DEX / AMM プライバシー研究 論文ガイド

raw/papers/dex-amm/ 収録 20 論文 — 実装方法・実験設計・研究課題を一覧

20
論文数
7
GitHub 実装あり
3
本番稼働
2008–2025
年代
5
技術カテゴリ

スループット比較(DEX/AMM 系)

Uniswap v2 (非秘匿 ベースライン)
~340 取引/分
FairMM (2022)
>200 取引/分
Rialto (2021)
1000+ 注文/分 ※
Manta (2021) Exchange
30 TPS
P2DEX (2021)
数 OPS (WAN)

※ 注文/分 と TPS/OPS は単位が異なるため厳密比較不可。それぞれのベンチマーク環境で計測した値。

Budish FBA — High-Frequency Trading Arms Race
2015
⚡ FBA 理論 理論のみ

HFT のアームズレースを経済理論で分析し、Frequent Batch Auction(FBA)でバッチ間隔 ≥ 100ms に設定すればアービトラージ機会が経済的に消滅することを証明。FairTraDEX・DFBA 系の理論的基盤。

均衡分析ES-SPY ミリ秒データ厚生分析
実験
S&P500 実データ (バッチ間隔 vs アービトラージ機会)
DeFi 環境(block time, gas fee)での最適バッチ間隔は未検討
Fairness in an Unfair World
2017
🔐 MPC PoC (SGX)

Bitcoin ブロックチェーンを公開掲示板として活用した フェア MPC プロトコル。不正参加者が途中離脱しても財務的ペナルティで誠実な参加を強制する。SGX 実装と WE 構成の 2 バリアント。

BitcoinSPDZ-2Intel SGXFairness
SGX init
1.18ms
Bitcoin 確認
~60 分 ← ボトルネック
Bitcoin 6 ブロック確認 (≈60 分) が UX 上の致命的ボトルネック
SwapCT — Confidential Token Swap
2021
🔮 ZK PoC (Rust + Docker)

マルチトークン UTXO システムによる非インタラクティブなアトミックスワップ。型付き準同型コミットメントと対数サイズリング署名で送金量を秘匿したまま異なるトークン型を交換できる。

Ring SignaturePedersen CommitmentBulletproofsUTXORust
証明サイズ
対数スケール (Bulletproofs)
リングサイズ
r = 11, 123 で評価
UTXO モデルはスマートコントラクト DeFi との統合が困難
P2DEX — Privacy-Preserving Decentralized Exchange
2021
🔐 MPC DEX PoC (FRESCO)

FRESCO フレームワーク(Java)上の SPDZ2k リング変体 MPC で注文マッチング。Batcher の Odd-Even Mergesort で O(log²m) 比較深度を達成。閾値 ECDSA で BTC-ETH アトミックスワップを実行。

FRESCOSPDZ2kThreshold ECDSAAtomic Swap
レイテンシ
O(log²m)
LAN
0.1ms / WAN: 10ms
WAN 環境では通信コスト増大。閾値 ECDSA の鍵生成が重い。
Rialto — Distributed Private Marketplace
2021
🔐 MPC DEX PoC (MP-SPDZ + Go)

IBM Research による完全分散型プライベート注文板。MP-SPDZ(MPC)+ Pedersen コミットメント + Bulletproofs(範囲証明)。3 ブローカー、4 ブロックチェーンピア構成で 30 秒/ラウンド。

MP-SPDZPedersenBulletproofsGolang
スループット
1000+ 注文/分
ラウンド
30 秒 (512 注文)
30 秒ラウンドはリアルタイム取引に遅延大。Bulletproofs の on-chain 検証が高コスト。
Manta — Multi-Asset Shielded AMM
2021
🔮 ZK AMM 本番稼働

Polkadot/Substrate 上のマルチアセット匿名 AMM。arkworks + Groth16 で Mint / Transfer / Exchange / Reclaim の 4 操作を ZK-SNARK で保護。UTXO ベースのシールドプール + Uniswap v2 型 AMM。

Groth16arkworksBLS12-381SubstrateUTXO
Proving time
~15 秒/操作
Verification
~6 ms
Exchange TPS
30.6
Proving ~15 秒 は UX として遅い。LP ポジション自体のプライバシーは未実装。
ZSwap — Non-Interactive Shielded Swap
2022
🔮 ZK 理論 (形式的証明付き)

Zcash Sapling の拡張として設計した非インタラクティブアトミックスワップ。SE-NIZK(simulation-extractable NIZK)とスパース多値 Pedersen コミットメントで MPC なしの匿名スワップを実現。

SE-NIZKZcash SaplingPedersen
Proving time
~1 秒 (Zcash 回路ベース推定)
Zcash エコシステム外への移植性不明。集中流動性 AMM との統合は未検討。
FairTraDEX — ZK Frequent Batch Auction DEX
2022
⚡ FBA + ZK GitHub 実装あり

Budish FBA 理論を Solidity + ZK で実装したオンチェーン DEX。4 フェーズ:Commit(ZK set-membership proof)→ Reveal(hash 検証)→ Resolution(bounty 付きクリアリング価格提出)→ SettleOrders(price-priority + pro-rata 按分)。

SoliditySet-membership ZKPFBAcommit-reveal
Gas (128 注文)
~5,272 gas/注文
MM gas
33,263/市場 × 8
クロスマーケット流動性なし。バッチ間隔の最適化(遅延 vs 効率)は未解決。
FairMM — Hash-Chain Ticket Market Maker
2022
⚡ オンチェーン MM Solidity + TypeScript

ZK/MPC を使わずハッシュチェーンチケット方式でフェアなマーケットメーカーを実現。MM が事前にチケット列を発行し、取引権の順序を保証。WebSocket でオフチェーン高速執行、オンチェーンは最終清算のみ。

Solidity (~75行)TypeScript WebSocketHash Chain
実測スループット
>200 取引/分
Gas
~101K/取引
理論上限
475 取引/分
MM が中央集権的。MEV 対策は不完全(チケット順序のみ)。
DP-CFMM — Differential Privacy for AMM
2022
📊 DP × AMM 理論のみ

AMM に差分プライバシーを適用する 2 手法を提案・分析:SURE(取引順序置換)とURE(Dirichlet 分布でバッチ分割)。AMM の曲率が小さいほど DP 保証が強くなるという不可能性定理を証明。

Differential PrivacyCFMMSURE / URE不可能性証明
数値実験
なし(理論分析のみ)
集中流動性(Uniswap v3 型 tick)への拡張が未解決。LP 損失の定量化なし。
Penumbra ZSwap — Shielded Batch Swap
2022–
🔮 ZK + Batch 本番稼働 (Cosmos)

ブロック単位バッチスワップ:ユーザーが public burn → ブロック末尾で全バッチをクリアリング → private mint。将来計画ではバリデーターへの フロー暗号化(量の暗号化)を追加予定。LP ポジションも匿名開閉可能。

halo2Batch SwapFlow EncryptionCosmos IBC
フロー暗号化
将来計画(未実装)
フロー暗号化はまだ将来計画。バリデーター共謀によるバッチ情報漏洩リスク残存。
COMMON — Private Order Book DEX
2023
🔮 ZK + MPC 設計論文

2 フェーズ設計のプライベート注文板 DEX(Aleph Zero + Nethermind Research)。フェーズ 1:zk-SNARK + 閾値 ElGamal 復号オラクルで内部マッチング。フェーズ 2:未マッチ注文をダッチオークションでマーケットメーカーに提供。

zk-SNARK閾値 ElGamalMerkle + NullifierAleph Zero
ベンチマーク
なし(設計論文)
閾値復号オラクルの liveness 保証問題。フェーズ 2 ダッチオークションで MM フロントランニングリスク残存。
UniswapX — Intent-based Dutch Auction DEX
2023
⚡ Intent DEX 本番稼働 (Ethereum)

ユーザーがオフチェーン署名 intent を提出し、filler が競争して最良解を提案するダッチオークション DEX。Permit2 で ERC-20 承認を効率化。プライバシー機能はなし(intent 内容は全 solver に可視)。

Dutch AuctionPermit2Filler CompetitionSolidity
プライバシー
なし(研究課題)
Filler 集中化リスク。Intent 内容が solver に完全公開 → 先回り攻撃可能。
Zef — Anonymous Scalable Payment for DeFi
2023
🔮 ZK + 匿名資格情報 Rust OSS

FastPay + Coconut 認証情報を組み合わせた低レイテンシ匿名決済。BLS12-381 上の Bulletproofs で範囲証明。AWS 5 リージョン分散でサブ秒確認、バリデーター数に対しスループットが線形スケール。

CoconutBLS12-381BulletproofsFastPay
確認時間
サブ秒
スケール
バリデーター数に線形
DEX 機能なし(決済のみ)。BLS12-381 + Bulletproofs の組み合わせは Ristretto より遅い。
Darklake (Cyklon) — Solana ZK Concentrated AMM
2024
🔮 ZK AMM Devnet デプロイ済み

Solana 上で Uniswap v3 型集中流動性 AMM に ZK 機密スワップを組み合わせた capstone プロジェクト。Circom 2 で ZK 回路、Anchor フレームワークでオンチェーン実装。Arcium との提携でプライバシーレイヤーを拡張予定。

Circom 2Anchor (Rust)Solana集中流動性
ベンチマーク
なし(教育目的 PoC)
セキュリティ監査なし。ZK 回路の制約数・証明時間不明。本番グレードには未到達。
Archer Exchange DFBA — Dual Flow Batch Auction
2025
⚡ DFBA デモ実装 (Solana)

DFBA(Dual Flow Batch Auction)の Solana 実装デモ。買い入札キューと売り出しキューを分離し、100ms インターバルで最大 85 注文/キューをバッチ処理。Ephemeral Rollups を活用してレイテンシを削減。

Anchor (Rust)TypeScriptDFBA100ms バッチ
バッチ間隔
100ms
上限
85 注文/キュー
本番利用不可(toy と明記)。MEV 対策なし。プライバシー暗号なし。
Jump Crypto DFBA — 設計提案
2025
⚡ DFBA 設計 ブログポスト・実装なし

Maker/Taker を分離した DFBA の理論的設計提案(Jump Crypto)。CLOB の HFT スナイピングと AMM の MEV の両欠点を克服する設計思想。バッチ期間 100ms–1 秒を推奨。実装は外部に委ねる。

DFBAMaker/Taker 分離設計論
実装
なし
Maker/Taker 識別方法が未定義。流動性断片化リスク(2 フロー分離)。
Urani — Intent DEX on Solana
2025
⚡ Intent DEX Solana Mainnet (v1)

Solana 上のインテントベース DEX。ユーザーが intent 提出 → エージェント(solver)が競合解を提案 → プロトコルが余剰最大化で最良解を選択。CoW Protocol 参照でリング/DAG 取引を計画中。プライバシーなし

IntentBatch Settle (3秒)SolanaCoW スタイル
タイムアウト
3 秒
CoW 参照値
~20% 内部マッチング率
v1 はプロトコル管理決済(中央集権的)。プライバシー機能なし。部分充填は 2025 年計画。
CDEX Papers — P2DEX + Rialto 集録
2021
🔐 MPC DEX コレクション 両論文を収録

P2DEX(FRESCO SPDZ2k + 閾値 ECDSA)と Rialto(MP-SPDZ + Bulletproofs)の 2 論文を 1 ファイルに収録。MPC ベース DEX の 2021 年時点の代表的アプローチを並列比較できる。

P2DEXRialtoFRESCOMP-SPDZ
Penumbra DEX — Protocol Documentation
2022–
🔮 ZK 本番稼働 (Cosmos)

Penumbra ネットワークの DEX 仕様ドキュメント(raw ファイルは 404 スクレイプ結果のため内容薄)。実態は ZSwap(PETs 2022)として別ファイルに記述あり。halo2 ZK + シールドバッチ AMM + Cosmos IBC。

halo2Cosmos IBCSealed Batch AMM
参照先
penumbra-zswap.md(内容あり)

未解決の研究課題

各論文が認める・または論文間のギャップから見えてくる 5 つのフロンティア

課題 A ★★★★
LP ポジションのプライバシー
Uniswap v3 の tick 選択・reserve (x,y) が完全公開。戦略コピーと rebalance MEV の標的に。ZK で AMM 不変量 x·y=k を証明しつつ reserve を秘匿する設計が未実装。
課題 B ★★★
Intent-based DEX のプライバシー
UniswapX・Urani はどちらも intent 内容を全 solver に公開。sealed-bid solver competition(commit-reveal + ZK 正直性証明)の設計が存在しない。
課題 C ★★★
DP × AMM の定量分析
DP-CFMM は理論のみ(実験なし)。Uniswap v3 の実データで ε vs LP 損失(LVR)のトレードオフを計測し、集中流動性への DP 適用可能性を示す研究が未存在。
課題 D ★★☆
FBA の最適バッチ間隔(DeFi 版)
Budish が 100ms を経済理論で正当化したが、DeFi 環境(block time・gas fee・MEV)での最適パラメータは未検証。オンチェーンデータで empirical 分析が可能。
課題 E ★★★★
クロスチェーンプライベート DEX
P2DEX が BTC-ETH で PoC を示したが、Bitcoin 確定時間(~60 分)が実用上の障壁。クロスチェーン状態の秘密共有 + 高速アトミックスワップの組み合わせが未解決。