Gruut：法定通貨のための完全分散型P2P公開台帳

1 はじめに

従来の金融システムは、取引記録のために信頼できる第三者に依存しており、これにより多大なコストが発生し、集中化された制御ポイントが生まれています。Gruutは、このような仲介者を不要にしながら、法定通貨システムとの互換性を維持する、完全分散型のP2P公開台帳を提案します。ビットコインのエネルギー集約的なプルーフ・オブ・ワークとは異なり、Gruutはプルーフ・オブ・ポピュレーションと呼ばれる革新的な合意メカニズムを導入し、スマートフォンなどの民生用デバイスでの効率的な取引検証を可能にします。

2 Gruutのビジョン

Gruutは、高い取引コストがかかる従来の単独モデルに対して競争優位性を提供する、実体経済取引のための代替ビジネスモデルの構築を目指しています。

2.1 経済的分散化

Gruutは、誰もがスマートフォンにGruutAppをインストールすることで参加できるようにすることで、真の経済的分散化を実現します。このシステムは、ステークや計算能力に関係なく均等な報酬分配を保証し、現在ではサードパーティの決済プロセッサを支配している手数料徴収の集中化を防ぎます。

2.2 実体経済のための台帳

このプラットフォームは、政府に友好的で、既存の法的金融システムと互換性を持つように設計されています。Gruutは、ブロックチェーン技術の利点を維持しながら、従来の法定通貨取引との統合を容易にするために、経済的透明性を重視しています。

エネルギー効率

ビットコイン比99%削減

デバイス互換性

スマートフォンおよびPCで動作

取引速度

1,000+ TPSの処理能力

3 技術的アーキテクチャ

3.1 プルーフ・オブ・ポピュレーション合意

プルーフ・オブ・ポピュレーションは、計算能力ではなく参加者の多様性に基づいて取引を検証する、公開協働の証明（proof of public collaboration）の一例です。このアプローチにより、Gruutは悪意のある行為者に対するセキュリティを維持しながら、最小限のエネルギー消費で合意を達成することができます。

3.2 数学的基盤

合意アルゴリズムは、以下のような暗号プリミティブを採用しています：

検証可能乱数関数：$V = H(sk, input)$。ここで、$sk$は秘密鍵、$H$は暗号学的ハッシュ関数です。

ビザンチン障害耐性：このシステムは、$3f+1$ノードのネットワークにおいて、最大$f$個の故障ノードを許容し、悪意のある行動に対するセキュリティを確保します。

4 実験結果

テストの結果、Gruutは民生用スマートフォン上で1,000以上のTPSの取引スループットを達成し、レイテンシは2秒未満であることが示されました。エネルギー消費量はノードあたり0.5Wと測定され、同様の操作におけるビットコインのノードあたり500Wと比較して大幅に低減されました。ネットワークは、負荷テスト中に最大35%のノード離脱があっても安定性を維持しました。

5 コード実装

class GruutConsensus:
    def validate_transaction(self, tx, population_set):
        # 取引署名を検証
        if not self.verify_signature(tx):
            return False
        
        # 人口合意をチェック
        consensus_threshold = len(population_set) * 2 // 3
        approvals = self.collect_approvals(tx, population_set)
        
        return len(approvals) >= consensus_threshold
    
    def select_validators(self, population, block_height):
        # 検証可能乱数関数を使用してバリデータを選択
        seed = hash(block_height + previous_block_hash)
        selected = []
        
        for participant in population:
            if self.vrf(participant.private_key, seed) < threshold:
                selected.append(participant)
        
        return selected

6 将来の応用

Gruutの技術は、マイクロペイメントシステム、国際送金、政府給付金の配布、サプライチェーンファイナンスなどでの応用が期待されます。低エネルギー設計は、IoTデバイス取引や、インフラが限られた新興市場に適しています。

7 独自分析

Gruutは、既存システムの2つの重大な制限、すなわちエネルギー非効率性と法定通貨との非互換性に対処することで、ブロックチェーン設計における重要な進化を表しています。プルーフ・オブ・ポピュレーション合意メカニズムは、プルーフ・オブ・ワークとプルーフ・オブ・ステークの両モデルから一線を画し、MicrosoftのIONのような分散型IDシステムや、Algorandの合意プロトコルで使用される検証可能乱数関数からインスピレーションを得ています。このアプローチは、Vukolićらによる最小エネルギー消費の合意プロトコルに関する研究など、持続可能なブロックチェーン技術に関する最近の研究と一致しています。

年間約91テラワット時を消費するビットコインのエネルギー集約的なマイニング（Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index）と比較して、Gruutのスマートフォン互換設計はエネルギー消費を99.9%削減する可能性があります。これは、GruutをChia Networkのプルーフ・オブ・スペース・タイムのような新興のグリーンブロックチェーン構想と同様の位置付けにしますが、日常ユーザーにとってはより高いアクセシビリティを備えています。

法定通貨システムとの統合は、従来の金融におけるブロックチェーン採用を制限してきた規制上の懸念に対処します。規制当局の精査に直面するプライバシー重視の暗号通貨（FATFの仮想資産に関するガイダンスで議論されているように）とは異なり、Gruutの透明性機能は、適切な場合にはゼロ知識証明を用いてユーザーのプライバシーを維持しながら、マネーロンダリング防止要件へのコンプライアンスを可能にします。

分散化を維持しながら、プルーフ・オブ・ポピュレーションメカニズムをグローバルな取引量に拡張するという技術的課題は残っています。このシステムは、堅牢な本人確認を通じてシビル攻撃に耐えなければならず、Sovrinのような自己主権型IDフレームワークから援用する可能性があります。今後の開発は、Tezosプロトコル検証で取られたアプローチと同様に、合意プロトコルのセキュリティ特性の形式的検証に焦点を当てるべきです。

8 参考文献

Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
Micali, S. (2016). Algorand: The Efficient and Democratic Ledger. arXiv:1607.01341.
Vukolić, M. (2015). The Quest for Scalable Blockchain Fabric: Proof-of-Work vs. BFT Replication. Springer.
Cambridge Centre for Alternative Finance. (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index.
Financial Action Task Force. (2019). Guidance on Digital Identity.
Zhu et al. (2022). Energy-Efficient Consensus Mechanisms for Blockchain. IEEE Transactions on Sustainable Computing.

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