zk-SNARK: 暗号通貨での使用方法

暗号通貨取引は、個人の身元に直接関連付けられていませんが、パブリックブロックチェーンに登録されているため、通常は追跡できます。このトレーサビリティを回避するには、プライバシーコインとして知られる特殊なカテゴリの暗号通貨が必要です。プライバシーコインは匿名性を確保するためにさまざまな方法を採用していますが、注目すべき技術の 1 つは zk-SNARKs テクノロジーです。

このテクノロジーは、ブロックチェーンエコシステムの主要なコンポーネントを表し、ビットコインやイーサリアムなどの暗号通貨で使用されるデジタル台帳内の相互接続されたブロックを象徴します。データのセキュリティと暗号化を重視しており、接続されたノードが金融テクノロジー (フィンテック) 分野で重要な役割を果たし、複雑で抽象的なデジタルネットワークを構築します。

個人取引または暗号通貨への投資としてプライバシーコインの使用を検討している個人にとって、基盤となるテクノロジーを把握することは非常に重要です。 zk-SNARKs は複雑ではありますが、このテクノロジーの極めて重要な側面です。このガイドは、zk-SNARK をわかりやすく説明し、プライバシーコインの領域におけるその役割と機能を説明することを目的としています。

zk-SNARKとは何ですか？

zk-SNARKs は、Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge の頭字語で、高度な形式の暗号証明を表しており、証明者がステートメント自体の詳細を明らかにすることなく、ステートメントの真実性を検証できるようになります。このテクノロジーはプライバシー中心のブロックチェーンアプリケーションの分野の基礎であり、データの完全性と検証可能性を損なうことなくトランザクションの機密性を確保します。

zk-SNARK はその中核として、ゼロ知識の原則を維持しています。これは、証明者が実際の情報を公開することなく主張を検証できることを意味します。これは、正確な金額を明らかにせずに取引に十分な口座残高を証明したり、個人データを開示せずに身元を確認したりするようなシナリオでは非常に重要です。

zk-SNARK の「簡潔」な側面は、プルーフサイズが小さく、検証プロセスが迅速であることを指し、ブロックチェーンアプリケーションにとって効率的かつ実用的になります。非インタラクティブな性質により、証明者と検証者の間で継続的な通信が必要ないため、プロセスがさらに簡素化されます。

zk-SNARK は、暗号通貨、特にトランザクションの詳細が通常透明であるパブリックブロックチェーンにおけるプライバシーに不可欠です。たとえば、プライバシーを重視した暗号通貨であるZcash は、アドレスや取引額などの参加者の詳細を秘匿しながら取引を検証するために zk-SNARK を採用しています。

zk-SNARK の開発は、学術研究で初期に言及されて以来、Zcash の共同創設者であるAlessandro Chiesaなどの人物からの多大な貢献により進化してきました。この進化は、zk-SNARK の実際の応用に反映されており、現在、ブロックチェーン空間におけるトランザクションのプライバシーとセキュリティを確保する上で極めて重要となっています。

要約すると、zk-SNARK は、ブロックチェーントランザクションにおけるプライバシーとセキュリティを維持し、デジタルインタラクションにおける機密性と検証の必要性の間のバランスをとるための強力なツールを提供します。

知識ゼロって何？

ゼロ知識は、ステートメント検証中の最小限の情報共有に焦点を当てた暗号化の概念です。データ転送を制限するプルーフを作成することです。

この分野の基礎的な研究は、1980 年代の論文「対話型証明システムの知識の複雑さ」から始まりました。この論文では、インタラクティブシステム間の証明で知識がどのように使用されるかを調査し、コンピューターサイエンスにおける知識の処理の理解に貢献しました。

この研究のルーツは、アルゴリズムの複雑さを掘り下げたスティーブンクックの 1971 年の影響力のある論文「定理証明手順の完全性」に遡ります。同様に、知識の複雑さの論文では、証明における知識の限界を定義することに焦点を当てていました。

実際には、ソフトウェア通信における認証に関連する知識はゼロです。システムが相互作用し、一方が他方に対して主張を証明する必要がある場合、ゼロ知識は、データ漏洩を最小限に抑えてこれを安全に行う方法を提供します。

たとえば、基本的なアプローチでは、システムはパスワードを直接送信することによってパスワードの知識を証明する可能性があります。しかし、ゼロ知識プロトコルは、パスワードの直接送信を回避し、最小限の情報でこのような主張を検証することを目的としています。これらのプロトコルは確率に依存して、認証が正確である可能性が高いことを保証します。

インタラクティブな証明には、証明者と検証者の間で継続的な対話が含まれます。ゼロ知識証明では、この対話は単一の安全なパッケージに圧縮され、非対話型検証が可能になります。

非対話型ゼロ知識証明の概念は 1988 年の論文で初めて実証され、SNARK (Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) などのさらなる発展につながりました。これらのコンセプトは、導入以来継続的に洗練されてきました。

これらのアイデアを実際に応用したのが、2013 年に提案されたピノキオプロトコルです。これにより、信頼できないソースによる計算の公的検証が可能になります。これらの概念はより複雑なシステムに進化しましたが、数学的な複雑さと新規性のために完全に理解するのは依然として困難です。

zk-SNARK はまだ発展途上の分野であり、研究と実装が進行中です。その応用はさまざまなシステムで研究されており、暗号化における重要な関心分野となっています。 zk-SNARK の背後にある複雑な数学ではなく、実際のアプリケーションに焦点を当てて、zk-SNARK がどのように機能するかをさらに深く掘り下げてみましょう。

zk-SNARKの仕組み

暗号通貨の分野では、zk-SNARK はプライバシーを維持しながらトランザクションを検証する上で極めて重要な役割を果たします。これらの暗号化ツールを使用すると、トランザクションの送信者は、アドレスやトランザクション金額などの機密情報を明らかにすることなく、十分な資金や正しい秘密キーの所有など、必要な条件をすべて満たしていることを証明できます。これは、ブロックチェーンの特定のコンセンサスルールを zk-SNARK にエンコードすることで実現されます。

zk-SNARK は基本的に、特定の計算が行われたことを検証し、一連の変換を通じて元の計算を非常に特殊な数学的形式に変換します。たとえば、パスワードの所有を証明する場合、ハッシュアルゴリズムを通じて平文のパスワードを実行するなど、実際の要求は機能的に同等なものに変更されます。この変換プロセスは、元のデータを明らかにすることなく関数を効率的に検証できる形式に変換するため、非常に重要です。

zk-SNARK を生成するために、証明者は暗号パズルとして機能する多項式を生成します。これらの方程式は zk-SNARK にとって不可欠であり、開示することなく真実を伝える安全な方法を作成します。このプロセスではランダム性が重要であり、各証明に独自の側面を追加し、リバースエンジニアリングを防ぎます。

デジタル署名は、zk-SNARK がどのように機能するかにおいても重要な役割を果たします。証明者はキーのペア (公開キーと秘密キー) を生成し、その秘密キーを使用してトランザクションに署名します。次に、このトランザクションは zk-SNARK にエンコードされ、その有効性の数学的証明が提供されます。この証明が公開キーとともに検証者に送信されると、検証者はトランザクションに関する追加情報を取得することなく、トランザクションの有効性を迅速かつ効率的に確認できます。

要約すると、zk-SNARK は複雑な数学的変換、多項式、デジタル署名を組み合わせて、ブロックチェーンネットワーク上で安全かつプライベートなトランザクション検証を可能にします。このテクノロジーは、暗号通貨取引におけるプライバシーを強化するだけでなく、安全でトラストレスなコンピューティングの新たな可能性を開きます。

zk-SNARKsの主な用途

zk-SNARK は、デジタル環境におけるプライバシーとセキュリティを強化する上で重要な役割を果たしており、その影響はさまざまな分野に及んでいます。ここでは、zk-SNARK が大きな違いを生む主要な領域のいくつかを見ていきます。

ブロックチェーンとスマートコントラクト

ブロックチェーンの世界では、zk-SNARK は、公開台帳上でプライベートでありながら検証可能なトランザクションを促進するのに役立ちます。このテクノロジーは、ブロックチェーンネットワーク上での匿名トランザクションを可能にし、プライバシーと完全性の両方を保証する隠れた宝石です。

本人確認

zk-SNARK は、本人確認の方法に革命を起こす可能性を秘めています。これらにより、生年月日やパスポート番号などの特定の詳細を開示することなく年齢や国籍を証明できるシナリオが可能になり、個人識別のプライバシーが確保されます。

安全な金融取引

データ侵害の脅威が増大する中、zk-SNARKs はオンライン金融活動のプライバシーの砦として機能します。金融取引を保護し、機密の金融データの機密性を確保します。

医療におけるデータプライバシー

患者記録がサイバー脅威に対して脆弱である医療分野において、zk-SNARK は堅牢なソリューションを提供します。医療記録を暗号化し、患者とその認定された医療提供者のみがこの機密情報にアクセスできるようにします。

これらのアプリケーションは、さまざまな分野にわたってプライバシーとセキュリティを保護する際の zk-SNARK の革新的で多用途な性質を強調し、より安全なデジタル世界の構築における zk-SNARK の重要性を示しています。

どのコインがzk-SNARKを使用しますか?

一般にプライバシーコインと呼ばれる SNARK 暗号は、zk-SNARKs テクノロジーを利用して、暗号通貨空間内のユーザーのプライバシーを強化します。このタイプの暗号通貨には、次のようなよく知られた例が含まれます。

ジーキャッシュ (ZEC)
ヴァージ (XVG)
モネロ (XMR)
ダッシュ（ダッシュ）
ビーム(BEAM)
ホリゼン（ZEN）
バイトコイン（BCN）

zk-SNARKs に関する主な懸念事項は、秘密キーの脆弱性です。侵害された場合、不正な証拠の作成につながり、偽造プライバシーコインの製造や悪用が可能になる可能性があります。

暗号通貨を超えて、zkSNARK はさまざまな分野で応用されています。

ID 検証: パスワードやパスポートや出生証明書などの従来の文書を必要とせずにユーザーの資格情報を検証できるため、機密の個人情報が保護されます。
投票システム: zkSNARK は、匿名性を維持しながら有権者の身元を検証し、投票情報が公開された場合でも有権者のプライバシーを確保します。
データ圧縮: このアプリケーションは特に魅力的であり、さらに検討する価値があります。

使用されている zkSNARK の実際の例は、ブロックチェーンベースの Dropbox に似た分散型ストレージネットワークであるFilecoinです。このエコシステムでは、ストレージプロバイダー (または「証明者」) は、ネットワークのノード (「検証者」) に対して適切なオンチェーンデータストレージを実証する必要があります。このプロセスは、データの整合性とセキュリティを確保するために重要であり、リソースを大量に消費する可能性があります。

Filecoin は、検証が必要なデータストレージプロバイダーの量は膨大であり、常に増加していると説明しています。効率的な運用と拡張性を維持するには、ネットワークには迅速かつ堅牢な検証のためのソリューションが必要です。 zk-SNARK は、ストレージ検証に必要な時間とデータを大幅に削減することで、このソリューションを提供します。

Filecoin ネットワーク上のストレージプロバイダーにとって、zk-SNARK はストレージの証明に必要なデータ転送量を削減するため、運用コストが削減され、ネットワーク全体の効率が向上します。

zk-SNARKsへの批判

zk-SNARK は革新的ではありますが、独自の課題も伴います。大きな懸念の 1 つは、証明プロトコルの設定に使用される秘密キーに関連する潜在的な脆弱性です。このキーが漏洩すると、一見有効に見える偽の証明が作成され、Zcash トークンの不正な生成などの偽造行為が可能になる可能性があります。このリスクを軽減するために、Zcash は偽造の可能性を最小限に抑えるために複数の関係者が関与する複雑な証明プロトコルを実装しました。

Zcash に関して提起されたもう 1 つの問題は、その経済モデルに関連しています。 Zcash は初期段階で、マイニングされたトークンの 20% が開発者に割り当てられる、いわゆる「創設者税」を導入しました。この側面は批判を引き起こしており、非公開の数の Zcash トークンの作成につながり、それによって流通しているトークンの総数を確認することが困難になる可能性があると示唆する人もいます。

これらの懸念、特に zk-SNARK の信頼できるセットアップの問題に応えて、テクノロジーを強化する取り組みが行われてきました。 2019 年以来、 Suterusuという開発チームが zK-ConSNARK と呼ばれる亜種の開発に取り組んでいます。このイノベーションにより、信頼できるセットアップの必要性がなくなり、セキュリティ面が強化されると主張しています。プライバシー保護をビットコインなどの主流ブロックチェーンに拡張することを目的としており、現在の仮想通貨の中でインフレ率が最も低いことを誇り、zk-SNARKテクノロジーの進化における大きな前進を表しています。

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