿(ledger)である。すべての経済活動は信用(credit)を基盤とするから、通貨の流れと取引価格の決定についての研究は、信用取引としての決済システムという社会基盤として極めて重要である。これまで、通貨の流れを把握するということさえ、そのデータの入手困難さのため、ほぼ不可能であった。本研究は、ビットコインを代表とする暗号通貨を対象として、それら決済および取引価格の大規模なデータを収集して、その詳細な情報に基づいて、ユーザー間の通貨流通の全体像、すなわち決済ネットワークの構造とその時間的な変化、ならびに取引価格のダイナミクスを解明する研究を行った。