ゼロ知識証明:理論的なブレークスルーからZKロールアップの実践への進化

2025-07-19 16:53:59

ゼロ知識証明の開発、適用、基本原則

I. ゼロ知識証明の歴史的進化

零知識証明システムの現代的な概念は1985年に遡ります。当時、Goldwasser、Micali、Rackoffは共同で、インタラクティブなシステムにおいて、最小限の情報交換によって主張の正しさを証明するという画期的な概念を提案しました。この思想は1989年に正式に発表され、零知識証明の理論的基礎を築きました。

初期のzk-SNARKsシステムは実用性において限界があり、主に理論的な段階に留まっていました。近年、暗号学が暗号通貨の分野で台頭するにつれて、zk-SNARKsは本当に前面に出てきて、重要な研究分野となりました。その中で、汎用的で非対話的かつ証明規模が限られたzk-SNARKsプロトコルの開発が核心的な目標です。

零知識証明の重大な突破は2010年に現れ、Grothが発表した論文がzk-SNARKsの理論的基礎を築きました。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、実際のシーンでの零知識証明の広範な応用を開きました。

この期間中、いくつかの重要な学術成果には次のものが含まれます:

2013年のPinocchioプロトコルは、証明と検証の効率を大幅に向上させました。
2016年のGroth16は、証明の規模と検証速度をさらに最適化しました。
2017年のBulletproofsは、信頼できる設定なしで短い証明アルゴリズムを提案しました
2018年のzk-STARKsは、量子計算に耐性のある新しい証明システムを提案しました

さらに、PLONKやHalo2などの新興プロトコルは、zk-SNARKsの改善に重要な貢献をしています。

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II. ゼロ知識証明の適用の概要

zk-SNARKsは現在、最も広く使われている2つの応用分野はプライバシー保護とブロックチェーンのスケーラビリティです。

プライバシー保護の面では、初期のZcashやMoneroなどのプロジェクトがプライバシー取引の発展を促進しました。プライバシーの需要は予想ほど目立たなかったものの、これらのプロジェクトは依然として一定の市場地位を維持しています。

拡張分野では、イーサリアムがロールアップ中心の路線に移行するにつれて、zk-SNARKsに基づく拡張ソリューションが再び注目を集めています。

プライバシー取引

現在実現されているプライバシー取引プロジェクトには、

SNARKを使用したZcashとTornado
防弾仕様のモネロ

Zcashを例にとると、そのアプリケーションであるzk-SNARKsの取引プロセスには、システムの設定、鍵の生成、コインの発行、取引証明の生成、検証、受信などのステップが含まれます。

しかし、Zcashなどのプロジェクトには、他のアプリケーションとの統合が難しいなどのいくつかの限界があります。また、実際にプライバシー取引機能を使用する割合は低いです。それに対して、Tornadoが採用している単一の大混合コインプールの設計は、より汎用性があります。

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###拡張

zk-SNARKsのスケーラビリティにおける応用は主にZK rollupに現れます。ZK rollupにはSequencerとAggregatorの2つの役割が含まれています:

Sequencerはトランザクションをパッケージする責任があります
アグリゲーターは取引を統合し、zk-SNARKsを生成します。

ZKロールアップの利点は、低コスト、迅速な最終性、プライバシー保護ですが、計算量の多さ、安全性、互換性などの課題にも直面しています。

現在、市場における主要なZK rollupプロジェクトには、StarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermez/Miden、Loopring、Scrollなどがあります。これらのプロジェクトは、技術的なロードマップで主にSNARK(およびその改良版)とSTARKの間で選択し、またイーサリアム仮想マシン(EVM)のサポートレベルにも注目しています。

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