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超スケーラブル汎用ブロック・チェーン技術に向けた情報学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H01103
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

笠原 正治  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20263139)

研究分担者 笹部 昌弘  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (10379109)
川原 純  京都大学, 情報学研究科, 准教授 (20572473)
原 崇徳  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70907881)
中畑 裕  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (50942067)
張 元玉  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (90804013)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)
2022年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2021年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2020年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2019年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
キーワードブロック・チェーン / DSSトリレンマ / インセンティブ・メカニズム / セキュリティ / IoTアクセス制御 / 低遅延P2Pネットワーク / 高速ブロック同期 / 低遅延P2Pネットワーキング
研究開始時の研究の概要

仮想通貨の基盤技術であるブロック・チェーンには,分散性・安全性・拡張性の三要素を同時に満たすことができないトリレンマ関係が存在し,そのため不特定多数の参加ノードからなる分散システム上で,高度なセキュリティを保証しかつ高速なトランザクション承認を提供するブロック・チェーンの実現が不可能と言われている.本研究課題では,ブロック・チェーンのトリレンマを克服するための方法論を情報学横断的に探求する.本研究で得られる成果はブロック・チェーン・ トリレンマの解決という意義に加え,IoTやフィンテック,ヘルスケア,行政・物流とい った幅広い分野での応用が期待される.

研究成果の概要

本研究課題では,ブロック・チェーンのセキュリティ・メカニズムについて,ネットワーク及び合意形成メカニズムの観点から数理的・実験的に性質を明らかにするとともに,近年着目されている分散台帳のデータ構造である有向非巡回グラフに対する特徴量を定義して理論的性質を明らかにした.また,ブロック・チェーンを基にした大規模IoTネットワーク用アクセス制御として属性ベースや能力ベースのアクセス制御方式を提案し,実証実験を通して提案手法の有効性を確認した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

ブロック・チェーン技術では,分散性・安全性・拡張性の三点が重要な性質であるが,どのような種類のブロック・チェーンでも高々二つの性質しか満足できないトリレンマ問題が知られている.本研究課題では,参加者のインセンティブ,合意形成メカニズム,トランザクション処理性能の観点からトリレンマ問題の特徴を分析するとともに,ブロック・チェーン技術のIoT応用の上で重要な高度なセキュリティ保証と低コスト化を実現する方法論を検討したものであり,ブロック・チェーン技術の今後の発展に寄与する点は少なくない.

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 6件、 査読あり 20件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] DAG-Pathwidth: Graph Algorithmic Analyses of DAG-Type Blockchain Networks2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Kasahara, Jun Kawahara, Shin-ichi Minato, Jumpei Mori
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E106.D 号: 3 ページ: 272-283

    • DOI

      10.1587/transinf.2022FCP0007

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 年月日
      2023-03-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of interaction between miner decision making and user action for incentive mechanism of bitcoin blockchain2023

    • 著者名/発表者名
      Hiraide Takumi、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      Frontiers in Blockchain

      巻: 6

    • DOI

      10.3389/fbloc.2023.1067628

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An Incentivization Mechanism with Validator Voting Profile in Proof-of-Stake-Based Blockchain2022

    • 著者名/発表者名
      MATSUNAGA Takeaki、ZHANG Yuanyu、SASABE Masahiro、KASAHARA Shoji
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Communications

      巻: E105.B 号: 2 ページ: 228-239

    • DOI

      10.1587/transcom.2021CEP0004

    • NAID

      130008149874

    • ISSN
      0916-8516, 1745-1345
    • 年月日
      2022-02-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Block diffusion delay attack and its countermeasures in a Bitcoin network2022

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Sasabe, Masanari Yamamoto, Yuanyu Zhang, Shoji Kasahara
    • 雑誌名

      International Journal of Network Management

      巻: 32 号: 3 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1002/nem.2190

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Performance Modeling of Bitcoin Blockchain: Mining Mechanism and Transaction-Confirmation Process2021

    • 著者名/発表者名
      KASAHARA Shoji
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Communications

      巻: E104.B 号: 12 ページ: 1455-1464

    • DOI

      10.1587/transcom.2021ITI0003

    • NAID

      130008123288

    • ISSN
      0916-8516, 1745-1345
    • 年月日
      2021-12-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combining IOTA and Attribute-Based Encryption for Access Control in the Internet of Things2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yuanyu、Nakanishi Ruka、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 号: 15 ページ: 5053-5053

    • DOI

      10.3390/s21155053

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Attribute-Based Access Control for Smart Cities: A Smart-Contract-Driven Framework2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yuanyu、Yutaka Mirei、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: 8 号: 8 ページ: 6372-6384

    • DOI

      10.1109/jiot.2020.3033434

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cost-Efficient Blockchain-Based Access Control for the Internet of Things2021

    • 著者名/発表者名
      Wiraatmaja Christopher、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      2021 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/globecom46510.2021.9685205

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Intelligent Mining Pool Selection in the Case of Unobservable Block Withholding Attack2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Kentaro、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      2021 IEEE International Conference on Blockchain and Cryptocurrency (ICBC 2021)

      巻: - ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/icbc51069.2021.9461125

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mining Pool Selection under Block WithHolding Attack2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Kentaro、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 11 号: 4 ページ: 1617-1617

    • DOI

      10.3390/app11041617

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Selfish Yet Optimal Routing by Adjusting Perceived Traffic Information of Road Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Hara Takanori、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of Intelligent Transportation Systems

      巻: 1 ページ: 120-133

    • DOI

      10.1109/ojits.2020.3019935

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Capacitated Refuge Assignment for Speedy and Reliable Evacuation2020

    • 著者名/発表者名
      Hara Takanori、Sasabe Masahiro、Matsuda Taiki、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      ISPRS International Journal of Geo-Information

      巻: 9 号: 7 ページ: 442-442

    • DOI

      10.3390/ijgi9070442

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimality analysis of locality-aware tit-for-tat-based P2P file distribution2020

    • 著者名/発表者名
      Nishi Yohei、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      Peer-to-Peer Networking and Applications

      巻: 13 号: 5 ページ: 1688-1703

    • DOI

      10.1007/s12083-020-00925-2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On Eavesdropping Region Characterization in Hybrid Wireless Communications2020

    • 著者名/発表者名
      Qu Qianyue、Zhang Yuanyu、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      2020 International Conference on Networking and Network Applications (NaNA2020)

      巻: - ページ: 29-34

    • DOI

      10.1109/nana51271.2020.00013

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mining Pool Selection Problem in the Presence of Block Withholding Attack2020

    • 著者名/発表者名
      Fujita Kentaro、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      The 3rd IEEE International Conference on Blockchain (Blockchain-2020)

      巻: - ページ: 329-334

    • DOI

      10.1109/blockchain50366.2020.00047

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] IOTA-Based Access Control Framework for the Internet of Things2020

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Ruka、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      The 2nd conference on Blockchain Research and Applications for Innovative Networks and Services (BRAINS'20)

      巻: - ページ: 87-95

    • DOI

      10.1109/brains49436.2020.9223293

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploiting Smart Contracts for Capability-Based Access Control in the Internet of Things2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Yuta、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 号: 6 ページ: 1793-1793

    • DOI

      10.3390/s20061793

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of Locality-awareness on Tit-for-Tat-based P2P File Distribution2020

    • 著者名/発表者名
      Nishi Yohei、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoii
    • 雑誌名

      IEEE Consumer Communications & Networking Conference 2020 (IEEE CCNC 2020)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/ccnc46108.2020.9045338

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Capability-Based Access Control for the Internet of Things: An Ethereum Blockchain-Based Scheme2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Yuta、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      IEEE GLOBECOM 2019

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/globecom38437.2019.9013321

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Using Ethereum Blockchain for Distributed Attribute-Based Access Control in the Internet of Things2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Mirei、Zhang Yuanyu、Sasabe Masahiro、Kasahara Shoji
    • 雑誌名

      IEEE GLOBECOM 2019

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/globecom38437.2019.9014155

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] VNFの多様性・冗長性に基づく可用性と資源効率を考慮したサービスチェイニングとVNF配置方式2023

    • 著者名/発表者名
      杉原健斗, 原崇徳, 笹部昌弘, 笠原正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2022-167), pp. 1-6
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] A mathematical model of user-miner interaction through confirmation latency and fees in Bitcoin-type blockchains2023

    • 著者名/発表者名
      平出託海, 笠原正治
    • 学会等名
      第39回(2022年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」, 早稲田大学本キャンパス小野記念講堂, pp. 112-121
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Auction game in intelligent reflecting surface aided secure communication2023

    • 著者名/発表者名
      Qu, Q., Zhang, Y., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      第39回(2022年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」, 早稲田大学本キャンパス小野記念講堂, pp. 29-30
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] A Mathematical Model of Blockchains Considering Dependencies of Fees, Confirmation Latency, and Security2022

    • 著者名/発表者名
      Hiraide Takumi、Kasahara Shoji
    • 学会等名
      2022 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時間変化するネットワークに対する二分決定グラフを用いた信頼性評価法2022

    • 著者名/発表者名
      有薗舜, 中畑裕, 笠原正治
    • 学会等名
      2022年度OR学会関西支部 若手研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] The Role of Trust and Personality in Social Networking Services' Information Dissemination2022

    • 著者名/発表者名
      Muhammad, R.F., and Kasahar, S.
    • 学会等名
      IEICE 2nd Global Net Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Implementation of Blockchain Technology in the Internet of Things2022

    • 著者名/発表者名
      Wiraatmaja, C., Zhang, Y., Sasabe, M., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      IEICE 2nd Global Net Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Support Vector Machine based Detection of Block Withholding Attacks in a Bitcoin Mining Pool2022

    • 著者名/発表者名
      Osmani, S., Sasabe, M., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      IEICE 2nd Global Net Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Imbalanced Data on Binary Classification2022

    • 著者名/発表者名
      Atuhurra, J., Hara, T., Zhang, Y., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      IEICE 2nd Global Net Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Research Overview --On Eavesdropping Region Characterization in Hybrid Communication Systems--2022

    • 著者名/発表者名
      Qu, Q., Zhang, Y., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      IEICE 2nd Global Net Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 手数料・承認遅延・セキュリティの依存関係を考慮したブロック・チェーン数理モデルの検討2022

    • 著者名/発表者名
      平出託海, 笠原正治
    • 学会等名
      第38回(2021年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」, pp. 166-167
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of Eavesdropping Region in Hybrid Wireless Communications Using Physical Layer Security2022

    • 著者名/発表者名
      Qu, Q., Zhang, Y., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      第38回(2021年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」, pp. 91-100
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] DAGに対する幅とアルゴリズムに関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      森順平, 川原純, 湊真一, 笠原正治
    • 学会等名
      情報処理学会 第84回全国大会, 5K-05, pp. 1-229-1-230
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] On Attack Pattern Classification in IoT Networks for Network Intrusion Detection Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Atuhurra, J., Hara, T., Zhang, Y., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      超知性ネットワーキングに関する分野横断型研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Reward and Penalty Mechanism in Proof-of-Stake Consensus Algorithm for Blockchain,2020

    • 著者名/発表者名
      Matsunaga, T., Zhang, Y., Sasabe, M., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      2020 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reputation-Based Reward Distribution Mechanism for Blockchain-Based Scientific Paper Publishing Systems2020

    • 著者名/発表者名
      源芳朗, 張元玉, 笹部昌弘, 笠原正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2020-171), pp. 287-292, 2021.3.5.
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Millimeter Wave vs. Microwave: Which Do Eavesdroppers Prefer?2020

    • 著者名/発表者名
      Qu, Q., Zhang, Y., and Kasahara, S.
    • 学会等名
      待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」, pp. 42-50, オンライン開催, 2021.1.25.
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Proof-of-Stake型ブロック・チェーンの参加ノードへのインセンティブづけに関する一検討2020

    • 著者名/発表者名
      松永赳尭, 張元玉, 笹部昌弘, 笠原正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2020-86), pp. 62-67, 2020.11.27.
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] メニエルグラフと交差弦グラフを表すZDDの構築アルゴリズム2020

    • 著者名/発表者名
      馬場瑛義, 川原純, 笠原正治
    • 学会等名
      情報処理学会研究報告 アルゴリズム(AL), vol. 2020-AL-180, no. 5, pp. 1-6, 2020.11.25.
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Bitcoin Mining Mechanism -From a Queueing Theory Perspective-2020

    • 著者名/発表者名
      Kasahara, S.
    • 学会等名
      The International Teletraffic Congress (ITC 32)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Block Withholding Attackが存在する場合のマイニングプール選択問題2020

    • 著者名/発表者名
      藤田 健太郎, 張 元玉, 笹部 昌弘, 笠原 正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2019-189), pp. 71-76, 2020.3.5.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ethereumブロックチェーンを用いたIoT向け分散型属性ベース・アクセス 制御方式のコスト評価2020

    • 著者名/発表者名
      豊 美玲, 張 元玉, 笹部 昌弘, 笠原 正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2019-189), pp. 77-82, 2020.3.5.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ビットコインネットワークにおけるブロック拡散妨害攻撃への対抗策 ~推定ダウンロード速度に基づくブロック取得先選択~2020

    • 著者名/発表者名
      山本 将成, 笹部 昌弘, 張 元玉, 笠原 正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2019-191), pp. 83-81, 2020.3.5.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] IOTAに基づいたIoTアクセス制御方式の設計と実装2020

    • 著者名/発表者名
      中西 瑠海, 張 元玉, 笹部 昌弘, 笠原 正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (NS2019-230), pp. 295-300, 2020.3.6.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 次数制限付きハッセ図表現の情報理論的下限2020

    • 著者名/発表者名
      森 順平, 川原 純, 湊 真一
    • 学会等名
      電子情報つ信学会技術研究報告 (COMP2019-53), pp. 51-56, 2020.3.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ビットコインネットワークにおけるブロック拡散妨害攻撃のリスク評価2019

    • 著者名/発表者名
      山本 将成, 笹部 昌弘, 笠原 正治,
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (CQ2019-88), pp. 1-6, 2019.11.21.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Bitcoin ネットワーク上でのブロック拡散遅延攻撃における攻撃者数の影響2019

    • 著者名/発表者名
      山本 将成, 笹部 昌弘, 笠原正治
    • 学会等名
      電子情報通信学会2019年ソサイエティ大会, 講演論文集, B-11-10, 2019.9.10.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 超スケーラブル汎用ブロック・チェーン技術に向けた情報学的研究

    • URL

      http://www-lsm.naist.jp/project/ultra-scalable_blockchain_technology/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 超スケーラブル汎用ブロック・チェーン技術に向けた情報学的研究

    • URL

      http://www-lsm.naist.jp/blockchain-study/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 超スケーラブル汎用ブロック・チェーン技術に向けた情報学的研究

    • URL

      http://www-lsm.naist.jp/blockchain-study

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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