研究手法横断ガイド — DeFi プライバシー

83本の論文を「how(どう研究したか)」軸で横断比較。A-Gの7手法カテゴリ / 脅威モデル / 実験設計 / 評価指標を視覚化。

A: 形式証明のみ B: 実測・観測 C: プロト+ベンチ D: シミュレーション E: 本番デプロイ F: 理論設計のみ G: ハイブリッド (主流)
概要・分布
A-G 分類
研究ワークフロー
脅威モデル
実験設計
評価指標
系譜パターン
45%
G: ハイブリッド(主流)
20%
C: プロト+ベンチ
15%
B: 実測・観測

手法カテゴリ分布

10 20 30 37 G 16 C 12 B 10 A 8 D 7 E 4 F 手法カテゴリ (推定論文数)

手法の年代別推移

2005 2010 2015 2018 2020 2022 2024 F A B C G D E 手法の相対的シェア推移(概念図)
7カテゴリ サマリー
カテゴリ名称主軸代表年代強み弱み
AFormal proof-onlyUC / game-based 証明のみ1999-2016安全性が形式的に保証実装なし、性能不明
BEmpirical measurement既存デプロイ系の観測2018-2025現実の挙動が分かる因果推論が弱い
CPrototype + microbench自製プロト+性能計測2017-現在実数値が取れるスケール限界
DSimulation市場シミュレータで評価2020-現在スケール可・市場挙動再現sim2real ギャップ
EReal-world deployment本番運用+振り返り2021-現在ground-truthN=1、再現困難
FTheory-only design設計+漸近解析のみ1999-2014概念の純度実用性不明
GHybrid proof + prototype形式証明+実装+ベンチ2019-現在(主流両刀、top-tier 合格ライン工数重い
Key Insight: DeFi プライバシー領域では G(ハイブリッド)が現代の査読合格ライン。2020年前後にC+Aの融合として確立。近年はD(ABIDES シミュレータ系・JPM ライン)とE(J.P. Morgan / Renegade Mainnet)が増加。純粋なF・Aは top-tier では通りにくくなっている。
A
Hawk: The Blockchain Model of Cryptography and Privacy-Preserving Smart Contracts (2016)
DAP (Decentralized Anonymous Payment) を formal model として確立。UC ideal functionality を定義し reduction 証明で完結。実装なし(後続研究が実装)。Hawk のモデルは10年後も参照標準として機能し続ける稀有な論文。
A
Kachina: Foundations of Private Smart Contracts (CSF 2021)
UC framework でスマートコントラクトプライバシーの primary functionality を定義。ideal functionality の新定式化に焦点。実装は後続(Eagle 等)に委ねる形式。
AG
Eagle: Efficient Privacy Preserving Smart Contracts (2023)
Kachina の拡張。UC adaptive corruption モデルで hybrid decentralized privacy contract の安全性を厳密に証明。prototype 実装も含む G との境界線上。DPC (Decentralized Private Computation) の定式化。
A
Zerocash: Decentralized Anonymous Payments from Bitcoin (2014)
ZK-SNARK (libsnark) を用いた完全な crypto proof。コア部分は形式証明。後続で実際の Zcash として実装されたが、論文自体の貢献は cryptographic soundness の証明。
A
Coconut: Threshold Issuance Selective Disclosure Credentials (NDSS 2019)
閾値発行型匿名資格情報の game-based 証明。PS signatures + Coconut scheme の形式安全性。後続で実装(Nym network 等)されるが論文のコアは proof。
B
CoinJoin Privacy Adoption (2022)
Wasabi Wallet / Samurai Wallet の実利用パターンとanonymity set をオンチェーンデータで実測。「論文が言うほど anonymity set は大きくない」という現実を示す。Bitcoin プライバシーの empirical ground-truth。
B
Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability (2020)
Ethereum mainnet の MEV を全面計測。ブロック2017-2019のアーカイブノードデータから arbitrage / sandwich / frontrun を分類・定量化。MEV 研究の起点となった landmark 実測論文。
B
Private Order Flow and the Centralizing Effect on PBS (2023)
mev-boost 公開 relayer logs を分析。Private Order Flow が PBS(Proposer-Builder Separation)のブロック構築者集中化に与える影響を実測。規制議論への影響が大きい empirical work。
B
SoK: Privacy-Enhancing Technologies in Finance (2023)
DeFi / TradFi のプライバシー技術採用度・実利用統計を SoK 形式で集約。30+ PET の採用率・成熟度・用途分類。実測的な集計論文。
B
Hitchhiker's Guide to Privacy in Blockchain (2025)
多チェーンにわたる privacy-tx 実態調査。Ethereum / Zcash / Monero / Tornado 利用パターンを統合分析。採用率・deanonymization リスクの現実を multichain で計測した最新 survey。
CGE
Renegade: A Decentralized Dark Pool Protocol
Bulletproofs based MPC + colSNARK のフルスタック実装。7回路(VALID WALLET CREATE / UPDATE / MATCH / SETTLE 等)のベンチマーク。Arbitrum mainnet 上で open-source relayer として稼働中。proof size・gas/Tx・MPC round count を回路別に報告。
CG
FairTraDEX: A Decentralised NFT Trading Protocol (2022)
ゲーム理論(Nash均衡・CDA vs FBA比較)→ ZKP構築(Groth16) → Solidity実装 → gas計測。front-running 耐性のある batch auction の実装ベンチ。
C
Privacy-Preserving Dark Pool Trading using Secure Multi-Party Computation (2022)
100者MPC ダークプール。AWS C5.4xlarge × l(最大100台)、us-west-2 LAN。Shamir(semi-honest)/ SPDZ(malicious)双方を実装。l=2..100 でスケーラビリティを測定した主要 prototype 論文。
CG
Privacy-Preserving Priority Queue for Dark Pool MPC (PETs 2023)
3-party malicious MPC の priority queue。LAN ベンチ。orderbook size N × incoming orders K × tx/sec を3次元でスイープ。data-dependent vs data-independent の比較が核心。
C
All-for-One and One-for-All: An MPC-Based Dark Pool Protocol (2022)
Plato Uncross の実装。AWS LAN 上で l=2..100 の Shamir / SPDZ 比較。USD/auction(AWS 直接コスト ~$1/auction)を報告した実コスト計測論文。online runtime + data sent/received を l でスイープ。
DA
Privacy-Preserving Dark Pools (AAMAS 2020)
Polychroniadou/JPM ライン起点。ABIDES 市場シミュレータ上でエージェントを設計し、privacy-preserving dark pool の市場挙動を評価。JPM AI Research の ABIDES 活用の最初期事例。
DE
Atlas-X Axe Execution: Achieving Order Privacy on Public Blockchains (AAMAS 2024)
J.P. Morgan の DP axe-list。ABIDES + J.P. Morgan internal axe data で DP ε を sweepし P&L impact・information leakage (bits) をシミュレーション計測。USA/EU/Asia 2年稼働の生産システムでもある(D+E)。
D
Correlated-Output Differential Privacy for Dark Pools (2023)
DP output の相関リークを ABIDES + NASDAQ-100 historical data で評価。uncorrelated DP vs correlated-output DP のリーク比較。
D
DP-CFMM: Differential Privacy for Constant Function Market Makers (FC 2022)
CFMM (AMM) の swap を ε,δ-DP でシミュレーション評価。価格スリッページと privacy tradeoff を定量化。
D
FuturesMEX: Secure, Distributed Futures Market Exchange (S&P 2018)
CME Lean Hog / Eurodollar / Crude oil / FX の実 futures market data を使った sealed-bid auction シミュレーション。市場品質指標(mid-price spread)で評価。実 commodity データを用いた希少なシミュ系論文。
E
Prime Match: A Privacy-Preserving Inventory Matching System (CCS 2023)
J.P. Morgan が2021年から本番稼働している FX dark pool の論文化(3地域)。Linux AWS + Windows browsers、WebSocket tunnel proxy 自製。WAN 実測あり。「2年間運用して何が分かったか」を学術的に論ずる。
EG
Privacy Pools: Web3's Solution to the Compliance-Privacy Dilemma (2023)
Buterin et al. の Association Set 設計。0xbow として Ethereum mainnet に deployment-aware に設計・実装。ZK証明によるコンプライアンス確認と匿名性の両立。
E
Penumbra DEX
Cosmos mainnet (2024 launch) での batch swap 実装。ZKP + Cosmos consensus 統合。パブリックチェーンへの privacy-preserving DEX の production deployment。
F
Accountable Privacy for Decentralized Anonymous Payments (2016)
Sander-TaShma (1999) の系譜。設計と漸近解析のみ。概念的な accountability フレームワークの提案。
F
Compact E-Cash (Eurocrypt 2005)
Camenisch-Hohenberger-Lysyanskaya。電子キャッシュプリミティブの設計提案。漸近解析のみ。後続の DeFi ZKP 系が依拠する基礎プリミティブ論文。
F
Algebraic MACs and Keyed-Verification Anonymous Credentials (2014)
Chase-Meiklejohn。MAC ベース匿名資格情報プリミティブの設計。ZCash Sapling / Coconut / Blind Signatures 系が依拠する基盤。
G
P2DEX: Privacy-Preserving Decentralized Exchange (2021)
UC証明 + Insured MPC 実装 + ETH/BTC settlement コスト計測。malicious adversary 下での DEX 注文プライバシー。gas cost と MPC round cost をセットで報告。
G
Common Knowledge Orderbook (2023)
ZK + MPC + Aleph Zero 実装 + 安全性 game proof。privacy-preserving CLOB の実装。Aleph Zero チェーン上の production-ready prototype。
G
Jigsaw: Efficient, Privacy-Preserving Smart Contracts (2025)
colSNARK + TEE の設計。形式モデル(TEE enclave 信頼前提)+ Rust+WASM 実装 + gas 計測。MPC と TEE のハイブリッドが新しい方向性。
GE
Derecho: Privacy Pools with Proof-Carrying Transactions (2024)
Privacy Pools 拡張。EVM smart contract + ZK proof + Association Set の形式化。mainnet-aware な設計で ZK proof を carrying する tx format を提案。
G
zkBSA: Zero-Knowledge Blockchain Sanctions Avoidance (2026)
制裁リスト ZK証明 + Solidity prototype + game-based プライバシー証明。AML × ZK のコンプライアンス自動化。sanction list への inclusion を ZK で証明する新方向。
G
Manta: A Privacy Preserving Decentralized Exchange (2021)
ZK-SNARK based DEX。formal privacy definition + Plonk/Groth16 実装 + gas 計測。Uniswap との性能比較 baseline。
各論文が どのような手順で研究を進めたか を可視化。論文を選択してワークフローを確認。
脅威モデルの5次元: (1) Adversary type (passive/active) — (2) Corruption pattern (static/adaptive) — (3) MPC assumption (semi-honest/malicious/covert) — (4) Majority assumption (honest/dishonest) — (5) Network adversary
論文 Adversary Corruption MPC 仮定 多数決 Network 備考
Renegade Malicious Static Malicious 2-party (n-1) TLS relayer colSNARK + Bulletproofs。relayer は準正直
P2DEX (2021) Malicious (UC) Static Insured MPC n-1 corrupt OK Adversarial UC simulation-based。deposit-based 罰則機構
Dark Pool MPC (2022) Semi-honest / Covert Static Shamir (SH) / SPDZ (M) t < l/2 (Shamir) / t=l-1 (SPDZ) LAN only SH と M の両方で実装・比較
Prime Match (2023) Semi-honest Static Semi-honest n-1 (single bank op) TLS (WAN) 銀行内 permissioned。WAN latency あり
Atlas-X (2024) Semi-honest data holder N/A (DP) N/A N/A N/A Single-party DP。MPC なし
Priority Queue (2023) Malicious Static Malicious (3-party) Honest majority LAN 3-party BGW ベース
FairTraDEX (2022) Malicious builder Static Trustless (ZK) Trustless Block-time adversary ZKP で builder を制約。MEV 耐性
Jigsaw (2025) Malicious + TEE Static colSNARK TEE enclave assumption TEE boundary TEE compromise を脅威に含む
Manta (2021) Malicious Static Trustless (ZK) Trustless N/A ZK-SNARK のみ。MPC なし
Penumbra DEX Malicious Static Trustless (ZK + Cosmos) Cosmos validator Cosmos P2P バリデータ集合への信頼あり
Hawk (2016) Malicious (UC) Static Manager (trusted party) Manager + ZK N/A Trusted manager の存在を仮定
Eagle (2023) Malicious Adaptive DPC Trustless N/A Adaptive corruption を扱う稀少な論文
脅威モデルの偏り分析

偏り 1: Semi-honest が多数

Production に近い系(JPM ライン、Cartlidge ライン の一部)はほぼ semi-honest を採用。理由: malicious MPC は overhead が 10x 以上で実用化困難。Prime Match / Atlas-X がその典型。

偏り 2: Adaptive corruption は稀

ほぼ全論文が static corruption を仮定。Adaptive を真剣に扱うのは Eagle (2023) / 一部 UC 論文のみ。実 chain では静的仮定で実用上 OK とされる。

偏り 3: Network adversary はほぼ無視

MEV 文脈(Flash Boys 2.0、FairTraDEX)以外では network adversary をほぼ考慮しない。BGP攻撃・timing 解析は盲点として残る。

偏り 4: ZK系は trustless で別次元

ZK のみの系(Manta, Penumbra, FairTraDEX, Hawk 等)は「MPC adversary」ではなく「ZK soundness」で安全性を論ずる。同じ表に並ぶが評価軸が異なる。

Baseline(比較対象)の選択パターン
カテゴリ内容採用論文
公開 DEXUniswap V2/V3 等の透明 AMMManta vs Uniswap, Penumbra vs Uniswap
Mixer 系Tornado Cash 系Privacy Pools(Tornado を改良として位置付け)
先行 MPC dark poolCartlidge ライン先行研究Dark Pool MPC (2022) vs MPC Dark Side (2019)
公開 CLOBdYdX、中央集権所Renegade(latency 比較)
公開 batch auctionCowSwap、PenumbraFairTraDEX vs CowSwap
No baseline(新規 primitive)新領域提案WKA Dark Pool FC 2021(counterparty 発見)
同系DP比較DP パラメータの比較Atlas-X (DP なし vs DP-Atlas-X), correlated vs uncorrelated DP
同系MPC比較Shamir vs SPDZAll-for-One (l=2..100 で両比較)
Dataset の選択パターン
カテゴリ出典採用論文
合成 Poisson order flow著者生成Dark Pool MPC 2022 / Priority Queue / Indifferential Privacy
CME futures dataLean Hog, Eurodollar 等FuturesMEX (S&P 2018)
NASDAQ / S&P 500 historicalNASDAQ ITCH, S&P 500 ticksAtlas-X (2024), Correlated Output DP
LSE Turquoise PlatoLSE 公式 monthly reportsTurquoise Plato (2020), All-for-One
Bloomberg Tradebook (社債)BloombergWKA Dark Pool (FC 2021)
J.P. Morgan internal axe data機密 internalAtlas-X (2024) — 機関内データの稀有な学術利用
Ethereum mainnetFull archive nodeFlash Boys 2.0, Private Order Flow PBS
mev-boost relayer logs公開 relayerPrivate Order Flow PBS (2023)
Test Environment の分布
論文環境パーティ数ネットワーク備考
Dark Pool MPC (2022)AWS C5.4xlargel = 2..100LAN (us-west-2)事実上の MPC dark pool ベンチ標準
All-for-One (2022)AWS LANl = 2..100LANShamir / SPDZ 両方でスイープ
Priority Queue (2023)Local LAN3LANXeon 16core 32GB 相当
FuturesMEX (2018)EC2 large1単一1 取引日 = 1 日分 EC2
Prime Match (2023)Linux AWS + Windows browser機関 + multi-clientWAN (USA/EU/Asia)唯一の本格 WAN ベンチ
Atlas-X (2024)ABIDES sim + single-party DP数百エージェント (sim)Sim生産は 3 地域
FHE-MEV MitigationTFHE-rs (Zama) GPUN/AN/ANVIDIA V100。FHE 系は GPU 必須
RenegadeArbitrum mainnetMesh P2P (QUIC)MainnetProduction relayer、open-source
Penumbra DEXCosmos mainnetn validatorsCosmos P2P2024 mainnet launch
Key Observation: 全 MPC 論文のほぼ全てが LAN 仮定。WAN ベンチを真剣に取るのは Prime Match (2023) のような production のみ。AWS C5.4xlarge が MPC dark pool ベンチの事実上の標準 (16 vCPU, 32GB RAM)。GPU は FHE 系のみ。
評価指標カテゴリ

Throughput / Latency

tx/sec, ms, sec/auction

代表: Priority Queue (3D sweep), Indifferential Privacy (FHE: 0.07→DP: 850 tx/sec)

暗号サイズ

proof size (bytes), signature size

代表: Renegade (circuit 別 proof size), Jigsaw (colSNARK size)

オンチェーンコスト

gas, calldata bytes

代表: Privacy Pools, Derecho, zkBSA, FairTraDEX

プライバシー強度

anonymity set, K-anonymity, DP ε

代表: Atlas-X (ε sweep), DP-CFMM, Correlated Output DP

経済挙動

mid-price spread, P&L, leakage bits

代表: Atlas-X (P&L impact), FuturesMEX (market quality)

運用コスト

USD/auction (AWS 直接コスト)

代表: All-for-One (~$1/auction), FuturesMEX

論文×評価指標 ヒートマップ
論文 TPS Latency Gas Proof size USD/auction DP ε Anon set P&L Spread MPC rounds
Renegade
Priority Queue (2023)
Dark Pool MPC (2022)
All-for-One (2022)
Atlas-X (2024)
FuturesMEX (2018)
FairTraDEX (2022)
Privacy Pools (2023)
DP-CFMM (FC 2022)
Jigsaw (2025)
Indiff. Privacy DP (2025)
注目すべき指標の組み合わせ:
All-for-One: (online runtime, USD/auction, data sent/received) を l=2..100 で報告 — コスト意識の高い経済的評価
Atlas-X: (DP ε, P&L impact, leakage bits) — privacy と経済パフォーマンスのトレードオフを直接測定
Renegade: (proof size, gas/Tx, MPC round count) を per-circuit 7回路で報告 — 粒度の細かい工学的評価
Priority Queue: (N, K, tx/sec) を 3次元スイープ — 最も多次元な性能測定
系譜パターン 1: F→A→G→E(古典から production への 30 年)
F 1999
Sander-TaShma
概念設計
AG 2014
Zerocash
UC証明+libsnark
A 2016
Hawk
DAP形式モデル
E 2021
Aztec / Tornado
Production
GE 2023
Privacy Pools
deployment-aware設計
系譜パターン 2: A→C→D→E(JPM ダークプールライン)
AD 2020
pp-dark-pools
ABIDES simulation
C 2020
Secret Match
FHE prototype
G 2023
Priority Queue
MPC+形式+bench
E 2023
Prime Match
Production (CCS)
DE 2024
Atlas-X
DP sim + 2年稼働
系譜パターン 3: D単独→経済学的補完(DP×経済学ライン)
D 2022
DP-CFMM
AMM+DP sim
D 2023
Correlated Output DP
リーク相関の評価
DE 2024
Atlas-X
P&L + ε tradeoff
CG 2025
Indifferential Privacy
FHE vs DP 比較
系譜パターン 4: Cartlidge ライン(Bristol/KU Leuven C+A 軸)
A 2019
MPC Dark Side
形式モデル
C 2022
Dark Pool MPC 100
AWS×100 benchmark
C 2022
All-for-One
Plato Uncross実装
G 2023
Priority Queue
malicious 3-party
G 2025
Indifferential
DP vs FHE 比較
手法選択の意思決定フレーム
問いのタイプ推奨手法典型ターゲット
新プリミティブの正しさA or GCrypto / CSF / S&PHawk, Eagle, Coconut
性能限界の探究CCCS / USENIXDark Pool MPC, All-for-One
経済挙動・市場効率DAAMAS / ECAtlas-X, pp-dark-pools
規制・採用パターンBIMF / 規制当局 / FCFlash Boys 2.0, Hitchhiker's Guide
プロダクト validationECCS / NDSSPrime Match, Renegade
top-tier 査読合格GCCS / S&P / NDSSFairTraDEX, P2DEX, Jigsaw
DeFi 領域固有の手法偏り:
Production 比率が他分野より高い: 金銭インセンティブが学術 prototype を fintech 本番化に繋げる(Renegade/Penumbra/Prime Match/Atlas-X/Privacy Pools)
Simulation (D) が経済学的視点を持ち込む: ABIDES は 2019 公開後 JPM 系論文の標準ツールに。crypto + finance の交差点
Empirical (B) は規制ドリブン: Tornado Cash 制裁以降、Mixer / Private Pool の B 系研究が集中