今日、モノのインターネットの急速な発展に伴い、センサー、自動運転車、産業機器などの多数のスマート端末が継続的にデータをネットワークにアップロードしています。データの改ざんを確実に防止しながら迅速な処理を実現する方法は、エンジニアリング コミュニティが直面する重要な問題となっています。ブロックチェーンは、分散型台帳のセキュリティ機能により重要なソリューションとみなされています。ただし、実際の IoT シナリオでは、ブロックチェーン システムの応答速度が「ほぼリアルタイム」の要求を満たすことが難しいことがよくあります。

日本の千葉大学の情報学研究チームは、速度を制限する根本的なボトルネックはブロックチェーンプロトコルそのものではなく、ノード間のポイントツーポイント通信方式と、不適切なネットワークトポロジー設計によって引き起こされるデータ伝送の非効率性であると指摘した。研究者らは、オーバーレイ トポロジとノード選択戦略が IoT ブロックチェーンの遅延に与える影響を体系的に調査した先行研究はほとんどないことを発見しました。そのため、ネットワークが拡張する際に輻輳やキューが発生しやすくなります。

遅延の本当の原因を突き止めるために、研究チームはシミュレーションを通じてさまざまなブロックチェーンクライアント接続構造を構築し、さまざまなネットワークトポロジーでのパフォーマンスの比較分析を実施しました。その結果、分散型 IoT 環境では、同じトランザクションまたはブロックが複数のリンク間で繰り返し転送され、データ コピーの数が急速に増加し、これがネットワーク輻輳を引き起こす主な要因の 1 つであることがわかりました。通信パスが大幅に重複すると、トランザクションとブロックが転送を待つノード間でキューに入れられ、全体の確認時間が大幅に長くなります。

この問題に対し、チームはIoTネットワークにおけるブロックチェーンノードの接続関係を最適化する分散型・軽量の新アルゴリズム「Dual Perigee」を提案した。 Dual Perigee を使用するデバイスは、ランダム接続に依存するのではなく、隣接ノードがトランザクションを転送してブロックを完了する速度に基づいて既存の接続を評価します。接続のパフォーマンスが長期間にわたって低下した場合、デバイスは積極的に切断して、より効率的な隣接デバイスを見つけます。これにより、中央制御を必要とせずに、ネットワーク全体がより高速伝送に適したトポロジに自発的に進化します。

研究チームは、50 ノードを含む IoT ブロックチェーン シミュレーション ネットワークで Dual Perigee をテストしました。結果は、このアルゴリズムがイーサリアムブロックチェーンで使用されている標準的な方法と比較してブロック関連のレイテンシーを 48.54% 削減し、同時に Perigee などの以前に提案された先進技術と比較して 23% 以上のパフォーマンス向上を達成したことを示しています。 Dual Perigeeはノードがデータを受信する際に付随的に生成されるパッシブ測定のみに依存しており、アルゴリズム自体の処理負荷が最小限であるため、IoT端末の計算負荷をほとんど増加させることなくこれらの改善が達成されることは注目に値します。

千葉大学大学院総合文化研究科/情報学研究科准教授のキエン・グエン氏は、この研究はIoTブロックチェーンの理論設計と実際の展開との間に橋渡しをすることを試みていると述べた。高遅延の根本的な原因を明らかにすることで、シンプルで実装可能な分散型ソリューションを提案します。この論文は、千葉大学の越川幸輝氏、Yue Su氏、関谷寛雄氏らと共同で完成させたもので、2025年12月17日に「IEEE Transactions on Network and Service Management」に掲載された。

研究者らは、このレイテンシを意識した分散型ノード選択メカニズムが、将来のリアルタイムでミッションクリティカルな IoT サービスをサポートする新世代のブロックチェーン プラットフォームの基礎となると考えています。ブロックチェーンデータの確認と配布時間が大幅に短縮されるため、このシステムは非常に時間に敏感なアプリケーションのニーズを満たすことが期待されます。 Ruan Jian 氏は、Dual Perigee はより安全で応答性が高く、信頼できるデジタル インフラストラクチャをサポートできると指摘しました。

モノのインターネットの規模が拡大し続け、システムが複雑になるにつれて、信頼性の高い分散型通信メカニズムがますます重要になります。研究チームは、Dual Perigeeは、スマートシティ、スマートホーム、産業監視、医療・健康システム、サプライチェーン追跡など、高速かつ信頼性の高いデータ共有を必要とする一連の新興IoTサービスでの使用が期待されると考えている。この研究は、関係機関がモノのインターネットとブロックチェーンの統合技術に重要視していることをさらに反映し、日本学術振興会 (JSPS) および科学技術振興機構 (JST) からのプロジェクト助成を受けています。

/ScitechDaily から編集