再帰的ゼロ知識証明によりデータ相互作用を実現：Minaエコシステムの応用シナリオは多様
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再帰的ゼロ知識証明によりデータ相互作用を実現：Minaエコシステムの応用シナリオは多様
パフォーマンスのボトルネックをどう突破し、より安全でプライバシー保護が高く、効率的なオンチェーン・オフチェーン間のデータ連携を実現するかは、現在ブロックチェーンがコアユーザー層を超えて発展するために急務の課題であると同時に、Mina Protocolを代表とするzk-SNARKs型パブリックチェーンが成長する上でのチャンスでもある。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察2021年9月2日、イーサリアムの創設者であるVitalik氏はTwitterでユーザーの質問に回答し、次のように述べました。
私は、ZK-SNARKが今後10〜20年のうちに主流社会に浸透し、大きな革命を起こすだろうと予想しています。
zk-SNARK技術により、大量の情報をいわゆる「簡潔な証明」に圧縮できるため、ネットワークのTPS向上や演算ガスの削減において重要な役割を果たします。ブロックチェーンの発展の歴史を通じて、私たちはDeFiの台頭、NFTブーム、メタバースの流行などを共に目にしてきました。これらの試みはブロックチェーンの利用方法を豊かにするだけでなく、エコシステムの境界も広げています。
将来、応用シナリオがさらに多様化し、ブロックチェーンと現実世界の融合が進むことは避けられない流れです。パフォーマンスのボトルネックをどう突破し、より安全でプライバシー保護が高く、効率的なオンチェーン・オフチェーン間のデータ連携を実現するかは、現在ブロックチェーンが大衆化に向けて解決すべき課題であり、Mina Protocolのようなzk-SNARKを採用するパブリックチェーンにとって大きな機会でもあります。
再帰的ゼロ知識証明：より簡潔で安全なブロックチェーンの構築
ビッグデータによる差別的価格設定、ユーザー情報の販売、データの不透明性による詐欺事件など、中央集権型システムの欠点がますます明らかになっています。人々は、ブロックチェーンの非中央集権的で改ざん不可能な「信頼不要（trustless）」アーキテクチャを活用して、仲介者を排除し、あらゆる取引や協力を可能にしたいと考えています。すべての情報をチェーン上に記録し、誰もがその証人となるのです。
しかし残念ながら、情報のオンチェーン化はプライバシー保護と矛盾し、また非中央集権化によって冗長な繰り返し計算が発生します。取引量の増加とともに、各参加者が記録しなければならないデータ量も増え、ブロックチェーンはますます重くなります。新規参加者は長い時間かけてデータ同期を行う必要があるだけでなく、高価なハードウェア設備を整え、大量の電力を消費しなければなりません。これにより、ノードになるためのハードルが自然と上がり、現在のブロックチェーンでは依然として第三者による取引検証に依存する現象が見られ、これはネットワークの安全性にも悪影響を及ぼします。
zk-SNARKsは、この問題を解決できる有望な技術です。
zk-SNARKsを理解する前に、まずゼロ知識証明について理解しましょう。
複雑な数学的理論は一旦置いておき、言葉通りに解釈すると、ゼロ知識証明とは、「証明者が検証者に対して有用な情報を提供することなく、ある命題が正しいことを信じさせる」仕組みです。以下に「パンダを探す」例を使って説明しましょう。
複数の人がこの画像の中から1匹のパンダを探しているとします。小Aさんは最初にパンダの位置を見つけましたが、すぐにそれを公開できません。他の人のゲーム体験を損なってしまうからです。
それでは、小Aさんがパンダの位置を知っていることを証明しつつ、他の誰にも答えを教えない方法はあるでしょうか？
そこで小Aさんは以下の方法を思いつきます。
非常に大きな白紙を用意し、それを適当にパンダのいる画像の上に被せます。その後、白紙に小さな穴を開け、パンダだけが見えるようにします。
このようにすることで、パンダの位置という重要な情報は守られたまま、小Aさんは自分がパンダを見つけたことを、他の人に位置を明かすことなく証明できます。これがゼロ知識証明の概念です。
zk-SNARKsは「Zero Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge」の略称で、非インタラクティブ型ゼロ知識証明であり、ゼロ知識証明をさらに発展させたものです。zk-SNARKsは「偽造不可能な証明」を提供し、計算プロセス全体を提示せずとも、その計算が正しく行われたことを証明できます。従来のゼロ知識証明と比べて、zk-SNARKsは情報漏洩がないだけでなく、やり取りを必要とせず、複雑な論理であっても容易に検証でき、証明自体も非常に小さいサイズに圧縮されます。
そのため、多くのzk-SNARKsを導入したパブリックチェーンでは、各ブロックに対して約1KBのSNARK証明を作成しており、すべての取引内容を表示せずにブロック取引履歴の正確性を証明できます。これにより、ブロックサイズが大幅に圧縮されています。
zk-SNARKsを導入してもブロックは小さくなりますが、ブロックが積み重なるにつれてSNARK証明も増えていき、データは依然として線形的に増加します。つまり、ブロックチェーンはさらに軽量化できる余地があります。
そこで、軽量ブロックチェーンプロトコルMina Protocolは革新的に「再帰的ゼロ知識証明」という概念を提唱しました。
ブロックチェーン全体の状態をスナップショットし、SNARK証明を生成します。次のブロックが作成される際には、以前のブロックチェーン状態のスナップショットを基に再度スナップショットを取り、新たなSNARK証明を生成します。この証明は次のブロックに埋め込まれ、繰り返しとネストが継続されることで、ブロックサイズを一定に保ちます。
よく引用される例を挙げましょう。
ある広場に1年間毎日訪れたことを証明したい場合（広場には日付付き時計があるものとする）、最も簡単な方法は毎日写真を撮ることで、最終的に365枚の写真が証拠になります。
別の方法は、2日目から毎日写真を撮る際に、前日の写真を手に持つことです。そうすれば、1年後にはたった1枚の写真で証明が完了します。これがMinaが採用する再帰的証明です。
この仕組みにより、Minaノードは全履歴を同期する必要がありません。これらのノードは完全ノードではありませんが、SNARKによって取引の正確性が証明されているため、完全ノードと同等の安全性を持っています。
再帰的ゼロ知識証明により、Minaブロックチェーンは非常に「軽量」になります。Minaのフルノードはわずか10KB程度に抑えられ、効率性と安全性の両面で他のパブリックチェーンと一線を画しています。
「軽量」であるため、ネットワークの稼働効率が高く、長年にわたりイーサリアムを悩ませてきたネットワーク混雑問題を回避できます。
「軽量」であるため、過去のデータを同期するために特別な高性能ハードウェアを必要とせず、Minaネットワークのノードになるハードルが非常に低くなります。スマホやタブレットなど計算能力が限られるモバイル端末でも、Minaネットワークの同期と検証が可能です。
「軽量」であるため、ネットワーク全体のノード数が増え、検証速度の向上だけでなく、ネットワーク全体の安全性も高まります。誤ったSNARK証明が提出された場合、誰でもスマートフォンなどのデバイスで即座に検証・発見できます。
Snapp：SNARKで駆動される分散型アプリケーション
すべてのパブリックチェーンは独自のエコシステム構築を目指していますが、Minaも例外ではありません。
Minaはゼロ知識証明を中心としたエコシステムの構築を目指しており、その中心となるのがSnapp（SNARK-powered Application）です。SnappはSNARKによって駆動される分散型アプリケーションです。
他のブロックチェーンアプリケーションでは、すべてのトランザクションやデータが公開されチェーン上に記録されますが、実際にはデータそのものではなく、その正確性を検証できれば十分です。そのため、多くの計算は本質的に意味が薄いと言えます。
Snappの最大の特徴は、ユーザーのプライバシーを保護しながらオフチェーンデータを利用できることです。Snappでは、ユーザーは自身のプライベートデータをチェーン上に載せる必要はなく、代わりにそのデータの「証明」を提出します。Mina側も計算全体を実行する必要はなく、データが特定の条件を満たしているかどうかを検証するだけです。
したがって、Minaのゼロ知識証明に基づいて構築されたSnappには以下のような利点があります。
1）プライバシー保護機能
2）大量のデータを安全に検証できる能力
3）簡潔さによる低コストと高い拡張性
DeFiを例に挙げると：
現在の大多数の貸借系DeFiは過剰担保を前提としており、資金効率が低いのが課題です。一方、Mina上で安全かつプライバシーを保護した信用評価システムを構築することで、少額担保ローンの新市場を開拓することが可能になります。
融資の前に、ユーザーは信用スコア照会サービスのウェブサイトにログインし、自分の信用スコアを確認します。そして、ユーザー自身の端末上でその信用スコアの証明を生成し、それをチェーン上に送信します。
ユーザーの資産状況や社会保障番号などのデータはチェーン上に公開されず、無駄な計算を避けつつ、プライバシー情報も保護されます。この証明があれば、融資プロジェクト側はそれに基づいて融資の可否や融資額を判断できます。
これらの特性により、Mina Snappは幅広い応用シーンを持っています。
信頼できるブリッジとして：ゼロ知識証明を核にしたエコシステムの構築
ブロックチェーンの本質は非中央集権的な台帳ですが、チェーン間、またはチェーンとインターネットアプリケーション間の相互運用性は滑らかではなく、容易に情報孤島が形成され、応用範囲が直接制限されるため、「ブリッジ」の発展が注目されています。
ブロックチェーンの世界において、Minaは優れた「クロスチェーンブリッジ」としての役割を果たすことができます。
仮にあなたがイーサリアムの開発者で、別のチェーンに接続しようとした場合、さまざまな問題に直面します。まず、そのチェーンのコンセンサス状態を把握する必要がありますが、そのためには大量のデータをダウンロードし、大量の計算を行う必要があり、コストと効率の両面で大きな負担となります。しかしMinaは非常に小さいため、ほぼすべてのチェーンが自らのスマートコントラクト内でMinaの全データを検証できます。
ユーザーにとっては、このような接続も安全かつシームレスです。あなたがイーサリアムユーザーで、ある人気Snappを利用したい場合、Minaの信頼できるブリッジが証明を生成することで、データを移行することなくSnappを利用できます。
これにより、Minaは簡単に他のチェーンのエコシステムに接続でき、多チェーンのアプリケーションやユーザー流入をMinaエコシステムに取り込むことが可能になります。
再帰的ゼロ知識証明を利用して簡潔なブロックチェーンを構築するプロジェクトとして、Minaは他のパブリックチェーンのスケーリングソリューションとしても最適であり、他チェーンとのエコシステム連携も実現できます。実際、Minaはパブリックチェーンエコシステムのリーダーであるイーサリアムと協力関係にあり、双方の財団が出資して第三者チームに、Pickles SNARKをEVM上で効率的に検証できる改良案の策定を委託しています。両チェーンの強みを活かしつつ、MinaとETH間の相互運用性を実現する狙いです。
一方で、Minaはブロックチェーンと現実世界をつなぐゲートウェイとしても大きな可能性を秘めており、このゲートウェイは開放的でありながらも隠密です。
開放性とは、HTTPSプロトコルをサポートするウェブサイトであれば、インターネット上のデータをMinaにシームレスに取り込み、かつそのデータを検証可能であることを意味します。
隠密性とは、ユーザーのデータ自体は暴露されず、そのデータから生成された「証明」のみが検証・共有される点にあります。
例えば、ある企業が「今年のベスト従業員」を選出する際、勤続1年以上の従業員のみが投票権を持つとします。
投票システムでは、従業員は入社メールを提示することで投票権があることを証明でき、投票後に証明を生成し、それをチェーン上に登録することで、Mina上の投票アプリのステータスを更新できます。
このプロセスを通じて、投票者は自分が誰か、どの候補に投票したかを一切明かしません。投票期間終了後、誰でも結果を検証できます。
匿名投票以外にも、Minaのゲートウェイは以下のような用途に適しています。
1）本人認証ログイン
2）口座残高検証
3）信用評価の検証
4）大学成績の検証
5）職務実績の検証
6）健康情報の検証…
データ検証が必要なあらゆるシナリオにおいて、Minaが構築する「信頼設定不要で組み合わせ可能なスマートコントラクト」は、安全で効率的かつ完全に第三者に依存しない証明を提供でき、Minaの拡張性における巨大な潜在力を示しています。
技術SDK：開発進行中
もちろん、Snappに関するこうした構想が現実になるかどうかは、Mina自身の技術的優位性だけでなく、開発の敷居の低さも重要な要素です。
ゼロ知識証明の理解と応用には、堅固な数学的基礎と開発経験が必要です。開発の敷居を下げるために、Minaの共同創業者Evan氏とIzaak氏は2017年から、ゼロ知識証明を構築するためのプログラミング言語「Snarky」を開発しました。SnarkyはJavaScript内部でDSL（ドメイン固有言語）として動作するため、開発者はまったく新しい言語を学ぶ必要がなく、ゼロ知識証明の開発難易度が大きく低下しました。
また、再帰的ゼロ知識証明をより大規模なユーザーグループに提供するため、Mina SDKツールキットの開発も急ピッチで進められています。SDKを使えば、SNARK証明ジェネレーターやハッシュジェネレーター、Minaインターフェースをアプリケーションに組み込めます。リリース後は、開発者が数個のAPIを呼び出すだけでMinaの主要機能を統合できるようになります。
公式チームによると、Mina SDKツールキットは2021年第4四半期にリリース予定で、開発者がMina上にSnappを展開できるよう支援するほか、アプリ展開やSDK利用に関する多種多様な支援政策やインセンティブ措置も同時に導入される予定です。これにより、Minaエコシステムが段階的な飛躍を迎えるのか、開発者コミュニティ全体が注目しています。
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