ブロックチェーンのプライバシー保護技術とそれらを達成する方法は何ですか？

ブロックチェーンは、ゼロ知識の証明、準同型暗号化、リングシグネチャ、機密トランザクション、およびネットワークをミックスしてプライバシーを強化しています。それぞれが、実装に応じてさまざまなレベルのセキュリティと効率性を提供します。

2025/03/03 14:42

ブロックチェーンのプライバシー保護技術とそれらを達成する方法は何ですか？

キーポイント：

• ゼロ知識証明（ZKPS）：ユーザーが基礎となるデータを明らかにすることなく、ステートメントの妥当性を証明できるようにします。さまざまなタイプのZKPは、さまざまなレベルの効率と複雑さを提供します。
• 同種暗号化：復号化なしに暗号化されたデータで計算を実行できるようにし、処理中にデータプライバシーを維持します。さまざまなスキームは、さまざまな機能とパフォーマンス特性を提供します。
• リングシグネチャ：ユーザーがグループの一部として匿名でトランザクションに署名できるようにし、真の署名者の身元を不明瞭にします。リングシグネチャのセキュリティとスケーラビリティは、実装によって異なります。
• 機密トランザクション：トランザクションの量と関与する住所を非表示にするために使用される手法、ブロックチェーンネットワークのプライバシーの向上。特定の実装は、プライバシーとセキュリティのバランスをとるアプローチが異なります。
• ネットワークのミックス：複数のノードを介してトランザクションをルートして、原点と目的地を難読化し、資金の流れを追跡することを困難にします。ミックスネットワークの複雑さとセキュリティは、重要な設計上の考慮事項です。

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1。ゼロ知識証明（ZKPS）

ゼロ知識の証明は、ある当事者（Prover）が別の当事者（検証者）に、声明自体の真実を超えた情報を明らかにすることなく声明が真実であることを証明できるようにする暗号化技術です。ソリューションを明らかにすることなく、複雑なパズルの解決策を知っていることを証明したいと想像してください。 ZKPはこれを可能にします。ブロックチェーンのコンテキストでは、これは資金の所有権を証明したり、取引やユーザーの身元の特定の詳細を開示せずにトランザクションの有効性を検証することを意味します。

いくつかのタイプのZKPが存在し、それぞれにその長所と短所があります。

• Zk-snarks（ゼロ知識の簡潔な知識の非対話的議論）：これらは非常に効率的であり、プロバーと検証剤の間に単一の相互作用のみが必要です。ただし、実装するのが複雑であり、信頼できるセットアップを必要とします。これは、慎重に管理されないと脆弱性を導入できるプロセスです。信頼できるセットアップは、後続のすべての証明に使用されるパラメーターを生成します。これらのパラメーターを侵害すると、システム全体のセキュリティが損なわれます。 ZK-snarksの簡潔さは、証明が小さくて高速であることを意味し、それらをモバイルデバイスなどのリソース制約のある環境で使用するのに適しています。ただし、基礎となる数学の複雑さにより、それらは正しく実装するのが難しくなります。
• ZK-STARKS（ゼロ知識スケーラブルな知識の透明な引数）：これらはZK-SNARKSに似ていますが、信頼できるセットアップの必要性を排除します。これは、セキュリティの面で潜在的な障害点を削除するため、重要な利点です。ただし、ZK-Starksは通常、Zk-Snarksよりも大きな証明を生成し、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。 ZK-Starksの透明な性質は、信頼と監査可能性を高めますが、これはZK-Snarksと比較して、証明サイズと検証時間の増加を犠牲にします。セキュリティ、スケーラビリティ、および証明サイズのトレードオフは、ZK-SNARKSとZK-STARKSを選択する際の重要な考慮事項です。
• 防弾：これらは、ZK-SNARKSの効率とZKスタークの透明度とのバランスを提供する最近の開発です。比較的高いレベルのセキュリティを維持しながら、ZK-Starksよりも優れたパフォーマンスを達成しています。防弾は、値が実際の値を明らかにすることなく特定の範囲内に収まることを証明するために重要な範囲証明に特に役立ちます。 ZK-SnarksやZK-Starksと比較した防弾の複雑さの減少により、実装と監査が容易になります。トレードオフには、ZK-snarksと比較してわずかに大きな証明サイズが含まれますが、効率と透明性の改善は、この不利な点を上回ることがよくあります。

ZKPスキームの選択は、特定のアプリケーションとセキュリティ、効率、透明性の優先順位に大きく依存します。

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2。同種暗号化

同種暗号化により、復号化を必要とせずに暗号化されたデータで計算を実行できます。これは、基礎となる情報を明らかにすることなく、機密データを処理できるようにするため、プライバシーを提供する計算にとって重要です。ブロックチェーンのコンテキストでは、実際の値を明らかにすることなく、トランザクション額またはその他のデータの計算を実行することを意味する可能性があります。

さまざまなタイプの同種暗号化が存在します：

• 部分的に同型暗号化（PHE）：暗号化されたデータに対する限られた操作セットのみを許可します。たとえば、一部のPHEスキームは追加または乗算のみを許可しますが、両方ではありません。多くの計算には操作の組み合わせが必要であるため、この制限は適用性を制限します。 PHEの限られた機能は、特定の計算に適合するために慎重な設計と最適化を必要とすることがよくあります。
• やや同型暗号化（SH）：暗号文が大きくなりすぎて効率的に処理する前に、暗号化されたデータでの限られた数の操作を許可します。これは、暗号化されたデータで実行できる操作の数が制限されることを意味します。彼女の効率は、操作の数が増加すると劣化し、複雑な計算には適していません。彼女のスキームを選択することは、特定の計算ニーズと、計算効率と許可された操作の数とのトレードオフに大きく依存します。
• 完全に同種の暗号化（FHE）：暗号化されたデータで任意の数の操作を許可します。これは、Pheと彼女の限界を排除するため、同種暗号化の聖なる聖杯です。ただし、FHEスキームは計算上高価であり、他の暗号操作よりも大幅に遅いです。 FHEの計算コストが高いため、多くの場合、特にリソース制約の環境では、多くのアプリケーションでは非現実的です。研究はFHEの効率を改善し続けていますが、計算集中的なソリューションのままです。

同種暗号化スキームの選択は、計算ニーズと許容可能なパフォーマンストレードオフによって決定されます。複雑さと計算オーバーヘッドは重要な考慮事項です。

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3。リング署名

リングシグネチャにより、ユーザーはグループの一部として匿名でトランザクションに署名できます。署名は、トランザクションがグループのメンバーによって署名されたことを証明していますが、どのメンバーが署名したかは明らかにしません。ブロックチェーンのコンテキストでは、これにより、送信者の身元を曖昧にすることでプライバシーが向上します。リングの署名のセキュリティは、署名者をリングの他のメンバーと区別することの難しさに依存しています。

リングシグネチャのセキュリティとスケーラビリティは、特定の実装に依存します。大きなリングはより大きな匿名性を提供しますが、検証の計算コストも増加します。適切なリングサイズを選択するには、匿名性とパフォーマンスのバランスを取ります。リング署名スキームで使用される暗号化プリミティブも、そのセキュリティと効率に重要な役割を果たします。効率的で安全なリング署名スキームは、パフォーマンスと匿名レベルを改善するために積極的に研究されています。

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4。機密トランザクション

機密トランザクションは、トランザクションの金額と関係するアドレスを隠すことを目的としています。これは、Pedersenのコミットメントや範囲証明などの暗号化手法を使用して達成されます。 Pedersenのコミットメントにより、ユーザーはそれを明らかにせずに値にコミットすることができますが、範囲の証明により、値は実際の値を明らかにすることなく特定の範囲内に収まることを証明します。

さまざまなブロックチェーンの実装には、機密トランザクションに対してさまざまなアプローチがあります。既存のコンセンサスメカニズムと互換性のある手法を使用するものもあれば、コアプロトコルの変更を必要とするものもあります。プライバシーとセキュリティのバランスは、重要な設計上の考慮事項です。過度に複雑なスキームは、トランザクションの処理時間を増やし、スケーラビリティを低下させる可能性があります。暗号化のプリミティブの選択と機密トランザクションプロトコルの設計は、システムの全体的なセキュリティと効率に影響します。

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5。ネットワークを混ぜます

ネットワークルートトランザクションを複数のノードを介して混合して、原点と目的地を難読化します。ネットワーク内の各ノードは、トランザクションのバッチを受信し、それらを再整理し、次のノードに転送します。このプロセスにより、資金の流れを追跡することが困難になります。ミックスネットワークのセキュリティは、個々のノードの匿名性プロパティとネットワーク全体のトポロジ全体に依存します。

ミックスネットワークの複雑さとセキュリティは、重要な設計上の考慮事項です。堅牢なミックスネットワークでは、暗号化プリミティブとネットワークアーキテクチャを慎重に選択する必要があります。複数のノードを介したルーティングトランザクションに関連する通信オーバーヘッドと遅延は、パフォーマンスに影響を与える可能性があります。匿名性と効率のバランスをとることは、効果的でスケーラブルなミックスネットワークを設計する上で重要な課題です。さらに、単一のエンティティがネットワーク内の複数のノードを制御するシビル攻撃の可能性に慎重に対処する必要があります。

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FAQ：

Q：さまざまなプライバシーを強化するテクノロジーのトレードオフは何ですか？

A：各テクノロジーはトレードオフを提示します。 ZKPSは強いプライバシーを提供しますが、スキームに応じて計算上高価になる可能性があります。同型暗号化により、暗号化されたデータでの計算が可能になりますが、従来の計算よりも大幅に遅くなる可能性があります。リングシグネチャは匿名性を提供しますが、より大きなリングで検証の複雑さを高めます。 Confidential Transactionsはプライバシーと効率のバランスをとりますが、プロトコルの変更が必要になる場合があります。ネットワークをミックスすると、匿名性が向上しますが、レイテンシと複雑さを導入します。最適な選択は、特定のアプリケーションのニーズと優先順位に依存します。

Q：これらの技術は攻撃に対してどの程度安全ですか？

A：各テクノロジーのセキュリティは、特定の実装と基礎となる暗号化の仮定に依存します。適切に実装されたZKP、同種暗号化スキーム、およびその他の手法は、さまざまな攻撃に対して強力なセキュリティを提供します。ただし、脆弱性は、実装されていないシステムに存在する可能性があります。または、基礎となる暗号化の仮定が破られている場合。継続的な研究と監査は、これらのテクノロジーの継続的なセキュリティを確保するために重要です。

Q：これらのテクノロジーは、すべてのブロックチェーンアプリケーションに適していますか？

A：いいえ、各テクノロジーの適合性は、アプリケーションの特定の要件に依存します。強力なプライバシーよりも高いスループットを優先するアプリケーションもあれば、可能な限り強い匿名性を必要とするアプリケーションもあります。テクノロジーの選択は、アプリケーションのニーズと関連するトレードオフを慎重に検討することによって推進されるべきです。単純なアプリケーションは、複雑なプライバシーを向上させる技術のオーバーヘッドの恩恵を受けることはないかもしれません。

Q：ブロックチェーンのプライバシーにおける研究の将来の方向性は何ですか？

A：既存のテクノロジーの効率とセキュリティの改善と新しいアプローチの調査に関する研究が継続されています。これには、ZKPSの進歩、同種暗号化、およびその他のプライバシー強化技術が含まれます。また、これらのテクノロジーを既存のブロックチェーンプロトコルによりシームレスに統合し、プライバシーを提供する計算に関連するスケーラビリティの課題に対処することにも焦点を当てています。新しい、より効率的で安全な暗号化プリミティブの開発は、焦点の重要な分野です。さらに、研究では、ブロックチェーンのプライバシーと、フェデレートラーニングや安全なマルチパーティ計算などのその他の新興技術の交差点を調査します。