ゼロ知識証明（ZKプルーフ）とは何ですか？

ゼロ知識の証明を理解する

ゼロ知識証明（ZKプルーフ）は、声明自体の有効性を超えた追加情報を明らかにすることなく特定のステートメントが真であることを、Proverとして知られる1つの当事者が別の当事者であるVerifierに証明できるようにする暗号化プロトコルです。この概念は、プライバシーを提供するテクノロジーで特に重要であり、ブロックチェーンおよび暗号通貨ドメインで広く使用されています。

ZK-Proofsの背後にある核となるアイデアは、プローバーが秘密が実際に何であるかを明らかにすることなく、主張の秘密または真実の知識を示すことができるということです。これにより、ZK-Proofsは機密トランザクションと分散型システムの認証を確保するための理想的なソリューションになります。

ゼロ知識がどのように機能するか

高レベルでは、ゼロ知識の証明には、得点者と検証剤の間の一連の相互作用が含まれます。これらの相互作用は、プロバーが実際にそれを開示せずに秘密または解決策を実際に知っていることを保証するように設計されています。プロセスは通常、これらの原則に従います。

• 完全性：声明が真実である場合、正直な得点者は正直な検証者を納得させることができます。
• 健全性：声明が間違っている場合、不正な得点者は検証者にそれが真実であると確信させることができません。
• Zero-knowledge ：Verifierは、ステートメントが真であるか偽であるかを超えて何も学習しません。

ブロックチェーンテクノロジーのコンテキストでは、ZKプルーフはしばしば非対話的であるため、プロバーはさらなる通信なしで検証できる証明を生成します。これは、分散ネットワークのスケーラビリティと効率に不可欠です。

ゼロ知識証明の種類

暗号化システムで一般的に使用されるゼロ知識の証明には、次の2つの主要なタイプがあります。

• インタラクティブなゼロ知識証明：これらには、プローバーと検証剤の間の複数のラウンドの通信が必要です。通常、理論モデルまたは安全な通信プロトコルで使用されます。
• 非対話型ゼロ知識証明（NIZK） ：これにより、Proverは、さらに相互作用することなく誰でも検証できる証明を生成できます。これは、ブロックチェーンベースのアプリケーションでは重要です。このアプリケーションでは、トランザクションをノードによって個別に検証する必要があります。

Zk-Proofシステムの例には、ZK-SNARKS （ゼロ知識の簡潔な知識の非対話的議論）およびZKスターク（知識のゼロ知識スケーラブルな透明な引数）が含まれます。これらは、 ZCASHなどのプライバシー中心の暗号通貨やZkrollupsなどのレイヤー2スケーリングソリューションで広く使用されています。

暗号通貨とブロックチェーンのアプリケーション

ゼロ知識の証明は、特にプライバシーとスケーラビリティの向上において、暗号通貨のエコシステムに重要なアプリケーションを発見しました。

• プライベートトランザクション： ZCASHなどの暗号通貨は、ZK-SNARKSを使用して、送信者、受信機、およびトランザクションの金額が隠されているシールドトランザクションを可能にします。
• スケーラブルなスマートコントラクト： AZTECネットワークやスタークウェアなどのプロジェクトは、ZKプルーフを利用してトランザクションを鎖で締め、単一の証明をブロックチェーンに提出し、輻輳とガス料金を削減します。
• 認証システム：ZKプルーフは、ユーザーがパスワードをネットワーク上に送信せずにパスワードの知識を証明する安全なログインメカニズムに使用できます。

これらのユースケースは、ZKプルーフが、ユーザーが透明で検証可能なネットワークに参加しながらプライバシーを維持できる信頼性のないシステムにどのように寄与するかを示しています。

ZK-SNARKSの技術コンポーネント

ZK-Proofsが実際にどのように機能するかをよりよく理解するために、最も広く使用されている実装の1つであるZK-Snarksの技術構造を探索することは有用です。

• セットアップフェーズ：信頼できるセットアップは、証明キーと検証キーを生成します。このフェーズは、妥協を防ぐために安全に実施する必要があります。
• 証明関数：Proverは、証明キーを使用して、計算が正しく実行されたという証明を生成します。
• 検証関数：検証者は、検証キーを使用して、計算を再実行する必要なく証明を確認します。

この構造により、効率的なブロックチェーンの検証に不可欠な簡潔な証拠（サイズと迅速な検証）が可能になります。

ゼロ知識証明を使用するための実装手順

ゼロ知識証明システムの実装を検討している場合、ここに本質的な手順があります。

• ステートメントを定義します：証明する必要があるものを明確に明確にします。たとえば、「この方程式の解決策を知っています。」
• ZK-Proofシステムを選択します。信頼のセットアップ、パフォーマンス、透明性の要件に基づいて、 ZK-SnarksやZK-Starksなどのシステムを選択します。
• キーの生成：信頼できるセットアップを実行して、証明キーと検証キーを作成します。
• 証明を作成します：証明キーを使用して、ステートメントの証明を生成します。
• 証明を確認します：根本的な秘密を学習せずに、証明キーを使用して証明の妥当性を確認します。

これらの各手順には、慎重な実装、特に信頼できるセットアップが必要であり、適切に処理されないと脆弱性を導入できます。

よくある質問（FAQ）

ZK-SnarksとZk-Starksの違いは何ですか？ ZK-Snarksは信頼できるセットアップを必要とし、楕円曲線暗号化に基づいていますが、ZK-Starksは透明であり、ハッシュ機能に依存しているため、量子攻撃に対してよりスケーラブルで耐性があります。

ZKプルーフはブロックチェーン以外で使用できますか？はい、ZKプルーフは、プライバシーと認証が重要なセキュアなメッセージング、身元確認、機密データ共有などのさまざまな分野で適用できます。

ゼロ知識の証明は完全に非公開ですか？ ZKプルーフは証明されている実際のデータを隠していますが、本質的に完全な匿名性を提供しません。完全なプライバシーには、ミキサーやリングシグネチャーなどの追加レイヤーが必要になる場合があります。

ZKプルーフには多くの計算能力が必要ですか？特に複雑なステートメントの場合、実証済みプロセスは計算的に集中している可能性があります。ただし、検証プロセスは、低電力デバイスであっても、高速かつ効率的になるように設計されています。