ゼロ知識証明の歴史、原理、応用

ゼロ知識証明の歴史

現代のzk-SNARKsシステムは、1985年にGoldwasser、Micali、Rackoffが発表した論文に起源を持っています。この論文では、インタラクティブシステムにおいて、複数回のインタラクションを通じて命題の正しさを証明するために必要な知識の量を探求しています。もし、知識を交換することなく証明を完了できるのであれば、それはzk-SNARKsと呼ばれます。初期のzk-SNARKsシステムは効率と利用可能性が不足しており、主に理論的なレベルに留まっていました。

近十年間、zk-SNARKsは急速に発展し、暗号学の重要な方向性となりました。その中で、汎用的で非対話式、証明サイズが限られたzk-SNARKsプロトコルの開発は重要な探求方向の一つです。理想的なプロトコルは、証明速度、検証速度、証明サイズの間でバランスを取る必要があります。

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2010年のGrothの論文はZKP分野の重要な突破口であり、zk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年にZcashは零知识证明を使用して取引のプライバシー保護を実現し、アプリケーションの重要な進展となりました。その後、zk-SNARKsはスマートコントラクトと結びつき、応用シーンはさらに広がりました。

その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、zk-SNARKsの発展と応用を大いに促進しました。

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ゼロ知識証明の主な応用例

zk-SNARKsの最も広く使われる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。

プライバシー保護の観点から、ZcashやMoneroなどのプロジェクトはプライベートトランザクション機能を導入しました。Zcashはzk-SNARKsを使用して取引のプライバシーを実現していますが、UTXOモデルに基づく制限があります。Tornado Cashはzk-SNARKsを通じて、より一般的なミキシングプールを実現しました。

拡張性の観点から、ZK rollupは重要な技術路線となっています。ZK rollupは、多数の取引を統合し、zk-SNARKsを生成することでLayer 2の拡張を実現します。主な利点には低コストや迅速な最終性などがありますが、計算負荷が大きいことや信頼できる設定が必要であるといった欠点も存在します。

現在、市場で競争力のあるZK rollupプロジェクトにはStarkNet、zkSync、Aztec、Polygon Hermezなどがあります。これらのプロジェクトは、SNARK/STARKの選択やEVM互換性などの点でそれぞれ異なる重点を置いています。

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zk-SNARKの基礎

zk-SNARK(ゼロ知識簡潔非対話的知識証明)は重要なゼロ知識証明スキームです。それはゼロ知識、簡潔、非対話、信頼性などの特性を持っています。

zk-SNARKsの基本的な実装原理には次のものが含まれます:

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形式に変換する
3. 信頼できる設定を生成し、証明鍵と検証鍵を含む
4. ゼロ知識証明の生成と検証

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このフレームワークはzk-SNARKsの広範な応用の基礎を築きました。将来的には、技術の継続的な発展に伴い、zk-SNARKsはさらに多くの分野で重要な役割を果たすことが期待されています。

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