ブロックチェーンを用いたP2P電力取引でのオフチェーン化による処理時間・手数料の改善

2025年3月19日 電気学会全国大会 ブロックチェーンを用いたP2P電力 取引でのソート処理のオフチェーン 化による処理時間・手数料の改善 佐々木一晃, 岡本大輝, 近藤潤次(東京理科大学) 小平大輔(筑波大学)

1.背景・課題 2 背景 ⚫ 太陽光発電(PV)が普及 PVで電力を生産し、消費後の余剰電力を販 売、利益を得るProsumerが増加[1]。 ⚫ そこで、多数のProsumerが参加できるブロックチェーンP2P電力取 引の実現が望まれている。 課題 ⚫ 取引処理時間の増加や取引手数料の高騰が、実用化の障壁[2][3][4]。

2.先行研究・目的 3 先行研究 ⚫ 取引の部分的なオフチェーン化による取引手数料の削減の試み [5] [5]Marco Marcozzi, Leonardo Mostarda, Diletta Cacciagrano, “Off-chain for micro grid systems,” Frontiers in Blockchain, 2022 ⚫ 取引処理時間の改善の為のオフチェーン化の研究は、見当たらない 目的 ⚫ ソート処理のオフチェーン化による取引処理時間と取引手数料の削減 ⚫ 従来のオンチェーン取引と比較

4 3. P2P電力取引システムフロー 取引の流れ ① 顧客情報(希望電力量、価格、 アドレス)をスマートコントラ クトに送信 ② オフチェーン上で入札価格で のソート処理 ③ Single Price Auctionで約定 価格の決定 ④ 取引結果を顧客に送信 図1：P2P電力取引システムフロー Smart Contract：ブロックチェーン上で設定されたルールに従って自動的にプログラムが実行される契約の仕組み Offchain：途中の計算は記録せず、取引結果のみをブロックチェーンに記録する手法 取引速度や手数料の改善

5 4.シミュレーション結果（取引処理時間） ノード数200~1400におけるオン チェーンとオフチェーンの総取引 処理時間を比較 agreement：約定処理時間 set：ソート処理時間 ソート処理のオフチェーン化で 取引処理時間を71％削減 一般的にはクイックソートは平均 時間計算量が𝒏 𝐥𝐨𝐠 𝒏に比例 図2：総取引処理時間

6 4.シミュレーション結果（取引手数料） ノード数200~1400におけるオ ンチェーンとオフチェーンの1 取引当たりの手数料を比較 ソート処理のオフチェーン化 で取引手数料を92%削減 図3：1取引当たりの取引手数料

7 5.考察 表1：ノード数増大時の取引処理時間予測値[s] ノード数 onchain offchain 1,400 43.9 12.3 14,000 1,011 283 約17分になる 30分毎の取引に支障 ノード数増大すればするほどオフチェーン化の必要性が高まる 表2：1取引当たりの取引手数料（日本円） onchain offchain gas 294,999 22,938 JPY 2,372 184 表2より1取引当たりの手数料は184円 売り手が1kWhあたり20円で電力を販売 するとする 1回の取引量が少なくとも9.2kWh以上 必要 一般的な家庭の太陽光発電システムの発 電容量は3~5kW程度 一日の発電量は8.1~13.5kWh ↓ オフチェーン化することで一般的な家庭 の発電量でも電力取引で利益を出すこと が可能 参考：太陽光発電の1日あたりの発電量はどれくらい？計算方法や地域・季節別の発電量を紹介 | 東京ガス

• https://uchi.tokyo-gas.co.jp/solor/0065

6.まとめ 8 目的 ⚫ ブロックチェーンを用いたP2P電力取引でのソート処理のオフチェーン化による、 処理時間と手数料の削減 結果 ⚫ 処理時間：約71％の低減 ⚫ 取引手数料：約92％の削減 考察 ⚫ すべてオンチェーン処理の場合、参加者14000人では取引処理時間が約17分にな ると想定される ノード数が増大すればするほどオフチェーン化が必要 ⚫ オフチェーン化によって一般的な家庭の発電量でも電力取引の利益化が可能

参考文献 9 [1] 長塚卓巳, 佐野盛僚, 山口順之,”ブロックチェーンを用いた分散型余 剰電力取引システムの提案と処理時間の評価実験,”電気学会論文誌B(電 力・エネルギー部門誌), Vol. 140, No.3, pp.176-185, 2019 [2] B.K. Meiser, H.C.W. Price, “Gas fees on the Ethereum blockchain: from foundations to derivative valuations,” Frontiers in Blockchain, 2024 [3] K. Sokolov, “Ransomware activity and blockchain congestion,” Journal of Financial Economics, vol.141, pp. 771-782, 2021 [4] J. Kang, R. Yu, X. Huang, S. Maharjan, Y. Zhang, E. Hossain, “Enabling Localized Peer-to-Peer Electricity Trading Among Plugin Hybrid Electric Vehicles Using Consortium Blockchains,” IEEE Trans. Industrial Informatics, vol.13, pp. 3154-3164, 2017

10 補足説明スライド 図5：Consumer（買い手）のヒストグラム 図6：Prosumer（売り手）のヒストグラム ⚫ 購入及び販売希望電力量は33から45kWhの範囲の整数値でランダム生成

11 補足説明スライド２ ⚫ Single Price Auction：一定の受注期間（30分）毎 に注文を受け付け、注文を締め切った後に約定量と 約定価格が決定される方式 表2に示した取引手数料(JPY)は1ETHを\536,037 (2024/12/04 0:09 JST時点) 、ガス単価を15Gweiとし て 計算手数料＝gas×ガス単価（15Gwei） 1Gwei＝10-9ETH 図7：Single Price Auction

12 貰った質問 大阪大学 内田先生 ⚫ クイックソートを使用した理由（ほかのソートは検討したか） ⚫ オフチェーン化を使用することのデメリット