コミットメント スキームとは何ですか?また、暗号化でどのように使用されますか?

暗号プロトコルのコミットメントスキームを理解する

1. コミットメント スキームは、一方の当事者が選択した値を他の当事者から隠しながらコミットできるようにする暗号化プリミティブであり、後でコミットされた値を明らかにする機能を備えています。このメカニズムにより、隠蔽とバインドという 2 つの重要なプロパティが保証されます。隠蔽プロパティにより、コミットされた値に関する情報がコミット フェーズ中に公開されないことが保証されます。バインディング プロパティにより、コミッターはコミットが行われた後に値を変更できなくなります。

2. これらのスキームは通常、コミット フェーズと公開フェーズの 2 つのフェーズで構成されます。コミット フェーズでは、送信者はコミットメント アルゴリズムを使用して、シークレット値と場合によってはランダム性に基づいてコミットメント文字列を生成します。この文字列は受信者に送信されます。公開フェーズでは、送信者は元の値と、その値が以前のコミットメントに対応することを検証するために必要な補助情報を開示します。

3. 1 つの一般的な実装では、暗号化ハッシュ関数が使用されます。たとえば、値mをコミットするには、パーティはC = H(r || m)を計算します。ここで、 rはランダムなノンス、 H は安全なハッシュ関数です。値C は共有されますが、 rとm は秘密のままです。明らかにするために、パーティはmとr を送信します。受信者はハッシュを再計算し、等しいかどうかをチェックします。

4. コミットメントスキームは、ゼロ知識証明、安全なマルチパーティ計算、およびブロックチェーンプロトコルにおいて基礎的な役割を果たします。これにより、参加者は機密データをすぐに公開することなく検証可能な約束をすることができるため、複雑なやり取りを通じてプライバシーと完全性が維持されます。

ブロックチェーンとスマートコントラクトのアプリケーション

1. 分散型金融 (DeFi) およびブロックチェーン システムでは、フロントランニングを防止し、オークションや宝くじの公平性を確保するためにコミットメント スキームが使用されます。参加者は暗号化された入札またはエントリーをコミットメントの形式で送信し、オンチェーンに記録されます。すべての提出が完了すると、ユーザーは入力を公開し、システムは保存されたコミットメントに対して入力を検証します。

2.このアプローチでは、実際の値は公開期間まで隠蔽されたままとなるため、悪意のある攻撃者が他人の目に見えるアクションに基づいて戦略を調整することを防ぎます。これは、秘密を管理する中央機関に依存せずにルールを適用するためのトラストレスな方法を導入します。

3. イーサリアムベースのプロトコルでは、多くの場合、スマート コントラクト内で Pedersen コミットメントまたはハッシュベースのコミットメントが使用されます。たとえば、コミット公開投票スキームでは、有権者はソルトと連結された投票のハッシュを送信します。投票期間が終了すると、平文の投票とソルトを送信して、早期に開示することなく契約の信頼性を検証できるようにします。

4. 別のアプリケーションには、ステート チャネルとレイヤー 2 スケーリング ソリューションが含まれており、当事者はオフチェーン トランザクションへのコミットメントを交換します。これらのコミットメントは、紛争が発生した場合にオンチェーンで強制できる拘束力のある合意として機能し、セキュリティを維持しながらオンチェーンのフットプリントを最小限に抑えます。

コミットメント スキームの種類とそのプロパティ

1. ハッシュベースのコミットメントは、衝突耐性のあるハッシュ関数に依存し、標準的な仮定の下で計算によるバインドと隠蔽を提供します。効率的で広くサポートされていますが、情報理論的なセキュリティは提供されません。つまり、十分なリソースがあれば、十分に強力な敵がそれらを破る可能性があります。

2. Pedersen コミットメントは楕円曲線グループ上で機能し、情報理論的な隠蔽と計算上の束縛を提供します。これらは準同型であり、コミットメントに対する操作が基礎となる値に対する操作に対応することを意味します。これは、機密トランザクションなどの高度な暗号構築に役立つ機能です。

3.検証可能な遅延関数 (VDF) とタイムロック パズルは、特定の時間が経過するまでは値が公開されないようにすることでコミットメントのような動作を統合し、暗号化コミットメントに時間的制約を追加します。

4. トラップドア コミットメントでは、発行者が制御された条件下でコミットメントを変更できるようにする特別なキーが導入されます。これらは監査可能性や規制上の監視が必要なシナリオで使用されますが、信頼を損なうことを避けるために慎重に導入する必要があります。

よくある質問

同じコミットメントにマッピングされる 2 つの異なる値を作成することを妨げるものは何でしょうか?安全なコミットメント スキームの拘束特性により、一度コミットメントが行われると、同じコミットメントを生成する別の値を見つけることが計算上不可能になります。これは、離散対数やハッシュ関数の衝突耐性など、基礎となる硬度の仮定に依存します。

コミットメントスキームは量子コンピューターによって破られるのでしょうか?一部のタイプは他のタイプよりも脆弱です。ハッシュベースのコミットメントでは、グローバーのアルゴリズムを使用した量子攻撃に抵抗するために、より大きな出力サイズが必要になる場合があります。離散対数を効率的に解くショールのアルゴリズムにより、ペダーセンのコミットメントは量子攻撃者によって侵害される可能性があります。ポスト量子の代替手段は、格子ベースの暗号化を使用して研究されています。

実際にはランダム性とノンスはどのように管理されているのでしょうか?予測可能性を避けるために、参加者は暗号的に安全な乱数を生成する必要があります。 nonce を再利用したり、弱いランダム性を使用すると、コミットされた値が漏洩する可能性があります。ベスト プラクティスには、標準化された RNG を使用し、各コミットメントで新しい予測不可能なナンスが使用されるようにすることが含まれます。