ゼロ知識証明のWeb3ユースケースを一覧する：スケーラビリティ以外に、私たちが注目すべき点は他に何があるのか？
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ゼロ知識証明のWeb3ユースケースを一覧する：スケーラビリティ以外に、私たちが注目すべき点は他に何があるのか？
ゼロ知識証明の暗号分野における応用展望を一文で概観する。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察2022年、ZK-Rollupsがイーサリアム分野で進展したことにより、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）はWeb3における年間キーワードとなった。さらには、次回のブルームarketの原動力となるのがゼロ知識証明であると予測する声もあり、「Bitcoinがブロックチェーンの概念を導入した」ことや「イーサリアムがスマートコントラクトをもたらした」ことに匹敵する重要性を持つと称されるほどだ。
ゼロ知識証明は何ゆえこれほど大きな発展可能性を持っているのか？それはおそらく、Web3の発展から語り始める必要がある。Web3は非中央集権ネットワークを通じてインターネットの所有権をユーザーに返還することを目指しているが、現時点ではユーザー中心の価値観を提供しているにすぎず、そのビジョン実現までにはまだ多くの課題が残されており、その中でもプライバシーとセキュリティは主要な問題の一つである。
Web3ネットワークは設計上、ユーザーが非中央集権ネットワークと相互作用することで、Web2における中央集権ネットワーク特有のデータ漏洩、個人データの商品化、権力集中などの弊害を回避するとされている。つまり、あなたがフルノードを稼働していれば、完全かつ数学的に保証された暗号化セキュリティが得られるということだ。しかしフルノードを稼働するには高価なハードウェアが必要であり、100GB規模の巨大なブロックチェーンに常時接続し続けなければならない。
明らかに、現在の暗号クライアントはこのような要求を処理できない。そのため、現状のWeb3は依然として信頼された中央集権的な仲介者に大きく依存しており、それらの仲介者がWeb3の非中央集権ネットワークを繋いでいる。これは一見、Web3の理念に反しているように見える。非中央集権ネットワーク環境において、いかに非中央集権的な方法でプライバシーとセキュリティを確保できるか？ ゼロ知識証明技術はこの問題を巧みに解決する。そしてサイバーセキュリティ以外にも、ゼロ知識証明には多様な応用例があり、以下で暗号分野におけるその用途について紹介する。
ゼロ知識証明とは
ゼロ知識証明のWeb3における応用事例を紹介する前に、まずその原理を簡単に理解しておこう。ゼロ知識証明とは、ある人物（証明者）が別の相手（検証者）に対して、ある情報が真実であることを、追加情報を一切提供せずに証明できる暗号技術のことである。
ゼロ知識証明には以下の3つの重要な要件が必要である：
完全性（Completeness）：主張が実際に真であり、両者が正しくプロトコルに従う限り、検証者は他の条件なしにその正当性を確認できる。
健全性（Soundness）：主張が偽である場合、検証者はいかなる状況下でもそれを真と信じることはない。この手法は確率的検証理論を活用し、誤った結果が出ることを防ぐ。
- ゼロ知識性（Zero-Knowledgeness）：検証者は、主張の真偽以外の情報を何も得られないということを意味する。
ゼロ知識証明には主に2つのタイプがある：
インタラクティブ型ゼロ知識証明では、証明者が特定の情報を保持していることを示すために、検証者との間で一連のタスクや操作を実行する必要がある。これらの多くは数学的確率などに関わる内容を含む。
非インタラクティブ型ゼロ知識証明では、証明者と検証者の間に通信が不要であり、検証は後ほど行われる。この特殊なタイプのゼロ知識証明は、追加の計算処理やアルゴリズムを必要とする。
ゼロ知識証明のWeb3応用事例
ゼロ知識証明技術自体は1980年代にすでに登場していたが、技術的難易度の高さから広範な普及には至っていなかった。ゼロ知識証明は一体どのようにWeb3の発展に貢献できるのか？ 以下、技術的応用例を通してその一端を探ってみよう。
オフチェーン計算
ますます多くのアプリケーションがイーサリアム上にデプロイされるにつれ、取引処理速度の遅さやスケーラビリティの不足がその発展を妨げる重大な課題となっている。これを解決するための有力な手段として、Layer2ネットワークを構築し、計算処理をチェーン外に移行することが挙げられる。ZK-Rollupsはイーサリアムコミュニティから高く評価されている解決策の一つであり、StarkwareやzkSyncなどが代表的なスケーリングプロジェクトである。
スケーラビリティは、ゼロ知識証明がWeb3で最も一般的に用いられる用途である。現在では、スケーラビリティとプライバシーの両方を兼ね備えたソリューションも登場しており、AztecやStarkNetのようなプライバシー重視のLayer2パブリックチェーンの発展も進められている。興味のある開発者は『プライバシーのLayer2における現状と将来』を参照されたい。
クロスチェーンブリッジ
パブリックチェーンエコシステムの拡大に伴い、イーサリアムが独占的な存在になるのは困難となり、クロスチェーン相互運用性のニーズは高まっている。しかし、ブリッジを利用したクロスチェーンは安全性が確保しにくく、多くのプロジェクトがゼロ知識証明を活用して相互運用性を実現しようとしている。Wormhole、Polymer、ZKBridgeなどは、ゼロ知識証明技術に基づく信頼前提のないクロスチェーンプロトコルの構築を進めている。これにより、IBCのライトクライアントがETH上で動作しないために生じていた相互接続不可能という問題が解消される。また、ゼロ知識証明は暗号ブリッジの安全性を大幅に向上させ、クロスチェーン相互運用のセキュリティを強化する。
オンチェーンゲーム
「ダークフォレスト（Dark Forest）」を例に挙げよう。これは劉慈欣の『三体』に着想を得た、ゼロ知識証明を基盤としたストラテジーゲームである。このゲームでは、隠された情報や情報の非対称性に基づく多くの戦略的駆け引きが存在する。ダークフォレスト宇宙は無限に広がっており、プレイヤー、ロボット、スクリプト、スマートコントラクトによるプレイヤーなどが数千も存在する。しかし、個々のプレイヤーは宇宙に参加しても、全体マップのごく一部しかアクセスできない。まさにここが『ダークフォレスト』の本質的な魅力だ。すべての情報が公開透明なブロックチェーン上で、どうやって「隠蔽」を実現するのか？ それはまさにゼロ知識証明によって、「開示したくない情報」または「条件を満たした場合にのみ開示される情報」を隠す仕組みが実現されている。
資産セキュリティ
ブロックチェーン技術は、資産がユーザー自身によって管理される（ノンカストディ）だけでなく、複数のノードに分散して保存されることで、資産リスクを低減する。さらにゼロ知識証明は、Web3のセキュリティレベルを一段と高める役割を果たす。 安全設計において確率論ではなく数学的検証を用いることで、ゼロ知識証明は有効性証明（validity proof）を通じて潜在的リスクを低減する。有効性証明は情報の正確性を保証するものであり、具体的には以下のような点が挙げられる：
暗号化情報を復号できるのはユーザー本人だけである。もし証明者が偽造した場合、最終的なルートハッシュが異なり、検証者は受け入れを拒否する；
すべての検証者と証明者が共謀したとしても、ブロックチェーン上のデータ可用性のおかげで、アカウント状態はロールバック・修正が可能である；
ゼロ知識証明を利用する際には、通常、追加のチェック機構や強化メカニズムが採用される。
ユーザー認証
ゼロ知識証明を使って個人の暗号化アイデンティティを確認できる。ユーザーはゼロ知識証明を用いることで、個人情報のすべてを明かすことなく、システムに対して自分の身元を証明できる。たとえば、アカウントにログインする際にユーザー名とパスワードを入力する必要があるが、ゼロ知識証明技術を使えば、ユーザーは単にZK Proofを提示するだけでよく、プラットフォームは決してユーザーの本当のパスワードを知ることができない。これにより、個人の敏感なデータを漏らすことなく、安全に身元認証を完了できる。
ドキュメント共有
ネット上でデータ共有を行う場面はよくあるが、その過程では情報の喪失や傍受といったリスクが付きまとう。ゼロ知識証明とブロックチェーン技術を組み合わせることで、データを分割して暗号化でき、転送の安全性を確保するだけでなく、ユーザーが特定のデータブロックおよびその中に含まれる情報を管理する権利を持てるようにする。これにより、特定のユーザーにのみアクセス権を付与でき、未承認のユーザーは共有ドキュメントにアクセスできない。
ストレージ保護
非中央集権ストレージはWeb3の三大柱の一つとして、業界発展にとって極めて重要である。ゼロ知識証明はストレージのセキュリティをより強固にすることができる。適切なアルゴリズムを用いてプロトコルを設定し、ストレージユニットとその内部プロトコルを暗号化し、アクセス経路に対しても暗号化保護を施すことが可能である。これにより、Web3のクラウドストレージの安全性はさらに一段と高まる。
ゼロ知識証明技術はまだ長い道のり
スケーラビリティやプライバシー以外にも、ゼロ知識証明の応用範囲は非常に広く、Web3におけるその役割もますます明確になってきている。すでに多くのプロジェクトがこの技術を実践的に活用しており、Messariの統計によると、ゼロ知識証明が最も広く使われているスケーリング分野の主要プロジェクト群は2023年に開発の正念場を迎える。ScrollやPolygon zkEVMなど、主要ネットワークが順次本番環境へと移行していく予定だ。『スケーリング分野が年初から突っ走る、最近テストネットに上線したL2プロジェクトを総まとめ』では、最近テストネットに上線したゼロ知識証明プロジェクトについても紹介している。
ただし認識しておくべきことは、ゼロ知識証明のWeb3における応用の将来性は確かに広大だが、その証明プロセスのパフォーマンスに関する課題はまだ十分に解決されていないということだ。現在、多くのチームがハードウェアによる高速化に取り組んでいるが、その高速化は証明の一部にしか適用されていない。アルゴリズムレベル、ソフトウェアレベル、その他多くの側面での最適化がなお必要とされている。
このため、今年におけるゼロ知識証明の有効な活用は小規模なアプリケーションに留まる可能性が高く、大規模な普及は難しいだろう。DeFiの時代を経て、ゼロ知識証明が次のブルームarketの原動力となるには、まだまだ長い道のりがある。より多くのWeb3開発者がゼロ知識証明の将来性を見据えながら、その技術的課題に挑戦し、克服していってほしい。技術の進展が応用の実現を推進することを願っている。「2023年 暗号業界トレンド予測」シリーズの次回記事では、暗号セキュリティ分野における新技術と変化に焦点を当てる。ぜひご期待ください！
2022年、ZK-Rollupsがイーサリアム分野で進展したことにより、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）はWeb3における年間キーワードとなった。さらには、次回のブルームarketの原動力となるのがゼロ知識証明であると予測する声もあり、「Bitcoinがブロックチェーンの概念を導入した」ことや「イーサリアムがスマートコントラクトをもたらした」ことに匹敵する重要性を持つと称されるほどだ。
ゼロ知識証明は何ゆえこれほど大きな発展可能性を持っているのか？それはおそらく、Web3の発展から語り始める必要がある。Web3は非中央集権ネットワークを通じてインターネットの所有権をユーザーに返還することを目指しているが、現時点ではユーザー中心の価値観を提供しているにすぎず、そのビジョン実現までにはまだ多くの課題が残されており、プライバシーとセキュリティは主要な問題の一つである。
Web3ネットワークは設計上、ユーザーが非中央集権ネットワークと相互作用することで、Web2における中央集権ネットワーク特有のデータ漏洩、個人データの商品化、権力集中などの弊害を回避するとされている。つまり、あなたがフルノードを稼働していれば、完全かつ数学的に保証された暗号化セキュリティが得られるということだ。しかしフルノードを稼働するには高価なハードウェアが必要であり、100GB規模の巨大なブロックチェーンに常時接続し続けなければならない。
明らかに、現在の暗号クライアントはこのような要求を処理できない。そのため、現状のWeb3は依然として信頼された中央集権的な仲介者に大きく依存しており、それらの仲介者がWeb3の非中央集権ネットワークを繋いでいる。これは一見、Web3の理念に反しているように見える。非中央集権ネットワーク環境において、いかに非中央集権的な方法でプライバシーとセキュリティを確保できるか？ ゼロ知識証明技術はこの問題を巧みに解決する。そしてサイバーセキュリティ以外にも、ゼロ知識証明には多様な応用例があり、以下で暗号分野におけるその用途について紹介する。
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