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| 講演抄録／キーワード | ||
| 講演名 | 2026-06-11 10:20 制限されたトポロジにおけるPBFT遅延の定式化と輻輳動態の解析 ○徐 心銘・上山憲昭（立命館大）  NLP2026-3 CCS2026-3 |
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| 抄録 | （和） | 実用的ビザンチン障害耐性（PBFT）コンセンサスアルゴリズムは分散型システムの中核技術であるが，広域網（WAN）環境におけるその遅延評価は極めて困難である．従来の評価モデルの多くは，ノード間が完全に結合されたネットワークを前提としているが，実際のWAN環境では，Gossipプロトコルを用いた制限されたトポロジ上でのメッセージ転送が一般的である．このような環境下では，メッセージのフラッディングによる突発的なトラフィックが深刻なキューイング遅延を引き起こし，従来の待ち行列理論では捉えきれない非線形な輻輳が発生する．本稿では，トポロジの異質性と輻輳動態を統合した，新しいPBFT遅延計算モデルを提案する．本モデルは，グラフ理論に基づく平均ホップ数の期待値公式を用いて静的な伝搬・伝送遅延の基線を算定する．さらに，大規模なイベント駆動型シミュレーションから得られた実測データに対し，多項式回帰分析を適用することで，ネットワークの平均次数 $k$ とビザンチンノード数 $B$ に依存する動的な輻輳ペナルティ係数（$alpha$）を導出した．提案する遅延計算公式は，Erdős-Rényi（ER），Barabási-Albert（BA），Watts-Strogatz（WS）の3種類の代表的な複雑ネットワークトポロジにおいて広範に検証された．実験の結果，ネットワーク規模 $N=120$ の設定下において，理論予測値と物理シミュレーション実測値との間の絶対誤差率（MAPE）を約10％に抑えることに成功した．本研究成果は，複雑なネットワーク環境におけるPBFTの合意形成遅延が，物理的なトポロジ属性と対抗条件の関数として高精度に予測可能であることを証明しており，分散型システムの性能設計における新たな理論的指針を与えるものである． |
| （英） | The Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) consensus algorithm is a core technology in distributed systems, but evaluating its latency in Wide Area Network (WAN) environments is extremely difficult. While many conventional evaluation models assume a fully connected network between nodes, message forwarding on restricted topologies using the Gossip protocol is common in actual WAN environments. Under such conditions, bursty traffic caused by message flooding leads to severe queuing delays, resulting in non-linear congestion that cannot be captured by conventional queuing theory. In this paper, we propose a novel PBFT latency calculation model that integrates topological heterogeneity and congestion dynamics. This model calculates the baseline of static propagation and transmission delays using the expected value formula for the average number of hops based on graph theory. Furthermore, by applying polynomial regression analysis to empirical data obtained from large-scale event-driven simulations, we derived a dynamic congestion penalty coefficient ($alpha$) that depends on the average network degree $k$ and the number of Byzantine nodes $B$. The proposed latency calculation formula was extensively verified across three representative complex network topologies: Erdős-Rényi (ER), Barabási-Albert (BA), and Watts-Strogatz (WS). Experimental results demonstrate that under a network scale setting of $N=120$, the Mean Absolute Percentage Error (MAPE) between theoretical predictions and actual physical simulation measurements was successfully bounded to approximately 10%. The findings of this study prove that the PBFT consensus latency in complex network environments can be predicted with high precision as a function of physical topology attributes and adversarial conditions, providing a new theoretical guideline for the performance design of distributed systems. | |
| キーワード | （和） | 実用的ビザンチン障害耐性 / 遅延モデリング / 多項式回帰 / / / / / |
| （英） | PBFT / Latency Modeling / Polynomial Regression / / / / / | |
| 文献情報 | 信学技報, vol. 126, no. 69, CCS2026-3, pp. 11-16, 2026年6月. | |
| 資料番号 | CCS2026-3 | |
| 発行日 | 2026-06-04 (NLP, CCS) | |
| ISSN | Online edition: ISSN 2432-6380 | |
| 著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します．(許諾番号：10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) | |
| PDFダウンロード | NLP2026-3 CCS2026-3 |
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| 研究会情報 | |
| 研究会 | CCS NLP |
| 開催期間 | 2026-06-11 - 2026-06-12 |
| 開催地（和） | I-site なんば |
| 開催地（英） | I-site Namba |
| テーマ（和） | NLP，CCS，一般 |
| テーマ（英） | Nonlinear Problems, Complex Communication Sciences, etc. |
| 講演論文情報の詳細 | |
| 申込み研究会 | CCS |
| 会議コード | 2026-06-CCS-NLP |
| 本文の言語 | 日本語 |
| タイトル（和） | 制限されたトポロジにおけるPBFT遅延の定式化と輻輳動態の解析 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Mathematical Analysis of PBFT Consensus Latency and the "Fast-Drop" Mechanism in Different Network Topologies |
| サブタイトル（英） | |
| キーワード(1)（和/英） | 実用的ビザンチン障害耐性 / PBFT |
| キーワード(2)（和/英） | 遅延モデリング / Latency Modeling |
| キーワード(3)（和/英） | 多項式回帰 / Polynomial Regression |
| キーワード(4)（和/英） | / |
| キーワード(5)（和/英） | / |
| キーワード(6)（和/英） | / |
| キーワード(7)（和/英） | / |
| キーワード(8)（和/英） | / |
| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） | 徐 心銘 / Xinming XU / ジョ シンメイ |
| 第1著者 所属（和/英） | 立命館大学 (略称： 立命館大) Ritsumeikan University (略称： Ritsumeikan Univ) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） | 上山 憲昭 / Noriaki Kamiyama / カミヤマ ノリアキ |
| 第2著者 所属（和/英） | 立命館大学 (略称： 立命館大) Ritsumeikan University (略称： Ritsumeikan Univ) |
| 講演者 | 第1著者 |
| 発表日時 | 2026-06-11 10:20:00 |
| 発表時間 | 25分 |
| 申込先研究会 | CCS |
| 資料番号 | NLP2026-3, CCS2026-3 |
| 巻番号（vol） | vol.126 |
| 号番号（no） | no.68(NLP), no.69(CCS) |
| ページ範囲 | pp.11-16 |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2026-06-04 (NLP, CCS) |
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