# ゼロ知識証明の開発経緯と応用## I. 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によって共著された論文に起源を持ちます。この論文では、インタラクティブなシステムにおいて、複数回のやり取りを通じて主張の正しさを証明するために必要な知識の量を探討しています。もしゼロ知識の交換が実現できれば、それはゼロ知識証明と呼ばれます。このインタラクティブなシステムは、確率的な意味でのみ正しいものであり、数学的に厳密に証明されるものではありません。インタラクティブシステムの限界を克服するために、非インタラクティブ(NP)システムが登場し、完全性を備え、zk-SNARKsの理想的な選択肢となりました。初期のzk-SNARKsシステムは効率と実用性に欠け、主に理論的な段階にとどまっていました。過去10年間、暗号学が暗号通貨分野での台頭に伴い、zk-SNARKsは急速に発展し、重要な研究方向となっています。零知識証明の重要なブレークスルーは、2010年にGrothが発表した論文であり、zk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年、Zcashは取引のプライバシー保護を実現するために零知識証明システムを採用し、アプリケーションレベルでの重要な進展を果たしました。その後、zk-SNARKsはスマートコントラクトと結びつき、応用シーンがさらに広がりました。期間中のいくつかの重要な学術成果には、2013年のPinocchioプロトコル、2016年のGroth16アルゴリズム、2017年のBulletproofs、2018年のzk-STARKsなどが含まれます。これらの成果は、証明のサイズや検証の効率などの面で継続的に最適化され、zk-SNARKsの発展を促進しました。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-54cbff6f45884f61bc801e839ad8c1ef)## 次に、ゼロ知識証明の主な応用zk-SNARKsの最も広く使われている2つのアプリケーションは、プライバシー保護とスケーラビリティです。初期のプライバシー取引プロジェクトであるZcashやMoneroは注目を集めましたが、実際の需要は期待ほどではありませんでした。近年、Ethereumがロールアップ中心のスケーラビリティ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。### プライバシー取引プライバシー取引には、SNARKを使用したZcashやTornado、Bulletproofを使用したMoneroなど、いくつかの実用プロジェクトがあります。Zcashを例にとると、その取引プロセスには、システム設定、キー生成、コインの鋳造、取引証明の生成、検証、受信などのステップが含まれます。しかし、Zcashには限界もあり、UTXOモデルに基づいているため拡張が難しく、実際のプライバシー取引の使用率は高くありません。Tornadoは単一の大混合コインプール設計を採用しており、イーサリアムネットワークに基づいており、より優れた汎用性を持っています。それはzk-SNARKを使用して取引のプライバシー保護を提供し、預け入れたコインのみが引き出され、コインが重複して引き出されることがないなどの特性を保証します。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-59cd4697afb2ae3829099340f6f292ea)###拡張ゼロ知識証明のスケーラビリティにおける主な応用はzk-rollupです。zk-rollupにはSequencerとAggregatorの2つの役割があります。Sequencerは取引をパッケージ化し、Aggregatorは多数の取引を統合してrollupを生成し、ゼロ知識証明を作成してLayer 1の状態を更新します。zk-rollupは、低コストや迅速なファイナリティなどの利点を持っていますが、計算量の多さやセキュリティ設定の複雑さなどの課題にも直面しています。現在主流のzk-rollupプロジェクトには、StarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermezなどがあり、技術的なアプローチやEVM互換性の面でそれぞれの特徴があります。EVMの互換性はzk-rollupの発展における重要な問題です。プロジェクトはゼロ知識の友好性とEVMの互換性の間でバランスを取る必要があり、一部のプロジェクトはEVMのオペコードと完全に互換性を持つことを選択し、他のプロジェクトは両者を考慮した新しい仮想マシンを設計しています。最近の技術の進展によりEVMの互換性が大幅に向上し、開発エコシステムの繁栄を促進することが期待されています。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と産業](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-71caf28a21ad2fe4d425921027b70522)## 第三に、ZK-SNARKの基本原理zk-SNARK(ゼロ知識簡潔非対話的知識証明)は、広く使われているzk-SNARKsプロトコルです。それは、ゼロ知識性、簡潔性、非対話性、信頼性、知識の信頼性などの特性を備えています。Groth16 zk-SNARKsの証明プロセスは主に以下のステップを含みます:1. 問題を回路に変換する2. 回路をR1CS(ランク1制約システム)形式に変換する3. R1CSをQAP(二次算術プログラム)形式に変換する4. 信頼できる設定を確立し、証明キーと検証キーを生成する5. zk-SNARKプルーフの生成と検証このプロセスは、複雑な数学原理と暗号技術を含み、高効率のzk-SNARKsを実現するための基礎です。! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-32e1ccadd2a5f2b2865b06e98bf0bd68)! [HashKey ZK 101 Issue 1:歴史的原則と業界](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-264bb4794c44616e81f149e535302d5a)
zk-SNARKs技術の発展史：理論的ブレークスルーからLayer2のスケーリング応用まで
ゼロ知識証明の開発経緯と応用
I. 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によって共著された論文に起源を持ちます。この論文では、インタラクティブなシステムにおいて、複数回のやり取りを通じて主張の正しさを証明するために必要な知識の量を探討しています。もしゼロ知識の交換が実現できれば、それはゼロ知識証明と呼ばれます。このインタラクティブなシステムは、確率的な意味でのみ正しいものであり、数学的に厳密に証明されるものではありません。
インタラクティブシステムの限界を克服するために、非インタラクティブ(NP)システムが登場し、完全性を備え、zk-SNARKsの理想的な選択肢となりました。初期のzk-SNARKsシステムは効率と実用性に欠け、主に理論的な段階にとどまっていました。過去10年間、暗号学が暗号通貨分野での台頭に伴い、zk-SNARKsは急速に発展し、重要な研究方向となっています。
零知識証明の重要なブレークスルーは、2010年にGrothが発表した論文であり、zk-SNARKsの理論的基盤を築きました。2015年、Zcashは取引のプライバシー保護を実現するために零知識証明システムを採用し、アプリケーションレベルでの重要な進展を果たしました。その後、zk-SNARKsはスマートコントラクトと結びつき、応用シーンがさらに広がりました。
期間中のいくつかの重要な学術成果には、2013年のPinocchioプロトコル、2016年のGroth16アルゴリズム、2017年のBulletproofs、2018年のzk-STARKsなどが含まれます。これらの成果は、証明のサイズや検証の効率などの面で継続的に最適化され、zk-SNARKsの発展を促進しました。
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次に、ゼロ知識証明の主な応用
zk-SNARKsの最も広く使われている2つのアプリケーションは、プライバシー保護とスケーラビリティです。初期のプライバシー取引プロジェクトであるZcashやMoneroは注目を集めましたが、実際の需要は期待ほどではありませんでした。近年、Ethereumがロールアップ中心のスケーラビリティ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。
プライバシー取引
プライバシー取引には、SNARKを使用したZcashやTornado、Bulletproofを使用したMoneroなど、いくつかの実用プロジェクトがあります。Zcashを例にとると、その取引プロセスには、システム設定、キー生成、コインの鋳造、取引証明の生成、検証、受信などのステップが含まれます。しかし、Zcashには限界もあり、UTXOモデルに基づいているため拡張が難しく、実際のプライバシー取引の使用率は高くありません。
Tornadoは単一の大混合コインプール設計を採用しており、イーサリアムネットワークに基づいており、より優れた汎用性を持っています。それはzk-SNARKを使用して取引のプライバシー保護を提供し、預け入れたコインのみが引き出され、コインが重複して引き出されることがないなどの特性を保証します。
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###拡張
ゼロ知識証明のスケーラビリティにおける主な応用はzk-rollupです。zk-rollupにはSequencerとAggregatorの2つの役割があります。Sequencerは取引をパッケージ化し、Aggregatorは多数の取引を統合してrollupを生成し、ゼロ知識証明を作成してLayer 1の状態を更新します。
zk-rollupは、低コストや迅速なファイナリティなどの利点を持っていますが、計算量の多さやセキュリティ設定の複雑さなどの課題にも直面しています。現在主流のzk-rollupプロジェクトには、StarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermezなどがあり、技術的なアプローチやEVM互換性の面でそれぞれの特徴があります。
EVMの互換性はzk-rollupの発展における重要な問題です。プロジェクトはゼロ知識の友好性とEVMの互換性の間でバランスを取る必要があり、一部のプロジェクトはEVMのオペコードと完全に互換性を持つことを選択し、他のプロジェクトは両者を考慮した新しい仮想マシンを設計しています。最近の技術の進展によりEVMの互換性が大幅に向上し、開発エコシステムの繁栄を促進することが期待されています。
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第三に、ZK-SNARKの基本原理
zk-SNARK(ゼロ知識簡潔非対話的知識証明)は、広く使われているzk-SNARKsプロトコルです。それは、ゼロ知識性、簡潔性、非対話性、信頼性、知識の信頼性などの特性を備えています。
Groth16 zk-SNARKsの証明プロセスは主に以下のステップを含みます:
このプロセスは、複雑な数学原理と暗号技術を含み、高効率のzk-SNARKsを実現するための基礎です。
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