# ゼロ知識証明:原理から応用まで## はじめに近年、ブロックチェーン業界ではzk-SNARKs(ZKP)プロジェクトが爆発的に成長しており、特にスケーラビリティとプライバシー保護の分野での応用が注目されています。しかし、ZKPは高度な数学的特性を持つため、一般の暗号愛好者がそれを深く理解することは難しいです。本記事では、ZKPの理論と応用を最初から整理し、それが暗号業界に与える影響と価値について探討します。シリーズの幕開けとして。## 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が提唱したインタラクティブ証明システム理論に由来します。この理論は、インタラクティブシステムにおいて、声明の正しさを証明するために必要な最小限の知識量を交換する方法を探求しています。もし追加の情報を漏らすことなく証明が完了できれば、それはzk-SNARKsと呼ばれます。初期のzk-SNARKsシステムは効率と実用性が不足しており、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広く利用されるようになり、zk-SNARKsは徐々に重要な研究方向となりました。その中で、汎用的で非対話型、証明サイズが小さいzk-SNARKsプロトコルの開発が重要な目標の一つです。零知識証明の重要な突破口は、2010年にGrothが提唱した短いペアリング非対話的零知識証明であり、zk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年にZcashプロジェクトは初めて零知識証明を取引のプライバシー保護に適用し、zk-SNARKsとスマートコントラクトの結合の先駆けとなりました。それ以来、一連の学術的成果がゼロ知識証明の開発を推進し続けています。- 2013年にPinocchioプロトコルが証明と検証時間を圧縮しました- 2016年にGroth16アルゴリズムが証明サイズを縮小し、検証効率を向上させました- 2017年、Bulletproofsは、インタラクティブでない短いゼロ知識証明を考案しました- 2018年zk-STARKsは信頼できる設定なしでの証明システムを実現しましたさらに、PLONKやHalo2などの新しいアルゴリズムもzk-SNARKを継続的に改善しています。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-54cbff6f45884f61bc801e839ad8c1ef)## 次に、ゼロ知識証明の主な応用zk-SNARKsは現在、主にプライバシー保護とスケーラビリティの二つの方向に応用されています。### プライバシー保護初期のプライバシー取引プロジェクトであるZcashやMoneroは広く注目を集めましたが、実際の需要が予想に及ばなかったため、現在は二線級に退いています。Zcashを例に挙げると、そのzk-SNARKs取引プロセスには、システム設定、鍵生成、コインの発行、Pour取引、検証、受領などのステップが含まれます。しかし、ZcashにはUTXOモデルに基づく拡張性の難しさや、実際のプライバシー取引の使用率が低いなどのいくつかの限界があります。Tornado Cashは単一の大規模ミキシングプール設計を採用しており、イーサリアムネットワークに基づいており、より優れた汎用性を持っています。預け入れられたコインのみが引き出されることが保証され、各コインは一度だけ引き出すことができ、証明プロセスはnullifierにバインドされるなどの特性があります。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-59cd4697afb2ae3829099340f6f292ea)###拡張 ZK拡張は、レイヤー1ネットワーク(のMina)やレイヤー2ネットワーク(、つまりZK rollup)で実現できます。ZK rollupは主にSequencerとAggregatorの2つの役割を含みます: Sequencerはトランザクションをパッケージ化し、Aggregatorはトランザクションを統合して零知識証明を生成し、イーサリアムの状態ツリーを更新します。ZKロールアップの利点は低コスト、高速最終性、プライバシー保護ですが、計算量が大きいことや信頼できる設定が必要などの課題にも直面しています。現在の主流のZKロールアッププロジェクトには、StarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermez/Miden、Loopring、Scrollなどがあり、SNARK/STARKの選択とEVM互換性にそれぞれの重点があります。EVMの互換性はZKシステムが直面する大きな課題の一つです。一部のプロジェクトは専用の仮想マシンやプログラミング言語の開発を選択し、他のプロジェクトはSolidityとの完全な互換性の実現に取り組んでいます。最近のEVM互換性の急速な進展は、開発者により多くの選択肢を提供しています。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と産業](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-71caf28a21ad2fe4d425921027b70522)## 第三に、ZK-SNARKの基本原理ZK-SNARK(zk-SNARKs)は、現在最も広く使用されている零知識証明システムの一つです。それは以下の特性を持っています:- ゼロ知識:追加情報を漏らさない- シンプル:検証サイズが小さい- 非インタラクティブ:複数回のインタラクションは不要- 信頼性: 限られた計算能力を持つ証明者は証明を偽造できない- 知識性:証明者は有効な情報を知っていなければ証明を構築できないGroth16バージョンのzk-SNARKs証明プロセスは主に以下を含みます: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形式に変換する4. 信頼できる設定を構築し、証明キーと検証キーを生成する5. ZK-SNARKプルーフの生成と検証このプロセスはZK-SNARKの実際の応用の基礎を築きました。今後の記事では、ZK-SNARKの原理、応用事例、そしてZK-STARKとの比較などの内容についてさらに探討します。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-32e1ccadd2a5f2b2865b06e98bf0bd68)! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-264bb4794c44616e81f149e535302d5a)
ゼロ知識証明技術の分析:原理、応用、業界への影響
ゼロ知識証明:原理から応用まで
はじめに
近年、ブロックチェーン業界ではzk-SNARKs(ZKP)プロジェクトが爆発的に成長しており、特にスケーラビリティとプライバシー保護の分野での応用が注目されています。しかし、ZKPは高度な数学的特性を持つため、一般の暗号愛好者がそれを深く理解することは難しいです。本記事では、ZKPの理論と応用を最初から整理し、それが暗号業界に与える影響と価値について探討します。シリーズの幕開けとして。
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が提唱したインタラクティブ証明システム理論に由来します。この理論は、インタラクティブシステムにおいて、声明の正しさを証明するために必要な最小限の知識量を交換する方法を探求しています。もし追加の情報を漏らすことなく証明が完了できれば、それはzk-SNARKsと呼ばれます。
初期のzk-SNARKsシステムは効率と実用性が不足しており、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広く利用されるようになり、zk-SNARKsは徐々に重要な研究方向となりました。その中で、汎用的で非対話型、証明サイズが小さいzk-SNARKsプロトコルの開発が重要な目標の一つです。
零知識証明の重要な突破口は、2010年にGrothが提唱した短いペアリング非対話的零知識証明であり、zk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年にZcashプロジェクトは初めて零知識証明を取引のプライバシー保護に適用し、zk-SNARKsとスマートコントラクトの結合の先駆けとなりました。
それ以来、一連の学術的成果がゼロ知識証明の開発を推進し続けています。
さらに、PLONKやHalo2などの新しいアルゴリズムもzk-SNARKを継続的に改善しています。
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次に、ゼロ知識証明の主な応用
zk-SNARKsは現在、主にプライバシー保護とスケーラビリティの二つの方向に応用されています。
プライバシー保護
初期のプライバシー取引プロジェクトであるZcashやMoneroは広く注目を集めましたが、実際の需要が予想に及ばなかったため、現在は二線級に退いています。
Zcashを例に挙げると、そのzk-SNARKs取引プロセスには、システム設定、鍵生成、コインの発行、Pour取引、検証、受領などのステップが含まれます。しかし、ZcashにはUTXOモデルに基づく拡張性の難しさや、実際のプライバシー取引の使用率が低いなどのいくつかの限界があります。
Tornado Cashは単一の大規模ミキシングプール設計を採用しており、イーサリアムネットワークに基づいており、より優れた汎用性を持っています。預け入れられたコインのみが引き出されることが保証され、各コインは一度だけ引き出すことができ、証明プロセスはnullifierにバインドされるなどの特性があります。
! HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界
###拡張
ZK拡張は、レイヤー1ネットワーク(のMina)やレイヤー2ネットワーク(、つまりZK rollup)で実現できます。ZK rollupは主にSequencerとAggregatorの2つの役割を含みます: Sequencerはトランザクションをパッケージ化し、Aggregatorはトランザクションを統合して零知識証明を生成し、イーサリアムの状態ツリーを更新します。
ZKロールアップの利点は低コスト、高速最終性、プライバシー保護ですが、計算量が大きいことや信頼できる設定が必要などの課題にも直面しています。現在の主流のZKロールアッププロジェクトには、StarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermez/Miden、Loopring、Scrollなどがあり、SNARK/STARKの選択とEVM互換性にそれぞれの重点があります。
EVMの互換性はZKシステムが直面する大きな課題の一つです。一部のプロジェクトは専用の仮想マシンやプログラミング言語の開発を選択し、他のプロジェクトはSolidityとの完全な互換性の実現に取り組んでいます。最近のEVM互換性の急速な進展は、開発者により多くの選択肢を提供しています。
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第三に、ZK-SNARKの基本原理
ZK-SNARK(zk-SNARKs)は、現在最も広く使用されている零知識証明システムの一つです。それは以下の特性を持っています:
Groth16バージョンのzk-SNARKs証明プロセスは主に以下を含みます:
このプロセスはZK-SNARKの実際の応用の基礎を築きました。今後の記事では、ZK-SNARKの原理、応用事例、そしてZK-STARKとの比較などの内容についてさらに探討します。
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