ゼロ知識証明:歴史的進化からzk-rollupブームまで

2025-07-11 09:27:58

ゼロ知識証明の開発経緯と応用

ゼロ知識証明の歴史的進化

現代のzk-SNARKsシステムは、1985年にGoldwasser、Micali、Rackoffによって提唱されたインタラクティブ証明システム理論に起源を持っています。この理論は、インタラクションの過程でどれだけの知識を交換する必要があるかを探求し、zk-SNARKsの概念を提案しました。

初期のzk-SNARKsシステムは、効率と実用性の面で不足があり、主に理論の段階にとどまっていました。近年、暗号学が暗号通貨の分野で台頭するにつれて、zk-SNARKsは徐々に重要な研究分野となりました。その中で、汎用的で非対話型、かつ証明規模が制限されたzk-SNARKsプロトコルの開発が重要な探求の方向性の一つとなっています。

zk-SNARKsの重大な突破は2010年に起こり、Grothが提案した短いペアリング非対話型zk-SNARKs証明がzk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年、zk-SNARKsはZcashプロジェクトで初めて適用され、取引のプライバシーを保護しました。その後、zk-SNARKsとスマートコントラクトの結合は、さらなる応用シーンを広げました。

この過程で、いくつかの重要な学術成果には次のものが含まれます:

2013年のPinocchioプロトコルは、証明と検証の効率を大幅に向上させました
2016年のGroth16アルゴリズムは、証明のサイズをさらに縮小し、検証の効率を向上させました。
2017年のBulletproofsアルゴリズムは、短くて非対話型のゼロ知識証明を提案します。
2018年のzk-STARKsプロトコル、信頼できる設定なしの新しいzk-SNARKsシステム

さらに、PLONKやHalo2などの新興ソリューションもzk-SNARKsに重要な改良を加えています。

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ゼロ知識証明の主な応用例

zk-SNARKsはプライバシー保護とスケーラビリティの2つの分野で広く応用されています。

プライバシー保護の観点から、初期のZcashやMoneroなどのプライバシー取引プロジェクトは広く注目を集めました。しかし、プライバシー取引の必要性は業界が予期したほど際立っておらず、関連プロジェクトは徐々に後退しています。

スケーラビリティの観点から、Ethereum 2.0がロールアップを中心とした路線に移行するにつれて、zk-SNARKsに基づくスケーラビリティソリューションが再び注目を集めています。主に含まれるのは:

1層ネットワーク拡張: Minaプロジェクトのように
セカンドレイヤーネットワークのスケーリング: つまりzk-rollupソリューション

zk-rollupは主に2つの役割に関与します：Sequencerは取引をパッケージ化し、Aggregatorは取引を統合してzk-SNARKsを生成します。このようなソリューションは、コストが低く、最終性が速いという利点がありますが、計算量が多く、潜在的なセキュリティリスクなどの課題にも直面しています。

現在、市場で主なzk-rollupプロジェクトにはStarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermez/Miden、Loopring、Scrollなどがあります。これらのプロジェクトは、技術的な路線において主にSNARK(およびその改良版)とSTARKの間で選択し、EVM互換をサポートするかどうかを検討しています。

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EVMの互換性は常に業界の注目の焦点でした。初期のプロジェクトはしばしばzk-SNARKsの効率とEVMの互換性の間で妥協しなければなりませんでした。近年、技術の急速な進化により、zk-SNARKsの効率を確保しながら良好なEVM互換を実現することが可能になり、これがzk-SNARKsの開発エコシステムと競争環境に重要な影響を与えるでしょう。

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