ゼロ知識証明技術が2024年の暗号市場を変革する

秘密は証明できるが開示しなくてもよいものである。これがZero-Knowledge Proofs (ZKP)—現在のブロックチェーン革命の鍵となる技術であり、長年の二つの問題、プライバシーと高速処理に解決策をもたらす。

2024年はZero-Knowledge Proofsの応用が爆発的に拡大する年となる。理由は？この技術により、取引が行われ、データが検証される際に、敏感な情報を一切開示せずに済むからだ。デジタルプライバシーへの懸念が高まる中、そして高速かつ安全なブロックチェーンソリューションが求められる市場において、ZKPは最適な選択肢となっている。この技術を用いたプロジェクトの発展は、暗号資産エコシステム全体の再構築の可能性を明確に示している。

Zero-Knowledge Proofsの仕組み

Zero-Knowledge Proofsはシンプルだが強力な原則に基づいている：(証明者)は、(検証者)に対し、ある発言の正確性を納得させることができるが、その発言以外の情報は一切明かさない。

この仕組みは三つの基本要素に依存している：

• 完全性（Completeness）：情報が正確ならば、検証者は提供された証拠を完全に信頼する。
• 健全性（Soundness）：不正直な者でも、検証者を騙すことはほぼ不可能であり、少しの確率で誤魔化せる可能性もある。
• 情報の秘密性（Privacy）：検証者は唯一、「発言が正しい」ということだけを学び、それ以外の情報は一切得られない。

暗号資産の世界において、Zero-Knowledge Proofsの利点は非常に明白だ。個人情報を開示せずに安全な取引を可能にし、プライバシーを保護する。例えば、ブロックチェーン上の投票では、ZKPを用いて投票者の資格を証明しつつ、選択内容は秘密にできる。同時に、zk-Rollupsのような技術は、オフチェーンで何百もの取引を処理し、それらを一つの取引にまとめてブロックチェーンに送ることで、負荷を軽減し処理速度を向上させる。

有名な例として「アリババの洞窟」がある。これは、誰かが秘密のパスワードを知っていることを証明するために、パスワードを明かさずに洞窟の入り口を開けることを何度も繰り返す、というものだ。証明者は、知識を持っていることを結果で示すだけで、パスワード自体は絶対に明かさない。

理論から実践まで、Zero-Knowledge Proofsは大規模なプロジェクトに組み込まれ、取引のセキュリティ、本人認証、データ保護に役立っている。

ブロックチェーンにおけるZero-Knowledge Proofsの実用例

Zero-Knowledge Proofsは単なる理論的概念ではなく、実際のブロックチェーンの課題解決に広く展開されている：

1. プライバシー取引：Zero-Knowledge Proofsは、取引の正当性を証明しながら、送信者、受信者、金額などの詳細を開示しない。例としてZcashがあり、送信者や受信者、金額を匿名化しつつ、台帳の整合性を維持している。

2. 処理速度の向上：zkSyncやStarkWareなどのプラットフォームは、zk-Rollupsを用いてオフチェーンで取引を処理し、証明だけをブロックチェーンに送ることで、データ負荷を軽減し、より安価で高速な取引を実現している。

3. 安全な投票：Zero-Knowledge Proofsは、投票内容を明かさずに投票結果を計算できるため、プライバシーと透明性の両立を可能にしている。

4. パスワード不要の認証：ZKPは、パスワードを送信せずにユーザーの本人確認を行える。これにより、パスワード漏洩のリスクを排除し、セキュリティを向上させる。

5. サプライチェーンの証明：企業は、製品が規格を満たしていることを、詳細な製造情報や供給者情報を明かさずに証明できる。

6. セキュアなスマートコントラクト：Aleph ZeroやMina Protocolなどは、敏感なデータを秘匿したまま動作するスマートコントラクトを開発中であり、企業が安全に取引できる環境を提供している。

主要なZero-Knowledge Proofsプロジェクトと市場動向

CoinGeckoによると、2024年5月時点で、ZKPを採用した暗号資産プロジェクトは40件以上、時価総額は合計で21.27億ドルを超えている。以下は注目のプロジェクト例だ。

Polygon Hermez

Polygon Hermezは、Ethereum上に構築された分散型スケーリングソリューションで、zero-knowledge rollup技術を採用している。もともとHermez Networkとして始まり、Polygonに買収されてエコシステムに統合された。多くの取引を一つにまとめ、ガス代をEthereumメインネットの90%以上削減できる。

Polygon Hermezは、Proof of Efficiency (PoE)というコンセンサスメカニズムを採用し、ネットワークのセキュリティと分散性を維持している。ただし、Zero-Knowledge Proofsの高度な技術は、専門知識を持つ開発者にとっても実装の難しさがある。

Immutable X

Immutable Xは、StarkWareのStarkEx技術を統合し、NFTやWeb3ゲームのための高速・低コスト取引を実現している。zero-knowledge rollupsにより、スケーラビリティを大きく向上させ、運用コストを削減しつつEthereumのセキュリティを維持している。

Mina Protocol (MINA)

Mina Protocolは、ブロックチェーンのサイズをわずか22KBに抑えることに成功しており、これはzk-SNARKs技術によるものだ。ユーザーは全履歴をダウンロードせずともネットワークの状態を検証でき、真の分散化を実現している。

Ouroboros SamisikaのProof of Stakeを採用し、従来のProof of Workよりも資源消費を抑えている。最近のアップデートでは、ノードのパフォーマンス向上やzkAppsの導入により、オフチェーン計算も可能になった。

dYdX (DYDX)

dYdXは、分散型取引所（DEX）であり、zk-STARKsを用いてプライバシーとスケーラビリティを向上させている。レバレッジ取引も可能で、手数料も低い。最新のv4.0では、dYdX Chainという独立したブロックチェーンも導入されている。

課題は、技術の複雑さと、資産管理をユーザーに委ねる必要性だ。

( Loopring )LRC###

Loopringは、zkRollupsを用いて数百の取引を一つにまとめる。毎秒2000以上の取引処理能力を持ち、Ethereum上のガス代と処理時間を大幅に削減している。

また、「リングマイナー」(取引のマッチングと検証を行う者)を導入し、LRCの手数料や取引利益の一部を報酬としている。

( Horizen )ZEN###

Horizenは、zk-SNARKsを用いたプライバシー重視のブロックチェーンだ。Zcashから派生し、メッセージング、出版、dAppsのためのプライバシー完全なインフラを提供している。

最近の注目点は、EVM互換のサイドチェーンEONのローンチで、多様なdAppやDeFiプロジェクトの展開を可能にしている。

( Zcash )ZEC###

Zcashは、zk-SNARKsを用いて、「保護された」取引を可能にし、送信者・受信者・金額の情報を秘密にできる。2016年にBitcoinの派生として登場し、金融プライバシーとグローバルな暗号資産の利便性を融合させている。

Sapling、Heartwood、Canopyといったアップグレードにより取引効率が向上し、2019年のHaloのリリースで信頼設定の必要がなくなり、ネットワークのセキュリティが強化された。

( Worldcoin )WLD###

Worldcoinは、デジタルID認証とブロックチェーンを融合させたプロジェクト。サム・アルトマンが共同創設し、「Orb」デバイスで虹彩をスキャンし、World IDを生成する。Zero-Knowledge Proofsを用いて個人情報を開示せずに本人確認を行い、Semaphoreプロトコルで匿名投票も可能にしている。

しかし、バイオメトリクスデータのプライバシーやスマートコントラクトの集中化に関する議論もある。

( Marlin )POND###

Marlinは、オフチェーンで複雑な計算を実行するための分散型プロトコルだ。Zero-Knowledge ProofsとTrusted Execution Environments（TEE）を組み合わせて、低コストで計算の正当性を証明できる。

多言語対応（Solidity、C++、Rust、Go）を持ち、ゲートウェイノード、実行ノード、監視ノードといった拡張性のあるアーキテクチャを採用。ネットワークはPONDトークンで運営され、ステーキングとセキュリティ確保に使われる。

( Aleph Zero )AZERO(

Aleph Zeroは、公開型ブロックチェーンで、AlephBFTコンセンサスとProof of Stake、Directed Acyclic Graph（DAG）を組み合わせている。高いスループットと低コストを目指す。

特に、Liminalと呼ばれるマルチチェーンプライバシー層を提供し、Zero-Knowledge Proofsと安全なマルチパーティ計算（sMPC）を用いて、企業の安全な取引を可能にしている。

Zero-Knowledge Proofs技術の課題

大きな利点を持つ一方で、Zero-Knowledge Proofsは以下の課題も抱えている：

1. 導入の複雑さ：ZKPは高度な暗号知識を必要とし、理解不足や実装ミスにより脆弱性やエラーが生じやすい。

2. 計算コストの重さ：証明の生成には多大な計算資源を要し、特に複雑な証明ではコスト増や処理遅延を招く。

3. 信頼設定のリスク：zk-SNARKsなど一部のZKPは、「信頼設定」が必要であり、その設定が破られると証明の信頼性が損なわれる可能性がある。

4. スケーラビリティの難しさ：データ量を削減できる一方で、大量の取引を効率的に処理できるかはまだ発展途上。

5. 統合の難しさ：既存システムへのZKPの導入にはネットワークプロトコルの変更やインフラの大規模アップデートが必要で、長期的な取り組みとなる。

6. 法的規制の不確実性：取引データの匿名化は、多くの国の金融規制と衝突する可能性もあり、法的リスクを慎重に管理する必要がある。

これらの課題は、Zero-Knowledge Proofsの技術進歩と開発者の理解の深まりにより、徐々に克服されつつある。安全でプライバシー保護されたブロックチェーンの普及に向けて、道は開かれている。

今後の展望：Zero-Knowledge Proofsの未来

Zero-Knowledge Proofsの未来は非常に明るい。よりユーザーフレンドリーなZKPシステムの開発や、多様な分野への応用拡大が期待されている。

zk-STARKsやzk-SNARKsの革新により、取引速度やスケーラビリティの向上とともに、セキュリティやプライバシーの維持も進む見込みだ。特に、クロスチェーン間のプライバシー層の構築や、安全なクロスチェーン取引の実現は、次世代のブロックチェーンエコシステムにおいて重要な役割を果たすだろう。

クロスチェーンの相互運用性が高まるにつれ、Zero-Knowledge Proofsは異なるブロックチェーン間のシームレスな取引を可能にし、敏感なデータの取り扱い方法を根本的に変える可能性がある。

未来とのつながり

Zero-Knowledge Proofsの潜在能力は計り知れず、ブロックチェーンの未来を再構築する力を持つ。安全性と拡張性を両立させるこの技術は、次世代ブロックチェーンの基盤となる。

今後も多くのプロジェクトが進化を続け、Zero-Knowledge Proofsの進展を追うことは不可欠だ。Polygon HermezやZcash、Mina Protocol、dYdXなどの事例は、デジタルプライバシーとブロックチェーンの効率性を大きく変えていくだろう。

参考資料

• EthereumのZK-Rollup拡張ソリューションとは？
• ブロックチェーンにおけるZero-Knowledge Proofsの完全ガイド
• 2024年の主要なEthereum ZK Rollupプロジェクト
• 2024年に最適なLayer-2ソリューション
• Layer 1とLayer 2のブロックチェーン比較
• Solana vs Ethereum：2024年の選択肢