アイデアから実装へ──IOの研究開発が描くカルダノの未来

2025年8月26日、Input Output（IO）は公式ブログにて、最新の研究開発の進捗を紹介する記事「From idea to implementation」を公開しました。この記事では、IOのR&D部門がどのようにして革新的な技術を構想し、それをCardanoの現実のプロトコルやシステムへと落とし込んでいるのか、その全体像が丁寧に解説されています。

科学的アプローチが支える分散型の未来

IOの強みは、単なる理論研究にとどまらず、それを厳密な形式手法や数学的証明に基づいてシステム設計に応用している点です。セキュリティ、正確性、適応性を担保することで、ID、ガバナンス、クロスチェーン、スケーラブル計算など、ブロックチェーンが支える未来の社会基盤を形作ろうとしています。

TRLからSRLへ：NASA発のアプローチを応用

R&D部門では、NASAが開発した「技術成熟度レベル（TRL）」を応用し、ソフトウェア版である「SRL（ソフトウェア成熟度レベル）」を採用。理論からプロトタイプ、そして実用システムへと進化する過程を、明確な段階を持って推進しています。

Cardanoの開発においては、まず「問題定義（CPS）」から始まり、承認されると「改善提案（CIP）」に発展するというプロセスが取られています。最近では、Leios開発のように「ビルド・イン・パブリック」の姿勢も強化されています。

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注目の最新成果7選

ここからは、今回紹介された研究成果の中から特に注目すべき7つのプロジェクトをピックアップしてご紹介します。

1. Ouroboros Peras：即時ファイナリティを実現へ

ナカモト型コンセンサスにBFT投票を組み合わせ、過去ブロックに「投票ブースト」を与えることで即時決済を可能に。最大50%の敵対的ステークにも耐性があり、高速かつ安全なファイナリティを実現します。

2. Ouroboros Leios：スケーラビリティ革命

3層の並行ブロック構造（Input／Endorsement／Ranking）で処理を分散。Extended UTXOモデルとの親和性を維持しつつ、処理性能を飛躍的に向上させます。CIP提案も間近です。

3. Cardinalプロトコル：ビットコインとCardanoの信頼最小化ブリッジ

OrdinalsなどのBTC UTXOをCardano上で1:1で包み込み、Burnで元に戻せる設計。BitVMXやMuSig2を用いた安全なブリッジで、将来的には完全な「信頼レス化」を目指しています。

4. CIP-0118：ネストトランザクションとBabel Fees対応

部分的に未完成のサブトランザクションを含めて送信し、後から他者が完成させる設計。ADAを持たずに送金が可能となり、UX向上やPlutus開発の簡素化にもつながります。

5. Ouroboros Φalanx：グラインディング攻撃に終止符を

VDF（検証可能遅延関数）を導入し、リーダー選出のランダム性をより厳格に保護。攻撃によるバイアスの排除とフェアネス向上を実現します。

6. Jolteon：形式検証されたBFTプロトコル

Agdaによって形式化され、Cardanoのパートナーチェーンでの活用を想定。ライブネス証明や分割意味論の整合性検証により、高信頼性を確保しています。

7. Plutus-Halo2：再帰的ZK証明のオンチェーン検証

Rustで書かれたHalo2回路をPlutusスクリプトへトランスパイルし、オンチェーンでのZKP検証を実現。DeFi・DAppsのプライバシー向上とスケーラビリティ向上に貢献します。

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パートナーチェーンのセキュリティ共有：新しいステーキング構造

既存のADAステークとSPOインフラを活用して、MidnightなどのパートナーチェーンがCardanoのセキュリティを共有可能に。流動性プール不要、スラッシング対応、Cardinalとの連動など、柔軟かつ信頼レスな運用モデルが示されました。

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研究はコミュニティとともに

IOでは、Intersectとの連携で毎月第1火曜日にR&Dセッションを開催中。研究成果をコミュニティと共有し、戦略的なコラボレーションを育てています。

カルダノが目指す未来の片鱗は、すでに動き出しています。分散型の社会インフラとしての成長、そして社会実装への道のりは、ここからさらに加速していきそうです。

以下はIOGブログ「From idea to implementation: a look into IO’s research and development」を翻訳したものです。

アイデアから実装へ：IOの研究開発を探る：翻訳

Input Output（IO）の研究開発部門による最新のブレイクスルーは、革新的なソリューションと厳密な学術研究を通じて、Cardanoの未来を形作っています。

2025年8月26日　Nicolas Biri

ブロックチェーンの進化とIOの研究アプローチ

ブロックチェーン技術が世界的インフラの基盤レイヤーへと進化する中、その堅牢性、スケーラビリティ、そして時代への適応力を担保するためには、厳格な研究開発が不可欠です。

Input Output（IO）では、研究は単なる理論にとどまりません。それはCardanoのような安全で高性能なシステムを支える「エンジン」であり、設計の根幹となっています。

IOは「エビデンスに基づいたエンジニアリング（evidence-based engineering）」の手法を採用し、形式手法（formal methods）や数学的証明を活用して、セキュリティ・正確性・適応性を保証します。そして、コアプロトコルが設計段階から正確であることを保証しています。

この科学的アプローチは、分散型ID、ガバナンス、クロスチェーン相互運用、大規模な分散計算といった幅広いユースケースを支え、デジタル金融を超えた分散型未来の基盤を築くものです。

このブログでは、IOの研究開発部門（R&D）による最近の成果を紹介します。R&D部門は、基礎研究を実用的な進歩へと変換する役割を担い、革新への取り組みと分散型システムの未来形成への貢献を体現しています。

R&Dプロセスと手法

研究開発（R&D）部門は2024年初頭に設立され、明確な目標を掲げています：

• 研究成果を最終ユーザーへ届けるまでのスピードを加速すること
• 主要ステークホルダーとのコミュニケーションを強化すること
• 実装段階における失敗のリスクを軽減すること

このチームは、NASAで開発され、現在では研究・工学分野で広く採用されている「技術成熟度レベル（Technology Readiness Levels：TRL）」フレームワークを応用し、科学的イノベーションと応用研究の文脈により適合するように改良しました。

この改良版モデルでは、「ソフトウェア成熟度レベル（Software Readiness Levels：SRL）」というフレームワークを用いて、アイデアがどのように成熟していくかを説明しています。たとえば、基礎理論の段階では基本モデルやセキュリティ証明が開発され、その後、シミュレーション、プロトタイプ、仕様書などを通じて実現可能性が検証され、最終的に、研究成果に基づいてプロダクション対応のシステムが構築されるという流れです。

研究開発部門は、継続的な改善に取り組んでおり、自らの活動の根拠や研究の検証方法を明確にするプロセスを確立しています。

たとえばCardanoにおいては、一部の研究開発プロジェクトが「Cardano課題定義（Cardano Problem Statement：CPS）」の提案から始まり、承認されれば「Cardano改善提案（Cardano Improvement Proposal：CIP）」へと進展します。

また、この部門は「オープンな開発（build in public）」にも力を入れており、Leios技術の検証プロジェクトはその代表的な事例です。Leiosの開発では、オープンリポジトリを活用し、毎月ビデオやブロードキャストによる最新情報を公開しています。

最近の成果

設立以来、研究開発部門は急速に拡大し、現在ではアーキテクト、ソフトウェアエンジニア、形式手法エンジニア、応用暗号技術者から成る35名のダイナミックなチームとなっています。このチームは、イノベーションと専門性を促進する協働的な環境を築いており、最近達成したいくつかの重要なマイルストーンに誇りを持っています：

Ouroboros Peras（ウロボロス・ペラス）

この開発ラインは、Cardanoに即時ファイナリティ（取引確定性）をもたらすプロトコル「Ouroboros Peras」の検証と実装推奨に取り組んでいます。Perasは、ナカモト型コンセンサスを拡張し、ビザンチン障害耐性（BFT）の投票メカニズムを導入します。参加者は過去のブロックに投票し、十分な票を獲得したブロックには“ブースト”が付与され、複数の確認を待たずに高速な決済が可能になります。

この方式により、強固なセキュリティ保証を維持しながらファイナリティ時間を大幅に短縮することが可能です。Perasは最大50％の敵対的ステークを許容し、敵対者が25％未満であれば期待される決済時間は一定です。また、動的な参加をサポートし、一時的に敵対者が多数を占めた場合でも回復可能です。

Ouroboros Leios（ウロボロス・レイオス）

この開発ラインは、Cardanoのコンセンサス・プロトコルにおけるスループットを大幅に向上させる大型アップグレード「Ouroboros Leios」の開発を支援しています。Leiosに関するCIP（Cardano Improvement Proposal）は今後数ヶ月以内に提案される予定です。

Leiosは、分散性とセキュリティを維持しつつ、スケーラビリティとスループットを飛躍的に向上させる設計です。通信とデータ交換のボトルネックを解消するため、並列処理を取り入れた「並行ブロックチェーン構造」を導入します。3層構造のブロック（入力ブロック、承認ブロック、ランク付けブロック）を用いることで、トランザクションの検証と順序付けを並行して行い、データ、スクリプト、トランザクションの全体的なパフォーマンスを向上させます。

この構造はCardanoの拡張UTXOモデル（extended UTXO model）に適合しており、最大50％の敵対的ステークに耐性を持ち、現在のプロトコルへのフォールバック機構も備えることで、回復力をさらに高めています。

Cardinalプロトコル

このCardinal protocolは、ビットコインとカルダノ間で初めての信頼最小化（trust-minimized）ブリッジを提供するもので、OrdinalsなどのビットコインUTXOをCardanoのネイティブ資産のように安全にラップ（包み込み）することを可能にします。これらのラップドトークンは、元のビットコインと1対1のペッグ（固定交換比率）を保ち、バーン（焼却）することで元のビットコインへと戻すことが可能です。

Cardinalは複数のオペレーターによって管理され、少なくとも1人が誠実であればシステム全体のセキュリティが保たれる設計です。また、流動性提供者や比例担保を必要としない「固定ステークモデル」とスラッシング（不正行為に対するペナルティ）を採用しています。

さらに、BitVMXとMuSig2を活用して検証可能かつ安全な送金をサポートし、最終的には再帰的状態証明による完全な信頼レスブリッジの実現を目指しています。

CIP-0118（ネストトランザクション）

この提案では、「検証ゾーン（validation zones）」という概念を導入し、ネストされた（入れ子状の）トランザクションをサポートします。これにより、Babel fees（他トークンで手数料を支払う仕組み）やインテントベースのサービス（意図に基づく処理）といったユースケースが可能になります。

この仕組みでは、あるトランザクションに部分的に指定されたサブトランザクションを含め、後続のトランザクションがそれを完成させることで、ユーザーはADAを保有していなくても取引を行えるようになります。これによりスマートコントラクトの開発が簡素化され、Cardanoへのアクセス性も向上します。

Plutusベースの設計よりも洗練されたアプローチと評価される一方で、台帳の複雑化、ツールへの影響、中央集権化の懸念といった課題も指摘されており、現在もコミュニティ内で議論・評価が進められています。

CIP: Ouroboros Φalanx（グラインディング攻撃の回避）

このCIPは、Cardanoのコンセンサスプロトコルに対するアップグレードであり、グラインディング攻撃（リーダー選出に対する偏り操作）に対する耐性を強化し、公平性を向上させることを目的としています。

Φalanx（ファランクス）は、ノンス（乱数）生成を2つのエポックにまたがって拡張し、クラス群（class groups）に基づく検証可能遅延関数（VDF）を導入することで、敵対者による乱数のバイアスやスロットリーダーシップの操作を極めて困難にします。

正直なノードの効率性を維持するために分散型VDF計算をサポートし、既存のPraosへのフォールバックも備えています。シミュレーションでは、単純な攻撃の大幅な削減と、特に高い敵対的ステーク環境下における決済信頼性の向上が示されています。

Jolteon（ジョルティオン）

Jolteonは、Cardanoのパートナーチェーン向けに設計された、ネットワーク適応型BFTコンセンサスプロトコルであり、現在Agda（形式検証に用いられる関数型言語）によって形式化が進められています。

この形式化には以下が含まれます：

• ライブネス（liveness）証明
• 決定可能性（decidability）の結果
• 構成的に正しいトレース検証器（trace verifier）
• 適合性テスト

この取り組みでは、個別レプリカの振る舞いに対するスライスされた意味論的ビュー（局所的な視点）を提示し、それがグローバルな意味論と整合性・完全性を持つことを証明しています。また、これに対応したスライス型トレース検証器の抽出も行われています。

Jolteonの厳密な形式的基盤により、パートナーチェーンに対して安全で信頼性の高いプロトコルとして推奨される予定です。

Plutus-Halo2

この取り組みは、Cardano上での再帰的ゼロ知識証明（ZKP）のオンチェーン検証、特にHalo2に関する技術的ブレイクスルーを示すものです。

以下の要素が含まれています。

• RustベースのHalo2サーキットをPlutusスクリプトへ変換するトランスパイラ
• 乗算やATMS署名などの操作への対応
• モノリシックおよび分割型検証器のプロトタイプ（plutus-halo2-poc、plutus-halo2-recursion-splitted）

これらのプロトタイプは、Cardanoのプレプロダクションネットワーク上での検証を通じて、オンチェーン制限内での動作が確認されています。

この成果は、CardanoにおけるDeFiやDAppsにおけるプライバシー対応かつスケーラブルな計算を大きく拡張するものであり、近くオープンソースとしてコードが公開される予定です。

パートナーチェーン向けリステーキング・フレームワーク

この概念的フレームワークは、CardanoのステークされたADAと既存のSPOインフラを活用することで、パートナーチェーン間のセキュリティ共有（shared security）を可能にするものです。これにより、流動性プールや新たな担保の導入を必要とせずにセキュリティ強化が実現されます。

このモデルは、partner chains toolkit（アルファv1）にて導入され、以下の要素をサポートします：

• 混合バリデーター委員会（mixed validator committees）
• 柔軟なコンセンサス設計

たとえば、MidnightのようなチェーンがCardanoのセキュリティを継承しつつ、複数エコシステムからの報酬やリソース統合を行うことが可能になります。

また、このモデルは：

• 最低1人の正直なオペレーターがいれば安全性を維持できる設計
• 不正行為に対するスラッシング機構
• Cardinalのようなブリッジを通じた信頼レスな相互運用性

を提供します。

Cardanoのステーク分布を再利用することで、インセンティブの整合性を高め、初期構築コストを削減しつつ、プライバシー重視のイノベーションとエコシステムのレジリエンスを強化し、必要に応じてOuroborosベースの保証へのフォールバックも可能としています。

ありがとうございます。それでは、最終セクション「What’s next?（今後の展望）」の翻訳をお届けします。

今後の展望（What’s next?）

Input Outputの研究チームは、Intersectの研究ワーキンググループと連携し、毎月「Cardano R&Dセッション」を開催しています。これは毎月第1火曜日に行われる定例の研究主導型ミーティングであり、戦略的な協働と、より広いコミュニティとの積極的な関与を促進する場となっています。

今後も、進行中の研究開発活動に関する最新情報をお届けしていく予定です。ぜひご注目ください。そして、Cardanoの未来を形づくる最前線の研究に触れ、議論に参加することもぜひご検討ください。