BTR (Buturi Coin) ブロックチェーン 最終設計仕様書

v3.0 — BigInt + LWMA Edition

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1. 概要

独自ブロックチェーン。ネイティブコイン BTR (Buturi Coin) と、ユーザーが自由に作成できるトークンシステム、組み込み型AMM（自動マーケットメイカー）を持つ。将来の実用化も視野に入れた設計。

全金額はWei文字列で管理する（1 BTR = 10^18 wei）。

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2. ネットワーク構成

2.1 シードノード

• ホスト: mail.shudo-physics.com（初期）
• 役割:
  • ノード発見（新ノードにノードリストを提供）
  • ノード間通信の中継（TCP）
  • クライアント接続の受付（WSS :443）→ フルノードにTCP中継
  • 分散乱数生成の合図・取りまとめ
  • アップデート配信の中継
  • 管理画面（Web UI）のホスト
  • 最新ノードコードの保持・新ノードへの配布
• チェーンデータは保持しない（軽量）
• SSL証明書: Let's Encrypt

2.2 フルノード（Raspberry Pi）

• 機種: Raspberry Pi 4B、Zero 2W、（将来）Pi 5
• 役割:
  • ブロックチェーンデータの保存
  • トランザクション検証
  • ブロック検証
  • アカウント状態管理
• ポート開放不要（シードノードにアウトバウンド接続するだけ）
• マイニングはしない

2.3 クライアント（ブラウザ）

• WSS経由でシードノードに接続 → シードノードがフルノードに中継
• 役割:
  • ウォレット管理（鍵ペア生成、秘密鍵保管）
  • 送金・トークン操作・スワップ
  • マイニング（Web WorkerでPoW計算）
  • ブロック情報閲覧

2.4 通信プロトコル

経路	プロトコル
クライアント → シードノード	WSS (WebSocket Secure)
シードノード → フルノード	TCP
シードノード ↔ シードノード	TCP（常時接続）

2.5 パケットフォーマット

JSON + 改行 + LINE_BREAK + 改行 を区切り文字として使用。

const DELIMITER = '\nLINE_BREAK\n';

socket.write(JSON.stringify(packet) + DELIMITER);

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3. 暗号技術

3.1 署名: Ed25519（自作実装）

• ウォレットの鍵ペア生成
• トランザクション署名・検証
• アップデート署名
• メンバー追加署名

3.2 ハッシュ: SHA-256

• ブロックハッシュ
• PoWのnonce探索
• アドレス生成
• 分散乱数合成

3.3 ウォレットアドレス

Ed25519公開鍵からSHA-256ハッシュ → 先頭160bit（40文字）

address = '0x' + sha256(publicKey).slice(0, 40)

3.4 アドレス体系

種類	長さ	形式
ウォレットアドレス	160bit (42文字)	0x + sha256(公開鍵)[:40]
トークンアドレス	64bit (18文字)	0x + sha256(sig+timestamp)[:16]
BTRアドレス	64bit (18文字)	固定: 0x0000000000000000

3.5 Canonical JSON

署名・検証時にキーをアルファベット順ソートして決定論的なJSON文字列を生成。

function canonicalJSON(obj: any): string {
  if (typeof obj !== 'object' || obj === null) return JSON.stringify(obj);
  if (Array.isArray(obj)) return '[' + obj.map(canonicalJSON).join(',') + ']';
  const keys = Object.keys(obj).sort();
  return '{' + keys.map(k => `${JSON.stringify(k)}:${canonicalJSON(obj[k])}`).join(',') + '}';
}

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4. アカウントシステム

アカウントは使われた時に初めて作成される（遅延初期化）。

4.1 Nonce（リプレイ攻撃対策）

Ethereum方式のアカウントnonceカウンター。pendingトランザクションを考慮した実効nonceをクライアントに返す。

フィールド	説明
nonce	確定済みnonce（ブロックに含まれたTx数）
pendingNonce	pending考慮後の次のnonce（クライアントが使う値）

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5. トランザクション

5.1 種別

type	説明
transfer	BTR送金
token_transfer	トークン送金
create_token	トークン作成
swap	AMMスワップ
rename_token	トークン名変更

5.2 検証フロー

1. 公開鍵 → アドレス整合性チェック
2. Ed25519署名検証
3. タイムスタンプ ±10分チェック
4. nonce検証（pending考慮の実効nonce）
5. ガス代チェック（固定 1 BTR）
6. pending考慮の実効残高チェック
7. type別チェック（残高、プール存在など）

5.3 署名

signature フィールドを除いた全フィールドをCanonical JSON化して署名。

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6. ブロック

6.1 ブロックハッシュ計算

sha256(previousHash + timestamp + nonce + difficulty + miner + reward + JSON.stringify(transactions))

6.2 ブロックサイズ上限

3MB（約6000トランザクション/ブロック）

6.3 フォーク選択ルール

累積ワーク量（Σ 2^difficulty）が大きい方が正。同じ場合はチェーン長が長い方。最大巻き戻し深さ: 10ブロック。

function calculateChainWork(c: Block[]): bigint {
  return c.reduce((sum, b) => sum + (2n ** BigInt(b.difficulty)), 0n);
}

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7. Proof of Work

7.1 マイニング

クライアント（ブラウザ）がWeb WorkerでSHA-256を計算。難易度はビット単位（先頭Nビットが0）。

function meetsTarget(hash: string, difficulty: number): boolean {
  const fullNibbles = Math.floor(difficulty / 4);
  const remainBits = difficulty % 4;
  for (let i = 0; i < fullNibbles; i++) {
    if (hash[i] !== '0') return false;
  }
  if (remainBits > 0) {
    const v = parseInt(hash[fullNibbles], 16);
    if (v > (1 << (4 - remainBits)) - 1) return false;
  }
  return true;
}

7.2 難易度調整（LWMA）

線形加重移動平均（Linear Weighted Moving Average）方式。直近ほど重みが大きい。

パラメータ	値
目標ブロック時間	180秒
調整ウィンドウ	20ブロック
調整開始	20ブロック以降
初期難易度	24ビット
最低難易度	20ビット
外れ値フィルタ	30秒〜900秒（クランプ）
ダンピング係数	1/3（変化量を抑制）
最大上昇幅	+1/ブロック

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8. コイン: BTR (Buturi Coin)

8.1 パラメータ

パラメータ	値
名前	Buturi Coin
シンボル	BTR
トークンアドレス	0x0000000000000000
総供給量	50億 BTR
単位	Wei（1 BTR = 10^18 wei）
ブロック時間（目標）	180秒（約3分）
ブロック報酬	20〜70 BTR（前ブロックハッシュベースで決定論的に算出）
ガス代	1 BTR（固定）
トークン作成費	500 BTR
トークン名変更費	500 BTR
手数料の行き先	全てマイナー（ブロック生成者）へ

8.2 ブロック報酬算出

前ブロックハッシュ + 'BTR_REWARD' + height をSHA-256して決定論的に算出。

const seed = sha256(prevHash + 'BTR_REWARD' + height);
const rewardBtr = 20 + (parseInt(seed.slice(0, 8), 16) % 51); // 20〜70
const rewardWei = (BigInt(rewardBtr) * WEI_PER_BTR).toString();

8.3 初期配布

事前配布なし。最初のマイナーが最初のブロックを掘ることでBTR経済圏がスタート。

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9. トークンシステム

9.1 トークン作成

• 費用: 500 BTR（マイナーの報酬として入る）
• トークンアドレス: sha256(署名 + タイムスタンプ) の先頭16文字

9.2 配布方式

一律でAMMプール投入

9.3 初期流動性

• トークン作成費の500 BTRがAMMプールの初期BTRリザーブになる
• totalSupply × poolRatio のトークンがプールに入る
• totalSupply × (1 - poolRatio) が作成者に渡る
• プールはロック（引き出し不可）

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10. AMM（自動マーケットメイカー）

10.1 基本設計

• 全トークンはBTR建て（BTRが基軸通貨）
• トークン同士の交換: TokenA → BTR → TokenB（二重手数料）
• 手数料: 3%
• 定数積モデル（x × y = k）

10.2 レート計算

// 基本レート（手数料込み）
rate = btrReserve * 97n * WEI_PER_BTR / (tokenReserve * 100n)

// 揺らぎ（±15%、1分ごとに変化）
const seed = sha256(lastBlockHash + tokenAddress + minute);
const change = parseInt(seed.slice(0, 8), 16) % 3000 - 1500; // -1500〜+1500

10.3 スワップ計算

// 定数積AMM（手数料3%）
const fee = amountIn * 3n / 100n;
const amountInAfterFee = amountIn - fee;
const amountOut = amountInAfterFee * reserve_out / (reserve_in + amountInAfterFee);

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11. 分散乱数生成

11.1 通常フロー（1時間ごと）

1. プライマリシードノードが合図を送る
2. ランダムに3ノードを選出
3. 選出されたノードがコミットメント hash(乱数) を提出
4. 全員出揃ったら乱数を公開（Reveal）
5. sha256(randomA + randomB + randomC) を共通乱数として全体に配布

11.2 フォールバック

ノードが3台未満またはタイムアウト（10秒）時: シードノードが自分で乱数を生成して配布。

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12. 権限システム

12.1 ロール

ロール	説明
root	全権限（seeds.json更新を含む）
member	メンバー追加 + アップデート配信

12.2 権限表

操作	root	member
メンバー追加	✅	✅
root追加	✅	❌
メンバー削除	✅	❌
アップデート配信	✅	✅
seeds.json更新	✅	❌

12.3 信頼チェーン

• rootのEd25519公開鍵をランチャーとシードノードのコードにハードコード（信頼の起点）
• trusted_keys.json でメンバー公開鍵を管理
• シードノード間で常時同期

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13. アップデートシステム

13.1 ランチャー方式

• launcher.ts が署名検証とプロセス管理を担当
• ランチャー自体は更新しない（root公開鍵とCDN URLをハードコード）
• exit(1) → ランチャーが再起動
• exit(100) → アップデート適用後の再起動

13.2 アップデートパッケージ

フィールド	内容
version	バージョン文字列
code	ノードコード全体（ミニファイ済み1行）
hash	sha256(code)
signer	署名者の公開鍵
signature	Ed25519署名

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14. チェーン同期

14.1 フロー

接続（または再接続）のたびに差分同期を実施。

1. シードノードに接続 → register 送信
2. シードノードが send_chain_to で既存ノードに送信指示
3. 50ブロック単位のチャンクでストリーミング受信
4. チャンクをディスク（sync_chain/）に即書き出し
5. 全チャンク到着後 applySyncedChain() でrebuild

14.2 検証

• 末尾 10ブロックのPoW・ハッシュチェーン検証
• フォーク選択は累積ワーク量比較
• 最大巻き戻し深さ: 10ブロック

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15. ジェネシスブロック

タイムスタンプ固定: 1739700000000（2025-02-16T00:00:00Z）
全ノードで同一のジェネシスハッシュを保証するため固定値を使用。

フィールド	値
height	0
previousHash	0x + 0 × 64
timestamp	1739700000000（固定）
nonce	0
difficulty	24
miner	0x + 0 × 40
reward	0
message	Foooooooooooooooooooo物理班最高!YEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEA BigInt+LWMA Edition v2.1.0

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16. 将来の拡張候補

• ホールパンチング（ノード間P2P直接接続）
• スマートコントラクト（VM実装）
• モバイルアプリ
• ブロックエクスプローラー（一般向け）
• ライトノード（ブロックヘッダのみ保持）
• 並列チェーン同期（複数ノードから分担取得）
• 管理パネルのグラフ表示
• トランザクションフィルタリング機能
• アラート通知システム