CardanoのLeiosモデル、分析対象ボリュームのわずか2.6%でMEVリスクを確認

Input Output Researchは、Cardanoが提案するLayer 1スケーリングプロトコルであるOuroboros Leiosの背後にあるセキュリティと性能モデリングに関する新たな知見を発表した。研究員のGiorgos Panagiotakosが2026年7月16日のCardano R&Dセッションで結果を共有した。

この発表は、スループット向上を目指すLeiosと、取引の迅速な確定を図るOuroboros Perasを対象とする研究パッケージWP1.1 Consensusの年央アップデートの一部を成した。作業内容には、負荷下でのネットワークモデリング、形式的セキュリティ分析、投票証明の最適化、エンジニアリング実装に向けたパラメータ選定が含まれる。

Leiosのモデル、負荷下でのMEV露出は限定的と示す

研究チームは、Leiosで計画されているより高い取引処理能力が、mempoolの断片化や取引順序、フロントランの機会にどのような影響を与えるかを分析した。

MEVはmaximal extractable valueの略で、取引の確定前に順序や包含、除外を操作することで獲得し得る価値を指す。フロントランはMEVの一形態で、攻撃者が未確定の取引を観測し、それより先に競合する取引を配置しようとする行為である。

Panagiotakosの発表によれば、調査で検証したボリュームのおよそ2.6%がMEVによって潜在的に悪用可能と評価された。テストしたシナリオではフロントランは概ね不採算であり、この結果はCardanoのEUTXOアーキテクチャとLeiosにおける取引処理の分散方式に関連している。

この推定値は、研究に含まれるモデルと条件に適用される。一般公開されているPost-CIP R&D findingsは、2.6%という数値の背後にあるデータセットや計算は含まないものの、取引の一部のみがフロントランの影響を受けやすいというより広い結論を支持している。

公開された知見では、攻撃面の大きさは各分散型アプリケーションの設計に依存するとしている。mempoolに基づく攻撃には、リレーインフラの支配と、競合する取引を迅速に構成する能力が必要であり、ブロックプロデューサーの成功確率はそのステークに比例する。

Leiosのmempoolシミュレーションでは、Cardanoの高い接続性を持つネットワークトポロジが迅速な取引拡散を支え、断片化を抑制することが示された。需要がネットワーク容量内に収まる場合、モデルはグローバルなmempool同期率が90%以上、断片化が10%未満であると報告する。需要がより重くなると、拡散は遅くなり、断片化は負荷に比例して増加する。

マルコフモデルとリソースモデルがLeiosのパラメータ選定を導く

Ouroboros Leiosは、より大きな取引バッチを表すendorser blockへの認証済み参照をranking blockに含められるようにすることで、Cardanoのスループットを高めるよう設計されている。これらのブロックの証明書が台帳に含められる前に、委員会が投票を行う。

この研究には、ranking blockの生成に伴ってendorser blockが認証される確率を推定するマルコフモデルが含まれている。ブロック生成、証明書の可用性、次の関連するブロック鍛造機会までに十分な票が集まるかどうかを追跡する。

これらの結果は、研究者がモデル化されたネットワーク挙動に基づいてLeiosの効率を評価し、プロトコルパラメータを選定する助けとなる。

別の制約モデルでは、プロセッサと帯域幅の要件を測定する。公開された知見によれば、取引ボディの到着待ちと台帳への適用が最大の遅延要因である。署名検証とPlutusの実行は、多くの処理が並列化可能なため、制約は相対的に小さい。

モデルは、一般的な12 MBのendorser blockに対しては3つのCPUコアで十分であることを示している。攻撃者が意図的に取引ボディの公開を遅らせると、ピーク時のプロセッサ需要が2倍になる可能性がある。

これらの結果は、endorser blockあたりの最大取引数、最大ブロックサイズ、Plutusの実行制限などの上限制定に資する。したがって、本番用パラメータを選定する前に、目標とするスループットやハードウェア要件を、計測されたリソース挙動に照らして評価できる。

セキュリティ面の作業には、敵対的条件下でのendorser blockの迅速な拡散のモデリング、Agdaによる安全性とライブネス特性の形式的証明、トレース検証器も含まれる。検証器は、生成されたブロックや証明書、台帳状態における逸脱を特定するため、実装の挙動を形式的なプロトコル仕様と比較する。

official Leios repositoryには、形式仕様、シミュレーション、ネットワークビジュアライザ、コスト分析、トレース検証ツールが含まれている。本プロジェクトは現在、将来のCardanoノード実装に向け、プロトコル研究と積極的な設計、プロトタイピング作業を組み合わせて進めている。

新しい投票証明がLeiosとPerasを結び付ける

Input Output Researchは、LeiosとPerasの双方を対象とした最適化された投票証明の設計も進めている。目的は、証明書サイズと投票トラフィックを削減しつつ、より強力な敵対モデルへの耐性を高めることだ。

Leiosでは、証明書はendorser blockが必要な委員会の支持を得たことを確認する。Perasでは、投票証明がblock boostingを支える。これは、十分に支持されたチェーンに追加の重み付けを与え、確定を加速させる仕組みである。

この設計は、Mithrilのステークベースのしきい値マルチシグネチャや、委員会選定におけるFait Accompliのアプローチなど、これまでのInput Output Researchの成果に基づいている。最適化された証明書を記述する研究論文は、2026年末までの完成を予定している。

下半期の研究計画には、攻撃下でのendorser blockの迅速な拡散に関する個別の分析に加え、LeiosとPeras間で共有可能なコンポーネントに関する技術報告書も含まれる。Andre Knispel、Brian Bush、Matthias Fitzi、William Wolff、Yves Hauser、David Rosales、Sandro Coretti-Draytonらが貢献者として挙げられている。

これら3つの成果物は、提案される証明書フォーマット、LeiosとPerasの関連付けの文書化、endorser blockの拡散に関するセキュリティモデルをエンジニアリングチームに提供する。総合して、両プロトコル実装の次段階に必要な複数のパラメータと敵対的仮定を定義することになる。