2021 Fiscal Year Research-status Report

Studies on fundamental blockchain technology for spatio-temporal permanent certification system and its application to countering disinformation

Research Project

Project/Area Number	20K11797
Research Institution	Chiba Institute of Technology
Principal Investigator	藤原明広千葉工業大学, 工学部, 教授 (70448687)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ブロックチェーン / 合意アルゴリズム / スケーラビリティ / 改ざん耐性 / 非中央集権性 / 相互運用性 / bloxberg
Outline of Annual Research Achievements	昨年度に提案したブロックチェーン履歴交差法について，理論性能評価を更に進めることができた．具体的には，Bitcoin Core (BTC)のようなブロックチェーン・システムの取引処理速度の理論的な限界値を見積もり，このようなシステムではOn-chain技術によるスケーラビリティ問題の解決が不可能であることを示した．また，取引処理速度の一般計算式を明示し，ドメイン数を100以上に増やし，数分のブロック生成時間間隔で，ブロックサイズも数十倍程度に変更したシステムにおいて履歴交差法を実行した場合，VISAクレジットカードの最大取引処理速度程度の性能を達成可能であることを示した．また履歴交差法における非中央集権性についても考察した．更に改ざん耐性の向上比率を定義し，故障ノードがある場合にも拡張した改ざん耐性の理論性能評価も行った．その結果，故障ノードが存在したとしても，全ドメインで履歴交差部を共有したブロックを保持し合うことで，改ざん耐性の低下を防ぐことができることが確認できた． PolkadotやCosmosなどのブロックチェーン間の相互運用性を考慮したプロジェクトが知られている．これらは上位層と下位層の多層構造を持つ合意アルゴリズムである点においてブロックチェーン履歴交差法と似ているように見える．しかし，PolkadotやCosmosが上位層にリレーチェーンというブロックチェーンを持つ構造を取る一方，ブロックチェーン履歴交差法では上位層にブロックチェーンを持たない．この点で，ブロックチェーン履歴交差法が複数ブロックチェーンを接続し，相互運用性を高める新しい手法であることも分かった．ブロックチェーンを用いて信頼できる世界的な科学研究基盤を構築するプロジェクトとして知られるbloxbergに参加し，メンバーの一人として千葉工業大学の承認ノードの管理を担当することとなった．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 既存のブロックチェーン技術における取引処理速度に関する理論的な限界値やブロックチェーン履歴交差法の理論性能評価を行うことができた．また履歴交差法はPolkadotやCosmosと異なる仕組みで相互運用性を高めることができる，新しいタイプのブロックチェーン・システムであることも確認できた．ブロックチェーンを用いた偽情報・誤情報対策として，Bitcoin SVを用いたファクトチェック支援システムの開発も進めることができた．またBitcoin SVのスマートコントラクトの機能を利用してクラウドソーシングを行う方法についても検討することができた．また研究活動以外でも，Blockchain for Scienceを目指すプロジェクトであるbloxbergに参加し，コンソーシアム・チェーンのスケーラビリティ問題について調査することもできた．現時点で50以上の大学等の組織がbloxbergに参加しており，各組織が1ノードずつを管理している．この状況においてProof of Authorityに基づく合意形成アルゴリズムが不安定になる問題があることが分かった．これを解決する為に，bloxberg内のワーキンググループに参加し，問題解決の為の議論に参加することもできた． 2021 Japan-America Frontiers of Engineering Symposium (2021JAFOE)に招待講演者として参加し，ブロックチェーンについて解説したり，これまでの研究成果について発表することもできた．
Strategy for Future Research Activity	ブロックチェーン履歴交差法でスケーラビリティ問題を解決する為には，上位層の合意アルゴリズムの処理速度の限界について性能評価を行う必要がある．このことについて更に研究を進めていく予定である．またPolkadotやCosmosについても調査を進めることで，ブロックチェーン間の相互運用性を高めるプロジェクトを体系的に整理することも検討したい．ブロックチェーン間で相互運用性を高める為には，ブロックチェーンの外部情報を正しく記録する為のオラクル問題にも対処する必要がある．Chainlinkなどの分散オラクルについても調査を進めることで，オラクル問題を回避する手法についても引き続き研究を進める予定である．ブロックチェーンを用いたファクトチェック支援システムの開発も継続して行っていく．ブロックチェーンにファクトチェックを記録するプログラムは完成したので，ファクトチェッカーが利用するためのユーザ・インターフェースの作成の方を更に進めていく予定である．実際にファクトチェック活動に利用してもらうことで，ユーザ・インターフェースの評価を行うことも検討したい． bloxbergプロジェクトに継続的に参加し，コンソーシアム・チェーンのスケーラビリティ問題についても実用的な解決方法について引き続き調査を行っていきたい．
Causes of Carryover	国内外の学会に出張して研究動向の調査や研究発表を行う予定であったが，コロナ禍である為に予算が使用できなかった．今後はコロナの収束度合いの様子を見つつ，国内外の学会に参加して最終研究成果を発表する為の旅費として使用する予定である．また研究に使用する情報端末やレンタルサーバの費用としても使用する予定である．また提案システムをMainnetで実行して動作検証する為に予算の一部を利用することも可能であれば検討する．