ゼロ知識証明（ZKP）とは何ですか？ブロックチェーンのプライバシーをどのように改善しますか？

ゼロ知識証明（ZKP）は、声明が実際に真実であるという事実を超えて追加情報を明らかにすることなく、ある当事者が特定のステートメントが真であることを別の当事者に証明できるようにする暗号化方法です。 1980年代にShafi Goldwasser、Silvio Micali、Charles Rackoffによって最初に導入されたこの概念は、プライバシーとセキュリティが最重要であるブロックチェーンと暗号通貨の領域でますます重要になっています。

ZKPは、知識自体を開示せずに知識を証明するという原則に基づいて動作します。たとえば、アリスが解決策を明らかにすることなくパズルの解決策を知っていることをボブに証明したい場合、ゼロ知識の証明を使用できます。この方法は、ボブがアリスの知識を確信していることを保証しますが、彼は解決策自体について何も学びません。

ゼロ知識がどのように機能するか

ZKPのメカニズムには、プローバーと検証者の間の一連の相互作用が含まれます。 Proverは、根本的な情報を明らかにすることなく、声明の真実を検証者に納得させることを目指しています。このプロセスには通常、いくつかのステップが含まれます。

• 声明と証人：Proverには声明と証人（声明を証明する秘密の情報）があります。たとえば、ステートメントは「このアカウントのパスワードを知っている」可能性があり、証人は実際のパスワードになります。
• 課題と対応：検証者は、証人を明らかにすることなく声明を証明する方法で応答するプロバーに挑戦を発行します。これを複数回繰り返して、検証剤の信頼レベルを上げることができます。
• 検証：検証者は、応答をチェックして、ステートメントと一致するようにします。応答が正しい場合、検証者は証人を知らずに声明の真実を確信しています。

ブロックチェーンと暗号通貨のZKP

ブロックチェーンと暗号通貨のコンテキストでは、ゼロ知識の証明は、プライバシーとセキュリティを強化する上で重要な役割を果たします。従来のブロックチェーントランザクションは透明であり、追跡できます。これは、ユーザーにプライバシーの懸念をもたらします。 ZKPは、送信者、受信機、または関与する金額を明らかにすることなく、トランザクションを検証できるようにすることにより、この問題に対処します。

ブロックチェーンでのZKPの最も注目すべき実装の1つは、 ZCASHです。これは、ゼロ知識証明を使用してプライバシーを強化する暗号通貨です。 ZCASHでは、トランザクションがシールドされています。つまり、トランザクションの詳細が暗号化され、関係者のみがそれらを見ることができます。これは、Zk-Snarksと呼ばれるゼロ知識証明の一種（ゼロ知識の簡潔な知識の非対話的議論）によって達成されます。

ゼロ知識証明の種類

ブロックチェーンと暗号通貨で使用されるいくつかのタイプのZKPがあり、それぞれに独自の強みとアプリケーションがあります。

• Zk-snarks ：これらは簡潔で非対話的です。つまり、証明を迅速に検証できることを意味し、検証者と検証剤間のさらなる相互作用を行うことができます。それらは、ZCASHおよびその他のプライバシーに焦点を当てた暗号通貨で使用されます。
• ZK-Starks ：これらはスケーラブルで透明であり、より高いレベルのセキュリティと効率を提供します。それらは、イーサリアムの拡大を目的としたStarkwareなどのプロジェクトで使用されています。
• 防弾：これらはZK-snarksよりも短く効率的であるため、証明サイズが懸念されるアプリケーションに適しています。プライバシーを強化するために、Moneroのような暗号通貨で使用されます。

ZKPによるブロックチェーンプライバシーの改善

ZKPは、機密トランザクションを有効にすることにより、ブロックチェーンのプライバシーを大幅に改善します。これがこれを達成する方法は次のとおりです。

• 機密トランザクション： ZKPを使用することにより、ブロックチェーンネットワークは、金額、送信者、およびレシーバーがパブリック元帳から隠されているトランザクションを処理できます。これは、ブロックチェーンにトランザクションが検証および記録されている間、詳細はプライベートのままであることを意味します。
• 匿名性： ZKPでは、ユーザーは自分の身元を明らかにすることなく、資金の所有権を証明できます。これは、パブリックブロックチェーンで取引しながら匿名性を維持したいユーザーにとって特に重要です。
• 規制のコンプライアンス：プライバシーを強化しながら、 ZKPは規制要件に準拠するためにも使用できます。たとえば、ユーザーは、トランザクションの詳細を明らかにすることなく、トランザクションが特定のルール（アンチマネーロンダリング規制など）に準拠することを証明できます。

ブロックチェーンにおけるZKPの実用的なアプリケーション

いくつかのブロックチェーンプロジェクトと暗号通貨がZKPを実装して、プライバシーとセキュリティを強化しています。ここに注目すべき例がいくつかあります。

• ZCASH ：前述のように、ZCASHはZK-SNARKSを使用してシールドトランザクションを有効にし、トランザクションの詳細を非公開にするオプションをユーザーに提供します。
• Monero ：Moneroは、防弾を使用して、トランザクションのプライバシーを強化します。 Moneroはすでにリングシグネチャーとステルスアドレスを通じて高レベルのプライバシーを提供していますが、防弾はトランザクションの規模とコストをさらに削減します。
• Ethereum ：Ethereumは、スケーラビリティとプライバシーを改善するためにZK-Starksの使用を調査しています。 Starkwareのようなプロジェクトは、ZK-StarksをEthereumに統合して、プライベートでスケーラブルなトランザクションを可能にすることに取り組んでいます。

ブロックチェーンプロジェクトにZKPを実装します

ブロックチェーンプロジェクトにZKPを実装することに関心のある開発者の場合、考慮すべき手順は次のとおりです。

• 適切なタイプのZKPを選択します。プロジェクトの特定のニーズに応じて、 ZK-SNARKS 、 ZK-STARKS 、またはBULLETPROOFSを選択します。各タイプには、効率、セキュリティ、複雑さの観点から独自のトレードオフがあります。
• ZKPライブラリの統合： ZKPをサポートする既存のライブラリとフレームワークを使用します。たとえば、 Libsnarkライブラリは一般にZK-Snarksに使用されますが、 CairoはZK-Starksに使用されます。
• プロトコルの設計：プロトコルを設計して、 ZKPをトランザクション検証プロセスに組み込みます。これには、ProverとVerifierがどのように相互作用するか、および証明がどのように生成および検証されるかを定義することが含まれます。
• テストと検証：実装を徹底的にテストして、 ZKPが意図したとおりに機能し、脆弱性を導入しないことを確認します。これには、トランザクションのプライバシーとセキュリティの側面のテストが含まれます。
• 展開と監視： ZKP対応のブロックチェーンを展開し、パフォーマンスとセキュリティを監視します。フィードバックとフィールドの新しい開発に基づいて、実装を継続的に更新および改善します。

よくある質問

Q：ブロックチェーンのプライバシー以外の目的でゼロ知識の証明を使用できますか？

A：はい、 ZKPは、計算の正しさを証明し、データの整合性を検証し、基礎となるコードやデータを明らかにすることなくスマートコントラクトのコンプライアンスを確保するなど、ブロックチェーンのさまざまな目的に使用できます。

Q：ゼロ知識証明の実装に関連する制限や課題はありますか？

A：はい、 ZKPの実装は、関係する暗号化技術の複雑さのために困難な場合があります。さらに、 ZKPは計算集中的であり、ブロックチェーンのパフォーマンスとスケーラビリティに影響を与える可能性があります。また、量子コンピューティングが基礎となる暗号化の仮定のいくつかを破る可能性など、特定のタイプのZKPのセキュリティに関する継続的な懸念もあります。

Q：ゼロ知識の証明は、ブロックチェーンの透明性にどのように影響しますか？

A： ZKPは、詳細を明らかにせずにトランザクションを検証できるようにすることにより、ブロックチェーンの透明度を低下させることができます。これによりプライバシーが向上しますが、悪意のあるアクティビティのためにブロックチェーンを監査して監視することも困難になる可能性があります。ただし、 ZKPのいくつかの実装により、特定の当事者が必要に応じてトランザクションの詳細にアクセスできる選択的な透明性が可能になります。

Q：他のプライバシーを向上させるテクノロジーと組み合わせて、ゼロ知識の証明を使用できますか？

A：はい、 ZKPは、リングシグネチャー、ステルスアドレス、機密トランザクションなど、他のプライバシー強化テクノロジーと組み合わせて使用​​できます。これらのテクノロジーを組み合わせることで、ブロックチェーンユーザーにより高いレベルのプライバシーとセキュリティを提供できます。