I-D: Agent Coordination Protocol (ACP) – 大規模AIエージェント協調のためのプロトコル設計

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本記事はGeminiの出力をプロンプト工学で整理した業務ドラフト（未検証）です。

I-D: Agent Coordination Protocol (ACP) – 大規模AIエージェント協調のためのプロトコル設計

【背景と設計目標】

ACPは、数千規模の自律型AIエージェント間のリアルタイムなタスク分散、状態同期、および意思決定協調を、極低遅延かつ高効率で実現するために設計されています。これは従来のマイクロサービス通信（HTTP/2, gRPC）で課題となっていた大規模多重化環境での接続オーバーヘッドとヘッド・オブ・ライン・ブロッキング（HOL Blocking）を解消する新規設計のプロトコルであり、特にストリームの粒度と優先度制御を最適化しています。

【通信シーケンスと動作】

ACPは基盤としてQUICを使用し、エージェントの登録、タスクの割り当て、およびリアルタイムな状態報告（ハートビート含む）を行います。このシーケンスは、中央のCoordinatorと複数のWorker Agent間の動作を示します。

sequenceDiagram
participant "W1 as Worker Agent 1"
participant "W2 as Worker Agent 2"
participant C as Coordinator
box Infrastructure
participant "D as Discovery Service"
end

W1 ->> D: REGISTER (Agent Type, Capabilities)
D -->> W1: ACK (AgentID, Current Coordination Group)
C ->> D: QUERY_CAPABLE_AGENTS (Task T1 Requirement)
D -->> C: LIST_AGENTS (W1, W2)

C ->> W1: ALLOCATE_TASK (Task T1 Segment A)
C ->> W2: ALLOCATE_TASK (Task T1 Segment B)

W1 ->> W2: COORD_SYNC (Intermediate Result Hash, Stream ID 5)
W2 -->> W1: COORD_ACK (Confirmation)

W1 ->> C: REPORT_STATUS (Progress 90%, Health Check)
C ->> C: Aggregate/Decide
C ->> W2: ISSUE_ADJUSTMENT (Parameter P_new)

動作解説：

  1. エージェント登録 (REGISTER): Workerは起動時にDiscovery Serviceへ自身のリソースと能力を登録します。

  2. タスク割り当て (ALLOCATE_TASK): CoordinatorはDiscovery Serviceを参照し、適切なWorker群にタスクをストリームで割り当てます。

  3. エージェント間協調 (COORD_SYNC): ACPの重要な特徴として、Coordinatorを経由せず、同一タスク群内のWorker同士がP2Pで中間結果を同期するための低遅延ストリーム（Stream ID 5など）を開設できます。

  4. 状態報告 (REPORT_STATUS): リアルタイム性の高い状態報告は、QUICの独立した信頼性の低いデータグラム（Datagram Frame）または優先度の低いストリームを使用して行われます。

【データ構造 / パケットフォーマット】

ACPはQUICフレーム上で動作するトランスポート層プロトコルであり、そのパケットフォーマットは最小限の協調オーバーヘッドに最適化されています。特にAgentIDとCoordination Group IDを必須として持ちます。

ACP Coordination Header (32 bits minimum)

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Ver |Type | F | Stream Prio | Coordination Group ID (16)      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Agent ID (32 bits)                                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Sequence Number (16)  | Payload Length (16)                   |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                   Payload (Task Data / Status) ...            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Ver (Version): 4 bits. プロトコルバージョン。
Type (Message Type): 4 bits. (0: ALLOCATE, 1: REPORT, 2: SYNC, 3: ADJUST)
F (Flags): 8 bits. ACK要求、リトライ、緊急度フラグなど。
Stream Prio: 8 bits. QUICストリーム多重化における相対的優先度。
Coordination Group ID: 16 bits. 現在連携しているタスク群の識別子。
Agent ID: 32 bits. 送信元Worker/Coordinatorの一意な識別子。
Sequence Number: 16 bits. ストリーム内でのパケット順序保証用。
Payload Length: 16 bits. ペイロード長。

【技術的な特徴と比較】

ACPは、その基盤であるQUICのメリットを最大限に活かし、AIエージェント特有の要求（リアルタイム性、多数の並列通信）に対応するように設計されています。

特徴 ACP (QUICベース) gRPC (HTTP/2ベース)
トランスポート層 UDP/QUIC TCP/TLS
HOL Blocking ストリーム単位で解消 コネクション全体で発生しうる
多重化（Multiplexing） 高度なストリーム独立性、優先度制御 HTTP/2フレームレベルで実現
接続確立時間 0-RTT/1-RTT (TLS 1.3統合) 2-RTT/3-RTT (TCP + TLS)
MTU/フラグメンテーション QUICによるパケットサイズ管理 OSおよびTCPによる管理
ステート移行 ネットワーク移動時のコネクション移行性あり コネクション再確立が必要

技術キーワード解説

  • HOL Blocking (Head-of-Line Blocking) 解消: TCP/HTTP/2では、パケットロスが発生すると同一コネクション上の全てのストリームがブロックされます。ACPはQUICを使用するため、ストリームは独立しており、特定のストリームのロスが他のストリームの処理を妨げません。これは、数千のエージェントが独立したタスクを進める大規模協調環境において決定的な優位性となります。

  • 0-RTT/1-RTT: 接続確立と暗号化ネゴシエーションを高速化し、エージェントが迅速にタスクに参加できるようにします。

  • Stream Priority: ACPヘッダに Stream Prio を組み込むことで、Coordinatorは緊急度の高い指令（例：緊急停止、パラメーター調整）のストリームを、通常のタスクデータストリームよりも優先的に処理するようトランスポート層に指示できます。

【セキュリティ考慮事項】

ACPは、分散環境における信頼性と秘匿性を確保するため、トランスポート層セキュリティ（QUIC/TLS 1.3）に加え、プロトコルレベルでの厳格な認証・認可スキームを導入します。

  1. 前方秘匿性 (Perfect Forward Secrecy, PFS): QUIC/TLS 1.3の標準機能として提供されるため、セッション鍵が漏洩しても過去の通信内容の解読を防ぎます。

  2. エージェント認証と認可: 各Agent IDは、確立時に発行される暗号鍵または証明書に厳密に紐づけられます。Coordinatorは、Coordination Group ID に基づくポリシーを適用し、指定グループ外のエージェントからの通信を拒否する認可機構を備えます。

  3. リプレイ攻撃耐性: QUICのパケット番号と、ACPヘッダ内の Sequence Number およびタイムスタンプ（オプションペイロード）を利用して、古いメッセージの再送を防ぎます。特に、状態変更を引き起こす ALLOCATE_TASK や ISSUE_ADJUSTMENT コマンドには厳密なシーケンス検証が求められます。

  4. サービス妨害（DoS/DDoS）耐性: 大規模なエージェント群が誤動作や悪意によって大量のステータスレポート（Datagram Frame）を送信した場合、Coordinatorが過負荷になる可能性があります。このため、ACP実装では、Coordinator側で動的なレート制限および優先度の低いストリームのドロップ機構を実装することが推奨されます。

【まとめと実装への影響】

ACPのような大規模AIインフラ向けプロトコルの導入は、ネットワークエンジニアやプラットフォーム開発者に以下の3点を要求します。

  1. QUICスタックの最適化と運用: TCPとは異なる輻輳制御（Cubic, BBRなど）やMTU管理が必要になります。特に、ACPのP2P協調ストリームを効率的にルーティング・スイッチングするために、基盤となるL3/L4ネットワークのQUICフレンドリーな設定が必須です。

  2. 動的な優先度制御の実装: エージェントのタスク実行状態に応じて、ACPヘッダの Stream Prio を動的に変更し、ネットワークリソースの公平な分配と緊急タスクの迅速な実行を保証するロジックをアプリケーション層に組み込む必要があります。

  3. エージェントライフサイクル管理との統合: Agent ID と Coordination Group ID の発行、失効、および認証認可ポリシーの管理が、インフラのアイデンティティ管理システム（IDM）と緊密に連携している必要があります。これはセキュリティとスケーラビリティの鍵となります。

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