V神が推奨するzk-SNARK技術は、現在のブロックチェーン分野におけるどのような難問を解決できるのか？

2023.05.23

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V神が推奨するzk-SNARK技術は、現在のブロックチェーン分野におけるどのような難問を解決できるのか？

ゼロ知識証明V神が全力で推奨するzk-SNARKとは一体何か？　zk-SNARK技術は、現在のブロックチェーンが抱えるどのような難問を解決できるのか？

2023.05.23 - 07:31:08

zk-SNARK

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ゼロ知識証明V神が全力で推奨するzk-SNARKとは一体何か？　zk-SNARK技術は、現在のブロックチェーンが抱えるどのような難問を解決できるのか？

執筆：Haotian

黒山で開催されたEDCON会議にて、V神は以太坊ネットワークがスケーラビリティ、プライバシー、セキュリティなどの面で直面している技術的課題について体系的に説明し、最終的に「今後10年間でzk-SNARKはブロックチェーンと同様に重要になる」と結論付けました。では、V神が熱心に推奨するこのzk-SNARKとは一体何なのか？ zk-SNARK技術は現在のブロックチェーンが抱えるどのような難問を解決できるのでしょうか？

ここからは、私から一例を提示して、皆さまと一緒に考察していきましょう。

SNARK（succinct non-interactive argument of knowledge）とは「簡潔な非対話型知識証明」のことで、数学的アルゴリズムを用いて検証者が元のデータを知ることなくその正しさを検証できる証明システムを構築することを目的としています。その実現には検証可能回路、楕円曲線暗号理論、ハッシュ関数、暗号化アルゴリズムなど複雑な技術が関与しており、ここでは詳述を割愛します。

SNARKは元のデータを非常に小さな証明に圧縮してその入力データの正当性を検証できるため、それに加えてゼロ知識証明（zk）技術を組み合わせたzk-SNARKは、ブロックチェーンの拡張性、プライバシー性、安全性の分野で大きな可能性を発揮できます。特に2018年にイーサリアムがMAST（Merkelized Abstract Syntax Trees）を導入して以来、zk-SNARKは直接的にイーサリアムシステムに統合され、ネットワークのボトルネック問題を解決する手段となっています。

これが、Starknet由来のzk-STARK技術がより複雑な計算処理に対応でき（例えば量子コンピュータ攻撃への耐性など）、それでもなおzk-SNARKがより大きな期待を寄せられている理由です。特に、従来のブロックチェーンにおけるいくつかのパラドックス的な問題—たとえば、プライバシー保護とハッカーによるマネーロンダリングのリスク、ソーシャルリカバリーにおける中央集権機関の関与問題など—も、zk-SNARKを基盤技術に採用することで効果的に解決可能です。

まず、スケーラビリティについて

zk-Rollup技術はop-Rollupを大きく上回り、イーサリアムレイヤー2の究極的ソリューションとされています。op-Rollupはすべてのトランザクションを楽観的に扱い、チェーンに提出した後に7日間の不正行為（fraud）証明チャレンジ期間を設けるのに対し、zk-Rollupは数学的アルゴリズムにより、チェーンに提出される各トランザクションの合法性を迅速かつ安全に保証できます。（関連リンク）

ここでzk-SNARKは、スケーラビリティと中央集権化の矛盾というイーサリアムのパラドックスを解決しています。確かにop-Rollupは実際の導入事例が多く成熟しているものの、sequencer（並び替え者）や楽観的チャレンジ検証プロセスにおいて、依然として中央集権化のリスクが残っています。もちろん我々は「楽観的」であることはできますが、真の意味での非中央集権化されたRollupを実現するには、やはりSNARKが不可欠なのです。

次に、プライバシーについて

既存のブロックチェーン技術の文脈では、プライバシー技術の発展が逆に「ハッカーのための道具になってしまうのではないか」という論理的パラドックスに陥ります。しかし、zk-SNARKをベースとすれば、「無罪の証明（Proof of Innocence: POI）」という仕組みを構築でき、ユーザーのプライベートな送金・出金を守りつつ、悪意ある利用者を排除することが可能になります。具体的には、Tornado CashのようなプロトコルにPOI技術を適用し、各ユーザーに対してブロックチェーンの状態履歴と秘密鍵に基づくデジタルフィンガープリントを提供します。ハッカーがTornadoのミキシングプールを利用してマネーロンダリングを行おうとした場合、出金要求アドレスと入金アドレスの秘密鍵が一致しない（異なる）場合には、取引が阻止され、元の混在アドレスに戻されます。つまり、不審な資産はミキシングシステムを通じて追跡を逃れられなくなるのです。また、V神の講演でも言及されたように、除外リスト（exclusion list）のMerkle木を直接構築し、Tornadoプロトコルにブラックリスト機能を追加する方法もあります。通常のユーザーの入金アドレスがリスト外であれば無罪証明を生成でき、正常に利用できますが、リスト内であれば逆になります。ブラックリスト方式は有効ですが、中央集権化のリスクがあるため、個人的には入出金の秘密鍵が一致しない取引を阻止する方がより意義があると考えます。

最後に、サードパーティによる検閲抵抗性（セキュリティ）のパラドックスについて

ソーシャルリカバリー（Social Recovery）機能は、ブロックチェーンの大規模普及（Mass Adoption）にとって避けられない道です。しかし、先日Ledgerがこの機能を開放した際にコミュニティから抗議を受けたことからもわかるように、リカバリー機能はサードパーティが中央集権的であるという前提に立つべきではありません。まさにこの点を、zk-SNARK技術が巧みに解決できるのです。

簡単に言えば、ユーザーが複数の秘密鍵のシェア（分片）を生成する際、それらを暗号化し、zk-SNARKの証明システムを使って証明を作成し、信頼できる機関や友人にその証明を分配します。もしユーザーが秘密鍵を失った場合、第三者にシェアデータの証明を要求し、zk-SNARKを用いてその証明の正確性を検証することで、秘密鍵の内容を開示せずにソーシャルリカバリーを実現できます。

以上の内容を理解すれば、zk-SNARK技術がブロックチェーンシステムにどれほど重要かが明らかになります。それは、スケーラビリティと中央集権化、プライバシーと悪用、セキュリティと検閲抵抗性といった、現在のイーサリアムネットワークが直面するさまざまなパラドックスを解決できるからです。そのため、V神が「10年後にはzk-SNARKがブロックチェーンと同様に重要になる」と述べるのは当然のことかもしれません。ひょっとすると、将来的にはイーサリアム自体がzk-SNARK化する日が来るでしょう。そう、まさに「zk-SNARKS Rule Everything Around Me」です。