ブロックチェーン技術の普及やWeb3の台頭によって再び注目を集めているゼロ知識証明。Web3は、中央管理者を介さずに運営される分散型インターネットの概念で、このWeb3時代を支える重要な技術の1つとして、「ゼロ知識証明」が注目されています。プライバシー保護やスケーラビリティなど、解決すべき課題も多く存在しますが、ゼロ知識証明は、これらの課題を解決する革新技術として期待されています。
本記事では、Web3業界で注目のブロックチェーン技術「ゼロ知識証明」について詳しく解説します。ゼロ知識証明について詳しく知りたい人は、ぜひ最後までご覧ください。
ブロックチェーンのゼロ知識証明とは？
ブロックチェーンは、取引の透明性を確保するために設計されていますが、同時にプライバシーの保護という課題も抱えています。そこで注目されているのが、ゼロ知識証明と呼ばれる技術です。
ゼロ知識証明とは、証明者が秘密情報を開示することなく、検証者に特定の情報が真であることを証明できる技術。従来の認証方式では、パスワードや生体認証など、秘密情報を直接相手に伝える必要がありました。しかし、ゼロ知識証明を用いれば、秘密情報漏洩のリスクを大幅に軽減できます。
ブロックチェーンにおけるゼロ知識証明の主なユースケースは以下の3つです。
- プライベートトランザクション：ゼロ知識証明を用いることで、取引内容を秘密に保ちながら、トランザクションの正当性を検証できる
- zkEVMによるブロックチェーンのスケーラビリティ：zkEVMは、イーサリアム仮想マシン（EVM）のゼロ知識証明版。トランザクション処理をオフチェーンで行うことが可能に
- IDおよびデータの所有権の分散化：ユーザーは自分のIDやデータを中央管理者に依存することなく、安全に管理される
ゼロ知識証明は、ブロックチェーン技術の未来を大きく変革する可能性を秘めた技術です。今後、様々な分野で利用されることが期待されています。
ゼロ知識証明の種類
ここでは、ゼロ知識証明の代表的な2種類「ZK-SNARKs」「ZK-STARKs」について、それぞれ詳細に解説します。
ZK-SNARKs
ZK-SNARKsは、2012年にGrothとSahaiによって提案されたゼロ知識証明の一種です。以下のような特徴を持ちます。
- 証明サイズが小さい：数百バイトから数キロバイト程度と、比較的軽量な証明を生成できます
- 検証速度が速い：数ミリ秒から数十ミリ秒程度と、非常に高速に検証できます
- 汎用性が高い：任意の計算に対して証明を生成できます
ZK-SNARKsは、プライバシー保護を重視するアプリケーションに適しており、匿名取引、規制対象のデータの共有、医療情報の管理などに向いている技術です。
ZK-STARKs
ZK-STARKsは、2018年にBen-Sassonらによって提案されたゼロ知識証明の一種です。以下のような特徴を持ちます。
- 証明生成が速い：数十ミリ秒から数百ミリ秒程度と、ZK-SNARKsよりも高速に証明を生成できる
- 透明性が高い：証明の内容を誰でも検証可能
- 量子コンピュータに対する耐性：量子コンピュータに対しても安全であると考えられている
ZK-STARKsは、スケーラビリティと透明性を重視するアプリケーションに適しており、レイヤー2ソリューション、DAO（分散型自律組織）、投票システムなどのユースケースに向いています。
非対話型と対話型
ゼロ知識証明は、証明者と検証者の間でどのようにやり取りを行うかによって、非対話型と対話型に分類されます。
非対話型ゼロ知識証明では、証明者は検証者と直接やり取りすることなく、証明を生成することが可能。なお、非対話型ゼロ知識証明には、以下のようなメリットがあります。
- 効率性が高い：証明者と検証者がリアルタイムでやり取りする必要がないため、効率的に処理することが可能
- スケーラビリティが高い：多くのユーザーに同時にサービスを提供できる
一方、対話型ゼロ知識証明では、証明者と検証者が複数回のやり取りを行い、情報が真であることを確認します。対話型ゼロ知識証明のメリットは以下です。
- 証明サイズが小さい：非対話型ゼロ知識証明よりも小さな証明を生成できる
- 計算量が少なくて済む：証明生成に時間がかからず、効率的
ゼロ知識証明を活用するメリット
ゼロ知識証明を活用する3つのメリットを解説します。
- プライバシー保護の強化
- ブロックチェーンのスケーラビリティ向上
- データ主権の確立
ゼロ知識証明を活用するメリット①：プライバシー保護の強化
従来のブロックチェーンでは、すべてのトランザクションが公開されますが、ゼロ知識証明を用いることで、取引内容の機密性を保ちながら、トランザクションの正当性を検証することができます。これは、金融機関や医療機関など、プライバシー保護が重要な分野で特に重要となり、資金洗浄やテロ資金供与などの犯罪行為を防ぐ効果があります。
ゼロ知識証明を活用するメリット②：ブロックチェーンのスケーラビリティ向上
ゼロ知識証明を用いることで、トランザクション処理をオフチェーンで行うことができ、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題を解決することができます。
zkEVMは、イーサリアム仮想マシン（EVM）のゼロ知識証明版で、zkEVMを用いることで、トランザクション処理をオフチェーンで行うことができ、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決することができるメリットがあります。
ゼロ知識証明を活用するメリット③：データ主権の確立
ゼロ知識証明を用いることで、ユーザーは中央管理者に依存することなく、自分のIDを管理することができます。これは、個人情報の漏洩リスクを軽減し、ユーザーのデータ主権を実現します。
ゼロ知識証明を活用するデメリット
しかし、ゼロ知識証明には以下のようなデメリットもあります。
- 計算コストの高さ
- 量子コンピュータに対する脆弱性
ゼロ知識証明を活用するデメリット①：計算コストの高さ
ゼロ知識証明は、秘密情報に基づいて生成されるため、情報量が多くなるため、証明サイズが肥大化し、ストレージやネットワーク帯域幅の負担が大きくなる可能性があります。
例えば、ZK-STARKsは、zkSNARKsよりも証明生成が速いという利点がありますが、証明サイズが大きくなるという課題があるため、ZK-STARKsは、ストレージ容量が限られたデバイスでは使用できない可能性があります。
ゼロ知識証明を活用するデメリット②：量子コンピュータに対する脆弱性
現在のゼロ知識証明の多くは、楕円曲線暗号などの暗号化技術に基づいています。しかし、量子コンピュータの進化により、これらの暗号化技術が破られる可能性があります。
ゼロ知識証明の活用事例
ゼロ知識証明の活用事例を紹介します。
ゼロ知識証明の活用事例①：Aztec Connect
Aztec Connectは、イーサリアム上で匿名取引を実現するzkSNARKsベースのプライバシーソリューション。ユーザーは、Aztec Connectのウォレットを使用して、匿名でERC-20トークンを送受信することができ、送信者、受信者、送金額はすべて秘密に保たれます。
zkSNARKs技術により、高いセキュリティレベルを実現しており、使いやすく、誰でも簡単に匿名取引を行うことができるのが特徴です。
ゼロ知識証明の活用事例②：Polygon zkEVM
Polygon zkEVMは、Polygonネットワーク上でzkSNARKs技術を用いてスケーラビリティを実現するレイヤー2ソリューションです。zkEVMは、イーサリアム仮想マシン（EVM）と互換性があるため、開発者は既存のスマートコントラクトを簡単にzkEVMに移行することができます。
zkEVMは、イーサリアムメインチェーンよりも数千倍高いトランザクション処理速度を実現することができ、イーサリアムメインチェーンよりも低コストでトランザクション処理を行うことができるのがメリットです。
まとめ：ゼロ知識証明は、社会に広く実装されていく
本記事では、Web3業界で注目を集めるブロックチェーン技術「ゼロ知識証明」について、その概要、仕組み、メリット、デメリット、そして具体的な活用事例を紹介しました。ゼロ知識証明は、秘密情報を開示することなく、情報が真であることを証明できる技術。
ゼロ知識証明は、従来のブロックチェーンでは難しかったプライバシー保護、スケーラビリティ向上、データ主権の実現など、様々な課題を解決する可能性を秘めています。すでに、匿名取引、zkEVMによるレイヤー2ソリューションなど、様々な分野でゼロ知識証明の活用事例が現れており、ゼロ知識証明は、Web3時代における重要な技術の1つとして、社会に広く実装されていくでしょう。今後のゼロ知識証明の動向に注目です。
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