ゼロ知識の証明により、ブロックチェーンのプライバシーをどのように強化できますか？

ブロックチェーンコンテキストでのゼロ知識証明を理解する

ゼロ知識証明（ZKPS）は、声明自体の真実を超えた情報を公開することなく声明が真実であることを、ある当事者（Prover）が別の当事者（Verifier）に証明できるようにする暗号化プロトコルです。ブロックチェーンのコンテキストでは、これはユーザーが基礎となる詳細を公開せずにトランザクションまたはデータを検証できることを意味します。ブロックチェーンは本質的に透明であるため、この機能はプライバシーのために変革的です。すべての取引は公開台帳に記録されます。ゼロ認識の証明により、参加者はシステムの完全性と正しさを確保しながら、機密性を維持できます。

たとえば、ユーザーは、実際のバランスを明らかにすることなく、取引を行うのに十分な資金があることを証明できます。検証プロセスは、入力を公開せずにクレームの妥当性を確認する数学的構成要素に依存しています。このメカニズムにより、機密データがパブリック元帳にさらされるのを防ぎ、従来のブロックチェーンシステムの主要な欠点の1つに対処します。

ZK-Snarksがプライベートトランザクションを有効にする方法

ブロックチェーンでゼロ知識証明の最も広く使用されている実装の1つは、Zk-snarks （ゼロ知識の簡潔な知識の非対話的議論）です。これらは、迅速に検証できる非常に小さな証明を生成し、効率が重要なブロックチェーン環境に適しているため、特に効果的です。

ブロックチェーントランザクションにZK-Snarksを実装するには：

• 回路は、トランザクションのロジックを表すように設計されています（たとえば、「送信者は資金を所有しており、残高は十分です」）。
• Proverは、プライベート入力（秘密のキーや量など）と回路の公開パラメーターを使用して証明を生成します。
• 証明はトランザクションに添付され、ネットワークにブロードキャストされます。
• バリデーターは、プライベートデータにアクセスすることなく、公開パラメーターに対して証明を確認します。

プロセス全体では、トランザクションに関与する送信者、受信機、または金額を決定できないことが保証されます。 ZCASHなどのプロジェクトは、ZK-SNARKSを利用してシールドトランザクションを有効にします。このプロジェクトでは、暗号化されている間、トランザクションの詳細が暗号化されたままです。

ZK-Starks：透明な代替品

ZK-snarksは強力ですが、信頼できるセットアップフェーズに依存しており、初期パラメーターが損なわれた場合に潜在的な脆弱性を導入します。 ZK-STARKS （ゼロ知識スケーラブルな知識の透明な引数）は、信頼できるセットアップの代わりに公開されたランダム性を使用することにより、このリスクを排除します。

ZK-Starksはいくつかの利点を提供します：

• 信頼できるセットアップ、セキュリティと分散化の増加は必要ありません。
• 楕円曲線暗号化ではなく、ハッシュ機能への依存による量子コンピューティング攻撃に対する抵抗。
• 証明生成と検証における透明性の向上。

ZK-snarksと比較してより大きな証明サイズにもかかわらず、ZK-Starksは、 StarkNetなどのプライバシーに焦点を当てたレイヤー2ソリューションで採用されています。これらのシステムにより、ユーザーはトランザクションをオフチェーンで送信し、ゼロ知識証明のみをメインブロックチェーンに投稿し、プライバシーを維持しながら、チェーン上のデータ露出を減らします。

プライバシーを提供するスマートコントラクト

Ethereumのようなプラットフォーム上のスマートコントラクトは完全に透明です。すべての入力、出力、状態の変更が表示されます。ゼロ認識証明により、関連するデータを明らかにすることなくロジックが実行されるプライベートスマートコントラクトの作成が可能になります。

プライバシーを提供するスマートコントラクトを展開するには：

• 計算回路として表現できる方法で契約ロジックを定義します。
• ゼロ知識フレームワーク（例：CircomまたはNoir）を使用して、ロジックを実証済みシステムにコンパイルします。
• ユーザーが暗号化された入力を送信し、正しい実行の証明を生成できるようにします。
• ブロックチェーンは証明を検証し、生データにアクセスせずに契約状態を更新します。

このアプローチは、 AZTECネットワークのようなプロジェクトで使用されます。ユーザーは、バランスとトランザクションの金額を隠しながら、貸出やスワッピングなどのDefiアプリケーションと対話できます。契約は、データエクスポージャーではなく、暗号化の検証を通じてルールを実施します。

ZK-Rollupsを介して組み合わせたスケーラビリティとプライバシー

ZK-Rollupsは、数千のトランザクションをチェーンでバンドルし、メインチェーンに単一のゼロ知識証明を提出するレイヤー2スケーリングソリューションです。これにより、プライバシーを高めながら、混雑とガスコストが削減されます。

プロセスは次のように機能します。

• トランザクションは、メインブロックチェーンからロールアップオペレーターに提出されます。
• オペレーターはトランザクションを集約し、新しい状態ルートを計算します。
• 新しい状態が前の状態から正しく続くことを証明するために、ZKプルーフが生成されます。
• 証明と状態のルートは、検証のためにメインチェーンに投稿されます。

証明と最終状態のみが公開されているため、個々のトランザクションの詳細は隠されたままです。システムがエンドツーエンドの暗号化で設計されている場合、ロールアップオペレーターでさえユーザーデータにアクセスできません。このモデルは、 Polygon ZkevmやZksyncなどのプラットフォームで使用され、スケーラビリティと強力なプライバシー保証を組み合わせています。

課題と実装の考慮事項

ブロックチェーンシステムにゼロ知識証明を展開するには、技術的および運用上の課題が含まれます。

• 特殊なハードウェアを必要とするプルーフを生成するための高い計算オーバーヘッド。
• 回路の開発と監査の複雑さ、バグのリスクを高めます。
• 従来のスマートコントラクトフレームワークと比較して、開発者のツールとドキュメントが限られています。
• 潜在的な集中化は、証明インフラストラクチャを実行する余裕がある場合のみです。

これらの問題を軽減するには：

• 再帰的な証明をサポートし、ハードウェアの需要を削減するHALO2のような最適化された証明システムを使用します。
• より安全な開発のために、SnarkyJやNoirなどのオープンソースライブラリとフレームワークを活用します。
• 複数のノードが証明生成に寄与できる分散型証明ネットワークを実装します。

これらのハードルにもかかわらず、ゼロ知識証明の統合は、プライバシーとスケーラビリティに対する需要の高まりによって促進され、拡大し続けています。

よくある質問

ゼロ知識の証明は、任意のブロックチェーンで使用できますか？はい。ただし、実装は、スマートコントラクトと暗号化運用に対するブロックチェーンのサポートに依存します。イーサリアム、ポリゴン、およびその他のEVM互換チェーンは、特殊なツールを通じてZKベースのアプリケーションをサポートします。非EVMチェーンにはカスタム統合が必要になる場合があります。

ゼロ知識の証明はすべてのプライバシーリスクを排除しますか？いいえ。トランザクションのコンテンツを非表示にしている間、トランザクションタイミング、IPアドレス、インタラクションパターンなどのメタデータは依然として情報を漏らします。多くの場合、ミキサーや暗号化されたメッセージングレイヤーなどの追加のメジャーが必要です。

ユーザーは実際にゼロ知識証明を生成する方法をどのように生成しますか？ユーザーは、証明ライブラリを統合するウォレットインターフェイスと対話します。プライベートトランザクションを開始するとき、ウォレットは、事前に定義された回路を使用して入力を自動的に証明にコンパイルします。ユーザーは、暗号化操作を手動で処理する必要はありません。

ゼロ知識証明は量子攻撃に対して脆弱ですか？楕円曲線暗号化に基づくZK-snarksは潜在的に脆弱ですが、ZK-Starksはハッシュベースの暗号化を使用しており、これは量子耐性と見なされます。 Starkベースのシステムに移行すると、長期セキュリティが強化されます。