ゼロ知識証明は相互作用を必要としますか？非相互作用を達成する方法は？

ゼロ知識証明の紹介

ゼロ知識証明（ZKPS）は、一方の当事者であるProverが、特定のステートメントが声明自体の有効性を超えた情報を明らかにすることなく真実であることを証明することを許可する暗号化プロトコルです。ゼロ知識証明の概念は1980年代に導入され、その後、特に暗号通貨のエコシステム内で、暗号化の分野の礎石になりました。 ZKPSの重要な側面の1つは、ProverとVerifierの間の相互作用の要件です。ただし、特にブロックチェーンおよび暗号通貨システムでは、多くの実用的なアプリケーションでは、効率とスケーラビリティのために、非インタラクティブなゼロ知識証明（NIZKPS）が推奨されます。

従来のゼロ知識証明における相互作用の必要性

従来のゼロ知識の証明では、相互作用は基本的なコンポーネントです。 ProverとVerifierは、ProverがVerifierがもたらす課題に対応する一連の交換に従事します。この前後のコミュニケーションにより、追加情報を学習せずに、検証者が声明の真実を確信できるようになります。たとえば、古典的なZK-SNARKS （ゼロ知識の簡潔な非対話的議論）では、最初のバージョンでは、証明の妥当性を確立するために複数の相互作用を必要としました。この相互作用は、検証者がさまざまな方法でプローバーに挑戦することを可能にするため、重要です。

ゼロ知識証明で非相互作用を達成する

ゼロ知識の証明で非相互作用を達成するために、いくつかの手法が開発されました。主要な方法には、一般的な参照文字列（CRS）の使用が含まれます。これは、ProverとVerifierの両方がアクセスできる公的に知られているランダムな文字列です。 Proverはこの文字列を使用して証明を生成し、検証者はそれを使用して証明の有効性を確認します。このアプローチは、単一のステップで証明を生成し、検証できるため、複数の相互作用の必要性を排除します。

共通参照文字列の役割

一般的な参照文字列は、非対話ゼロ知識証明において極めて重要な役割を果たします。信頼できるセットアッププロセスを使用して生成され、参加者のグループが協力して文字列を作成します。システムのセキュリティは、セットアッププロセスの少なくとも1人の参加者が正直であり、CRSの生成に使用される秘密の情報を明らかにしないという仮定に依存しています。 CRSが確立されると、任意のProverおよびVerifierが使用して、さらなる相互作用なしに証明を生成および検証できます。

非対話型ゼロ知識証明の実装

非対話型ゼロ知識証明を実装するために、通常、次の手順に従います。

• 共通参照文字列を生成します：信頼できるセットアップが実行され、CRSが作成されます。これには、複数の関係者がランダム値を生成し、システムのセキュリティを保証する方法でそれらを組み合わせることが含まれます。
• 証明を作成します：Proverはステートメントを使用して証明され、CRSは証明を生成します。この証拠は、声明の妥当性の簡潔な表現です。
• 証明を確認します：検証者は、同じCRSとProverが提供する証明を使用して、ステートメントの有効性を確認します。証明が有効な場合、検証者は追加情報を学ぶことなく、声明の真実を確信します。

暗号通貨の実用的なアプリケーション

非対話型ゼロ知識の証明により、特にZCASHなどのプライバシーに焦点を当てた暗号通貨で、暗号通貨スペースに重要なアプリケーションが見つかりました。 ZCASHはZK-SNARKSを使用して、送信者、受信機、および金額がパブリックビューから保護されるプライベートトランザクションを有効にします。これらの証明の非互換性の性質により、ノードはトランザクションパーティと対話する必要なく、トランザクションの妥当性を検証できるため、ブロックチェーンでの効率的なトランザクション処理が可能になります。

ZK-Snarksの技術的な詳細

ZK-Snarksは、ブロックチェーンアプリケーションに特に適した特定のタイプの非対話ゼロ知識証明です。それらは簡潔です。つまり、証明のサイズと検証時間は非常に小さく、ブロックチェーンなどのリソース制約の環境で使用するのに効率的であることを意味します。 ZK-SNARKを生成および検証するプロセスには、楕円曲線のペアリングや多項式的コミットメントなど、いくつかの複雑な数学的操作が含まれます。これらの操作により、ProverはVerifierによって効率的に検証できる方法でステートメントをエンコードできます。

課題と考慮事項

非対話型のゼロ知識証明は大きな利点を提供しますが、課題も伴います。共通の参照文字列を生成するために必要な信頼できるセットアップは、このプロセス中の妥協がシステム全体のセキュリティを損なう可能性があるため、脆弱性の潜在的なポイントです。さらに、進行中の研究はこれらのプロトコルの効率を改善することを目的としていますが、証明の生成と検証の計算の複雑さは高くなる可能性があります。

よくある質問

Q：暗号通貨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、ゼロ知識証明には、暗号通貨のプライバシーを超えるアプリケーションがあります。個人の投票を明らかにすることなく、投票プロセスの整合性を確保するために、アイデンティティの検証、安全なマルチパーティ計算、さらには投票システムでさえ使用できます。

Q：非対話型ゼロ知識証明のセキュリティは、インタラクティブなものとどのように比較されますか？

A：共通の参照文字列が安全に生成されていれば、非相互作用のゼロ知識証明のセキュリティは、一般にインタラクティブな証明と同じくらい堅牢であると見なされます。主な違いは、効率とスケーラビリティにあり、非対話的証明は大規模なアプリケーションにより適しています。

Q：非相互作用を達成するための一般的な参照文字列に代わるものはありますか？

A：はい、ランダムなオラクルや指数仮定の知識などの代替手段があります。これらの方法は、非相互作用を実現するためにも使用できますが、独自の仮定とセキュリティに関する考慮事項が付属しています。

Q：ゼロ知識証明は、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティにどのような影響を与えますか？

A：ゼロ知識の証明は、ブロックチェーンに保存および検証する必要があるデータの量を減らすことにより、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティを大幅に向上させることができます。これは、プライバシーに焦点を当てた暗号通貨にとって特に有益であり、証明が簡潔で効率的であり、より速いトランザクション処理とストレージ要件の削減を可能にします。