ゼロ知識証明の歴史、応用、原理の紹介

1. ゼロ知識証明の開発プロセス

現代のzk-SNARKs体系は、1985年にGoldwasser、Micali、Rackoffが共同で発表した論文に起源を持ちます。この論文では、対話型システムにおいて、複数回の対話を通じてある主張の正当性を証明するために必要な知識の量を探討しています。もし零知識交換が実現できれば、それはzk-SNARKsと呼ばれます。初期のzk-SNARKsシステムは効率性と使用可能性に欠け、主に理論的なレベルにとどまっていました。過去10年間、暗号学が暗号通貨分野で隆盛を迎える中で、zk-SNARKsは徐々に重要な研究方向となっています。

零知識証明の重要なブレークスルーは、2010年にGrothが発表した論文であり、zk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年、Zcashは取引のプライバシー保護に零知識証明を適用し、零知識証明の応用面での重要な進展を遂げました。その後、zk-SNARKsはスマートコントラクトと組み合わさり、応用シーンがどんどん広がっています。

他の重要な学術成果には、2013年のPinocchioプロトコル、2016年のGroth16アルゴリズム、2017年のBulletproofsアルゴリズム、2018年のzk-STARKsプロトコルなどがあります。これらの進展は、証明のサイズや検証の効率などの面で重要な改善がなされました。

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次に、ゼロ知識証明の主な応用

zk-SNARKsの最も広く使われている2つのアプリケーションは、プライバシー保護とスケーラビリティです。

プライバシー保護に関して、代表的なプロジェクトにはZcashやMoneroなどがあります。Zcashを例に挙げると、zk-SNARKsを使用して取引のプライバシーを実現しており、主な手順にはシステム設定、キー生成、コインの発行、送金、検証、受信などが含まれます。しかし、Zcashのプライバシー取引の利用率は高くなく、プライバシーの需要が予想に達していないことを示しています。

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スケーリングの面では、ZK Rollupは重要なアプリケーションです。ZK Rollupには、シーケンサーとアグリゲーターの2つの役割が含まれており、トランザクションをバッチ処理し、zk-SNARKsを生成することでスケーリングを実現します。Optimistic Rollupと比較して、ZK Rollupは費用が低く、迅速な最終性などの利点がありますが、計算量が多く、信頼できる設定が必要などの課題にも直面しています。

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現在主流のZK RollupプロジェクトにはStarkNet、zkSync、Aztec、Polygon Hermezなどがあり、技術的なアプローチとして主にSNARKとSTARKの間で選択され、EVM互換性の有無が議論されています。EVM互換性の問題は業界の関心の的であり、最近の技術の進展によりEVM互換性は新たな高みに達し、これがZKエコシステムの発展に影響を与えるでしょう。

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第三に、ZK-SNARKの基本原理

ZK-SNARKはzk-SNARKsの重要な実装の一つです。それは、ゼロ知識、簡潔、非対話などの特性を備えています。

ZK-SNARKsの基本的なステップには:

1. 問題を回路に変換する 2.回路をR1CS形式に変換します
2. R1CSをQAPに変換する
3. 信頼できる設定を確立し、証明鍵と検証鍵を生成する
4. ZK-SNARKプルーフの生成と検証

ZK-SNARKの核心は、複雑な数学的変換を通じて問題を効率的に証明・検証可能な形式に変換することにあります。これは、ブロックチェーンなどの分野における零知识证明の広範な応用の基盤を築いています。

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