カルダノの最新論文を、まとめてチェックする！（2025）

IOGの研究部門、Input Output Researchが、2025年に公開した24の論文を、テーマ別にまとめました。これらは全てピアレビュー済みで公表されています。 Input Output Research (インプット・アウトプット・リサーチ、IOR)
本稿では、その24の論文についてAIによる解析を実施。わかりやすい解説を添えてリスト化しています。
今後のカルダノの動きに大きな影響を与える可能性がある内容の数々なので、ぜひチェックしてみましょう！

コンセンサス・Ouroboros（ウロボロス）関連の論文

#01 Ouroboros Leios

📍 Crypto 2025 ／ 👤 Panagiotakos ほか ／ #consensus #scalability

CardanoのOuroboros Praosが抱えるスループットの限界を根本から解決するために設計された新しいコンセンサスプロトコル。Praosではブロック拡散がブロック時間のわずか約25%しか利用できず、残り75%がアイドル状態になっている構造的問題を指摘し、「ランキングブロック」「入力ブロック」「エンドースメントブロック」という三層構造の並列処理アーキテクチャを導入する。これにより現在の約4.4kB/秒のスループットを最大900kB/秒（理論値）まで引き上げることを目指す。PoS最大50%の悪意あるステーク下でも安全性を維持しつつ、Praosへのフォールバック機能も備える。Crypto 2025での発表後、IOEへ正式に移管されエンジニアリング実装フェーズへ進んでいる。

参考記事：ウロボロス・レイオス——カルダノの 処理能力を最大化する「インプット・エンドーサー」のすべて【超訳】

#02 Adaptively Secure Fast Settlement with Dynamic Participation and Self-Healing

📍 December 2025 ／ 👤 Badertscher, Coretti, Gaži, Kiayias, Russell ／ #settlement #consensus

Ouroboros Perasの理論的基盤を提供する論文。Perasはブロック生成後の決済確定時間（Settlement Time）を大幅に短縮するためのプロトコルで、本論文はその安全性・活性・自己回復（Self-Healing）の形式証明を提供している。「適応的に安全（Adaptively Secure）」とは、攻撃者がプロトコル実行中にダイナミックに参加者を腐敗させても安全性が保たれることを意味し、「動的参加（Dynamic Participation）」はSPOが一時的にオフラインになっても正常動作が継続できる性質を指す。エンジニアリングチームとの協議により、既存のPraosとの統合が最小限の変更で可能であることも示している。

#03 Taming Iterative Grinding Attacks on Blockchain Beacons

📍 Asiacrypt 2025 ／ 👤 Gaži, Quader, Russell ／ #grinding #consensus

PoSブロックチェーンにおける「グラインディング攻撃」を扱う研究。グラインディング攻撃とは、攻撃者が次エポックのリーダー選出に使われる乱数（Nonce）を自分に有利になるよう操作しようとする攻撃手法で、CardanoのPraosでも長年対策が課題とされてきた。本論文はこの反復的グラインディング攻撃の上限（何回試行しても攻撃者が得られる優位性の理論的天井）を厳密に分析し、既存の対策であるOuroboros Φalanx（アンチグラインディングCIP）の理論的根拠となる定量的評価を提供する。Asiacrypt 2025に採択されたトップ暗号学会議への掲載は、研究の質の高さを示す。

#04 Efficient and Proof-of-Useful-Work Friendly Local-Search for Distributed Consensus

📍 ePrint Archive, November 2025 ／ 👤 Fitzi, Kiayias, Michel, Panagiotakos, Russell ／ #proof-of-useful-work #consensus

IOGが2022年のCrypto会議で発表した「Ofelimos」プロトコル——通常のProof-of-Workの「意味のない計算パズル」を「有益な組合せ最適化問題」に置き換えるという革新的な試み——をさらに発展させた研究。Ofelimosの有用性対無駄比率（usefulness-to-wastefulness ratio）はその内部に用いる「双方向並列ローカルサーチ（DPLS）」アルゴリズムの性能に大きく依存する。本論文は新しい効率的なローカルサーチアルゴリズムを設計し、分散コンセンサス環境に適した「Proof-of-Useful-Work」フレンドリーな形式に仕上げる。将来的には深層学習の推論計算をPoWの代替として活用するProof-of-Deep-Learningの実現可能性実証にもつながる研究ストリームの一部である。

---

フェアネス・手数料設計に関連する論文

#05 Universally Composable Transaction Order Fairness: Refined Definitions and Adaptive Security

📍 Asiacrypt 2025 ／ 👤 Ciampi, Kiayias, Shen ／ #order-fairness #universal-composition

ブロックチェーン上で「トランザクションが公平な順序で処理されているか」という問題をUniversal Composability（UC）フレームワークで厳密に定式化した論文。MEV（Maximal Extractable Value）問題に代表されるように、ブロック生成者がトランザクションの順序を操作して利益を得る行為はDeFiエコシステムの深刻な問題となっている。本論文は「有界な不公平性（Bounded Unfairness）」の概念を精緻化し、どの程度の不公平性であれば安全と見なせるかの形式的定義を確立する。さらに攻撃者が実行中に参加者を動的に腐敗させられる「適応的安全性」の条件下でも定義が成立することを証明している。

#06 One-dimensional vs. Multi-dimensional Pricing in Blockchain Protocols

📍 WINE 2025 ／ 👤 Kiayias, Koutsoupias, Panagiotakos, Zioga ／ #game-theory #incentives #fees

現行のEthereum EIP-1559のような一次元手数料モデル（主にガスコストのみ）と、複数のリソース（計算量・ストレージ・帯域幅など）を個別に価格付けする多次元モデルとを比較分析した論文。Cardanoは現在CPU・メモリを含む多次元的な手数料設計を採用しており、その理論的妥当性を裏付ける研究と位置づけられる。混雑時の価格形成において一次元モデルが非包括的な価格急騰を引き起こすことを形式的に証明し、多次元モデルがどのようなトレードオフを持つかを詳細に分析する。Tiered Mechanisms論文と合わせて読むことで、Cardanoの手数料設計の将来方向が見えてくる。

#07 Tiered Mechanisms for Blockchain Transaction Fees

📍 WINE 2025 ／ 👤 Kiayias, Koutsoupias, Panagiotakos, Zioga ／ #game-theory #incentives

ブロックチェーンのDAppが多様なユーザー層（緊急性の高いDeFiトレーダーから、手数料を最小化したい一般ユーザーまで）に対応できるよう、階層型（Tiered）手数料メカニズムを設計・分析した論文。現在のEthereumで使われているEIP-1559は混雑時に手数料が水平方向に急騰し、低予算ユーザーを排除する「非包括的」設計であることを形式的に証明している。階層型モデルはサービス優先度に応じた価格帯を設定することで、多様なユーザーが共存できるより公平な手数料環境を実現しようとするもの。CardanoのLeios導入後の手数料設計にも直接関係する。

---

ゲーム理論・メカニズム設計に関連する論文

#08 Reward Schemes and Committee Sizes in Proof of Stake Governance

📍 Financial Cryptography 2025 ／ 👤 Birmpas, Lazos, Markakis, Penna ／ #game-theory #governance #drep

CardanoのCIP-1694で導入されたDRep制度を直接の動機とする、PoSガバナンスのリワード設計と委員会規模に関するゲーム理論的分析。DRepが努力（情報収集コスト）を投じるほど正しく投票できる確率が上がり、同時に委任も集まるというモデルを構築。比例分配型リワードでは均衡においてエフォートが最小化され「正解を選ぶ確率が低い」問題を指摘し、代わりに一定委任閾値を超えたDRepのみにリワードを付与する閾値型メカニズムが優れることを証明している。また、多くの場合において委員会は「少数で十分」であるという最適化上の結論を導き出す。この論文の前提・限界・現実ガバナンスへの適用可能性は別途論じる価値がある。

関連記事：DRepってなに？ カルダノのガバナンス総まとめ！

#09 Pool Formation in Oceanic Games: Shapley Value and Proportional Sharing

📍 AFT 2025 ／ 👤 Kiayias, Koutsoupias, Markakis, Tsamopoulos ／ #game-theory #stake-pools

無限人数の小規模ステークホルダー（「海洋ゲーム」）が有限個の大口プレイヤーと共存する環境でのプールへの参加均衡を分析。具体的にはCardanoのステークプール形成を念頭に、シャプレイ値（協力ゲーム理論における公平な分配の指標）と比例分配という二種類の報酬スキームの下でどのような均衡が成立するかを比較する。比例分配は現在のCardanoの手法に近く、シャプレイ値ベースの分配は各参加者の貢献をより正確に評価する。Rewards Sharing論文（TO-2ストリーム）で提案されたシャプレイ値ベースの報酬分配の理論的基礎を提供する研究であり、分散化の度合いにも影響を与える重要な議論。

#10 Single-Token vs Two-Token Blockchain Tokenomics

📍 AFT 2025 ／ 👤 Kiayias, Lazos, Penna ／ #tokenomics

PoSブロックチェーンにおいてシングルトークン設計（ADAのようにユーザーも検証者も同一トークンを使う）とデュアルトークン設計（決済用トークンとステーク用トークンを分離する）の長期均衡を比較した論文。シングルトークン設計はサービス価値の変動に反応して報酬がエクスポネンシャルに増加するフィードバックループに陥るリスクがある一方、デュアルトークンはユーザートークン価格の安定を保ちながらバリデータへの適切な補償が可能であることを示す。CardanoのADA一本立て設計の理論的な位置づけと、将来的なトークノミクス改革を議論する上での基礎理論となる。

#11 Incentivizing Geographic Diversity for Decentralized Systems

📍 Financial Cryptography 2026 ／ 👤 Roeschlin, Markakis, Bhaskar, Kiayias ／ #game-theory #incentives #decentralization

分散型ネットワーク（ブロックチェーンのSPOやDRepなど）において参加者が地理的に集中してしまう傾向を経済的インセンティブによって是正するためのメカニズム設計を提案する論文。サンフランシスコや東京の特定地域への集中はネットワーク障害・検閲・規制リスクへの耐性を弱める。位置情報と報酬を連動させるゲーム理論的設計を通じ、参加者が地理的に分散した方が得をする構造を作ることを目指す。CardanoのSPO集中問題や、アジア・日本コミュニティのガバナンス参加という文脈でも直接関係する研究。

#12 On Sybil-proofness in Restaking Networks

📍 DeFi 2026 ／ 👤 Chitra, Penna, Schneider ／ #game-theory #sybil-proofness

リステーキングネットワーク（EigenLayerのように、一つのステークを複数のプロトコルのセキュリティ担保として再利用する仕組み）におけるシビル攻撃耐性を分析した論文。一人のアクターが複数のアイデンティティ（ウォレット・ノード）を作成してリワードや投票力を水増しする「シビル攻撃」をどのように防ぐかは、DRepマルチウォレット問題とも直結するテーマ。リステーキング環境ではシビル攻撃が通常よりも複雑なゲーム理論的構造を持つことを示し、シビル耐性を達成するための条件を形式化する。Cardanoのパートナーチェーンのセキュリティ設計にも影響する研究。

#13 Participatory Budgeting with Donations: The Case of Selective Voters

📍 ECAI 2025 ／ 👤 Lazos, Markakis, Papasotiropoulos ／ #social-choice #governance

参加型予算配分（Participatory Budgeting）のメカニズム設計において、投票者が一部のプロジェクトのみに投票参加する「選択的投票者（Selective Voters）」の存在下でどのように公平かつ効率的な予算配分が実現できるかを分析した論文。外部からの寄付（Donations）がある場合の影響も考慮する。CardanoのProject Catalystに代表される分散型予算配分の理論的基盤として位置づけられ、大型プロジェクトへの資金集中問題や参加率の偏りといった現実の課題に対する処方箋を提供する可能性を持つ。

#14 Accelerated Preference Elicitation with LLM-Based Proxies

📍 WINE 2025 ／ 👤 Huang, Lock, Marmolejo-Cossio, Parkes ／ #auctions #AI #governance

多数の選択肢から個人の「選好（Preference）」を効率的に引き出すプロセスをLLM（大規模言語モデル）ベースのプロキシを用いて加速する手法を提案した論文。通常、正確な選好情報の収集には多数の質問と回答が必要だが、LLMプロキシが過去の回答パターンや文脈から選好を推定・補完することで、より少ない対話で精度の高い選好情報を得られることを示す。ガバナンスや資源配分における意思決定支援への応用が想定される一方、Cardanoのガバナンス参加者がAIを用いて投票判断を行うことの光と影を示唆する研究でもある。

---

ゼロ知識証明・暗号理論に関する論文

#15 The Brave New World of Global Generic Groups and UC-Secure Zero-Overhead SNARKs

📍 TCC 2024（2025年IOG掲載）／ 👤 Kohlweiss ほか ／ #zk-proofs #cryptography

Groth16に代表されるSNARK（簡潔な非対話型ゼロ知識証明）をUniversal Composability（UC）セキュリティフレームワークのもとで効率損失なしに実現できることを証明した論文。「ゼロオーバーヘッド」という言葉が示す通り、UCセキュリティという強い性質を達成しながら従来のSNARKと同等の証明サイズ・検証コストを維持することが理論的に可能であることを示す。CardanoのMithrilやZK証明を活用するインターチェーン研究の理論的基盤として機能し、将来のプライバシー保護機能やスケーリング技術に直接貢献する基礎研究。

#16 Efficient Batch Opening Schemes for Merkle Tree Commitment with Applications to Trustless Crosschain Bridge

📍 ICCCN 2025 ／ 👤 IC-1ストリーム著者 ／ #zk-proofs #crosschain

マークルツリーコミットメントに対する効率的なバッチ開示（Batch Opening）スキームを設計し、トラストレスなクロスチェーンブリッジへの応用を示した論文。クロスチェーンブリッジが「あるチェーンの状態をもう一方のチェーンで証明する」際、通常は膨大な計算コストを要するが、ZKを用いたバッチMerkle開示によってこのコストを大幅に削減できる。BitcoinとCardanoを繋ぐCardinalプロトコルをはじめとするインターチェーン研究の技術的支柱であり、Interchains（IC-1）ストリームの成果として位置づけられる。

---

ネットワーク・分散システムに関する論文

#17 SCRamble: Adaptive Decentralized Overlay Construction for Blockchain Networks

📍 ICDCN 2026 ／ 👤 Kolyvas, Antonov, Voulgaris ／ #networking

ブロックチェーンネットワークのオーバーレイ（ノード間の接続トポロジー）を動的・分散的に最適化するSCRambleプロトコルを提案した論文。ビットコインやCardanoのP2Pネットワークでは、ノードの参加・離脱・ネットワーク状況の変化に対して接続構造が硬直化しがちで、伝播遅延や単一障害点が生じやすい。SCRambleはノードが局所的な情報のみを用いて自律的に接続を再構成し、グローバルな効率と耐障害性を維持する仕組みを設計する。Leios導入後に予想される大量のブロック・エンドースメントブロックのネットワーク伝播を支える基盤技術として重要。

#18 Setchain Algorithms for Blockchain Scalability

📍 ACM CCS 2025 ／ 👤 Karmegam, Bianchi, Capretto, Ceresa, Fernandez Anta, Sanchez ／ #bft #scalability

「セットチェーン（Setchain）」と呼ばれる新しい分散データ構造とそのアルゴリズムを提案し、ブロックチェーンのスケーラビリティ向上に応用する研究。トランザクションの全順序付けが不要な「集合（Set）」ベースの台帳モデルにおいて、BFT（Byzantine Fault Tolerant）環境での合意を効率化する複数のアルゴリズムを設計・評価している。ACM CCS（Computer and Communications Security）への採択はセキュリティ・パフォーマンス両面の品質を示す。Cardanoのような決定論的な台帳システムへの統合可能性も含めた理論的基盤を提供する。

---

ロールアップ・レイヤー2に関する論文

#19 A Secure Sequencer and Data Availability Committee for Rollups (Extended Version)

📍 ACM CCS 2025 ／ 👤 Capretto, Ceresa, Fernandez Anta, Moreno-Sanchez ／ #rollups #formalmethods

ブロックチェーンのLayer 2ロールアップにおける二つの重要コンポーネント——「シーケンサー（トランザクション順序を決定するエンティティ）」と「データ可用性委員会（DAC：オフチェーンデータが失われないことを保証する委員会）」——に対して形式的な安全性定義を与え、セキュアな設計を提案した論文。シーケンサーの単一障害点問題、DACの結託リスク（複数メンバーが共謀してデータを隠滅する）への対策を形式検証で担保する。CardanoのHydraや将来的なロールアップ統合の安全性設計に直接関係する基礎研究。

#20 Towards a Formal Foundation for Blockchain ZK Rollups

📍 2025 ／ 👤 IOG著者 ／ #rollups #formalmethods #zk

ZKロールアップ（ゼロ知識証明を用いてオフチェーントランザクションの正当性を証明するLayer 2技術）の安全性・検閲耐性・アップグレード可能性をAlloyモデル検査言語を用いて形式的に分析した論文。既存のZKロールアップ実装（EthereumのzkSync等）の設計上の問題点を列挙し、マルチシグ攻撃による資金全損リスクや強制トランザクションキューの不整合を特定。これらの問題を回避する改善モデルをモデルチェッカーで検証している。CardanoのZKインフラ設計における同様の落とし穴を事前に把握するための実践的ガイドともなる研究。

---

Hydra・インターチェーンに関する論文

#21 Interhead Hydra: Two Heads are Better than One

📍 December 2025 ／ 👤 Badertscher, Coretti, Gaži, Kiayias, Russell ／ #hydra #state-channels

Cardanoのスケーリングソリューション「Hydra」を複数のHeadをまたいだ取引（クロスHead）に対応させる「Interhead」構築を提案した論文。従来のHydra Headはそれぞれ独立したマルチパーティ状態チャネルであり、異なるHead間でトランザクションを実行するには一度Layer 1を経由する必要があった。InterheadはHead間で「仮想的なHydra Head」を反復的に生成することでこの制限を解消し、任意人数のパーティが複数中継者のコラテラルを分担しながら効率的にクロスHead取引を行えるようにする。マルチパーティ状態チャネルの歴史において、任意人数のパーティをサポートした初の構築として重要な意義を持つ。

---

形式検証・プログラミング言語に関する論文

#22 A Layered Certifying Compiler Architecture

📍 FUNARCH 2025 ／ 👤 Krijnen, Swierstra, Chakravarty, Dral, Keller ／ #smartcontract #formalmethods

スマートコントラクトのコンパイラ（具体的にはCardanoのPlinthコンパイラ）の正確性を「翻訳検証（Translation Validation）」という手法で保証する階層型アーキテクチャを提案した論文。CompCertやCakeMLのような古典的な検証アプローチはコンパイラ全体を証明支援系で実装する必要があり、活発に変更されるオープンソースプロジェクトには不向き。本論文は代わりにコンパイラ本体とは独立した「認証器（Certifier）」を開発し、各コンパイル実行の正確性を事後検証する設計を提案する。これにより、Plinthコンパイラのバグに起因するスマートコントラクトの脆弱性リスクを低減できる。

#23 Plinth: A Plugin-Powered Language Built on Haskell (Experience Report)

📍 Haskell 2025 ／ 👤 Liu, MacKenzie, Kireev, Peyton Jones, Wadler, Chakravarty ／ #plutus #haskell

CardanoスマートコントラクトのオンチェーンコンパイラであるPlinthをGHCのプラグインとして設計・実装した経験をまとめた実践報告論文。Plinthは以前はPlutusTxと呼ばれていた言語で、HaskellコードをCardanoのPlutus Core（Fωμ型理論に基づく関数型言語）へコンパイルする。本論文ではGHCプラグインとしてのアーキテクチャ選択の利点と課題（型推論との統合、最適化パスへの介入、エラーメッセージの改善など）を実際の開発経験に基づいて報告する。スマートコントラクト開発者体験の改善に直結する実用的な研究。

#24 Automated Verification of Proofs in the Universal Composability Framework with Markov Decision Processes

📍 CANS 2025 ／ 👤 Jourenko, Völker ／ #universal-composition #formalmethods

暗号プロトコルの安全性証明フレームワークとして広く使われる「Universal Composability（UC）フレームワーク」での証明プロセスをマルコフ決意過程（MDP）を用いて自動化する手法を提案した論文。UCフレームワークの証明は複雑で人手による検証が必要なことが多く、誤りが混入しやすい。本論文はMDPを用いてUC証明の一部を自動生成・検証する仕組みを構築し、証明の信頼性向上と省力化を目指す。IOGが構築するプロトコル（Ouroboros・Hydra・ガバナンスなど）の多くがUCフレームワークで安全性が議論されており、その自動検証ツールは研究生産性と安全性両方の向上に直結する。

---

テーマ別分類サマリー

テーマ	本数	主なトピック
コンセンサス・Ouroboros	4本	Leios, Peras, グラインディング攻撃, Proof-of-Useful-Work
フェアネス・手数料設計	3本	トランザクション順序公平性, 多次元価格設定, 階層型手数料
ゲーム理論・メカニズム設計	7本	DRepリワード, ステークプール, トークノミクス, 地理的多様性, 参加型予算, LLM選好引き出し
ゼロ知識証明・暗号理論	2本	UC-Secure SNARKs, クロスチェーンZK証明
ネットワーク・分散システム	2本	P2Pオーバーレイ最適化, Setchainスケーラビリティ
ロールアップ・レイヤー2	2本	セキュアシーケンサー&DAC, ZKロールアップ形式基盤
Hydra・インターチェーン	1本	Interhead構築, クロスHead取引
形式検証・プログラミング言語	3本	認証コンパイラ, Plinth, UC証明自動検証

※ 一部の論文は2024年にarXiv等で公開され2025年に学会採択されたものを含みます。IOG公式ライブラリへの掲載基準に基づき2025年度論文として計上されています。論文へのリンクは iog.io/papers を参照してください。