ゼロ知識証明技術の開発と応用の概要

歴史

zk-SNARKs体系は1985年にGoldwasser、Micali、Rackoffによって発表された画期的な論文に由来します。この論文は、インタラクティブなシステムにおいて、最小限の知識交換を通じて主張の正しさを証明する可能性を探求しました。初期のzk-SNARKsは効率と実用性に欠け、理論的なレベルにとどまっていました。近年、暗号学が暗号通貨分野で台頭する中で、zk-SNARKsは重要な研究分野となっています。

重要なブレークスルーには:

• 2010年にGrothが短いペアリング非対話型zk-SNARKsを提案しました
• 2013年のピノキオプロトコルは、証明と検証の時間を短縮します
• 2016年Groth16による証明のサイズを簡素化し、検証効率を向上させました
• 2017年にBulletproofsが信頼できる設定なしの短い証明を提案した
• 2018年zk-STARKsが提案した量子安全なプロトコル

その他の重要な進展には、PLONKやHalo2などが含まれます。

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主なアプリケーション

zk-SNARKsは主にプライバシー保護とスケーラビリティの2つの側面に適用されます。

プライバシー保護

代表的なプロジェクトには:

• Zcash:zk-SNARKsを使用した取引のプライバシー
• モネロ: Bulletproofsアルゴリズムを採用
• Tornado Cash: イーサリアムに基づくミキシングプール

プライバシー取引は相対的に難易度が低いですが、実際の応用は期待に及びません。

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###拡張

zk-SNARKsはスケーラビリティに広く適用されており、Minaのレイヤー1ネットワークアプリケーションや、さまざまなレイヤー2ネットワークのZK-rollupソリューションが含まれます。

ZKロールアップの基本:

1. Sequencerが取引をパッケージ化する
2. アグリゲーターがトランザクションをマージし、証明を生成する
3. 証明をレイヤーネットワークに提出して状態を検証および更新する

主流のZKロールアッププロジェクトには、StarkNet、zkSync、Aztec、PolygonHermezなどがあります。 技術的なルートは、主にSNARKとSTARKのどちらを選択するか、およびEVMとの互換性の程度に基づいています。

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根拠

zk-SNARKsの例として、その実装ステップには以下が含まれます:

1. 問題を回路に変換する
2. 回路をR1CS形式に変換します
3. R1CSをQAPに変換する
4. 信頼できる設定パラメーターを生成する
5. ゼロ知識証明の生成と検証

zk-SNARKsは完全性、信頼性、ゼロ知識の3つの特性を満たす必要があります。

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全体として、zk-SNARKs技術は急速に発展しており、プライバシーとスケーラビリティの面で巨大な潜在能力を示しています。将来的には、より多くの分野で広く応用されることが期待されています。

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