一文でわかるAleo：モジュール化されたゼロ知識プライバシーアプリケーションプラットフォーム

著者：CYC Labs

Aleoは、プライベートアプリケーションの最終ツールキットを構築するためのモジュール化されたコンプライアンスのあるゼロ知識プライバシーアプリケーションプラットフォームの構築に取り組んでいます。これは、分散型システムとゼロ知識暗号技術を利用して、Web上のユーザーデータを保護し、この目標を達成します。核心は、ユーザーとアプリケーション開発者に無限の計算空間と絶対的なプライバシーを提供することです。Aleoを使用することで、ユーザーはプライベートデータの制御を放棄することなく、パーソナライズされたWebサービスの世界にアクセスできます。

Aleoの動機

1）既存のブロックチェーンは現実世界のアプリケーションを満たすには不十分

イーサリアム上でのスマートコントラクトミキサーやダークプールの概念は依然として欠陥があります。プライバシーがなければ、これらのアプリケーションはユーザーの活動を完全に保護することができません。根本的に機能しません。企業にとって、グローバルに一貫したプラットフォームでビジネスロジックとデータを運営する利点は魅力的です。しかし、プライバシーの欠如は、運用ガイドラインを遵守する上での根本的な障害です。現実世界での採用を実現するためには、デフォルトでプライベートなブロックチェーンが必要です。

2）新技術は技術の価値提案を複雑化する参加者を引き寄せる

私たちは、多くのエコシステムでこのような状況を目にしています。私たちのエコシステムを含めて。例えば、最近登場したクローズドソースのスケーラブルエンジンは、「許可されたブロックチェーン」の初期時代の第二波です。供給者のロックインは、特に「信頼のない」ソリューションに関連する場合、ほとんど良いことはありません。しかし、完全に一社によって制御され、唯一その会社から使用される技術を構築することは、定義上「信頼できる」ソリューションです。新技術の価値提案を示すためには、ソリューションはオープンソースであり、許可が不要であるべきです。

3）プライベートネットワークデータはWebサービスの発展において重要

今後10年間で、Webサービスは真のパーソナライズサービスに進化し、私たちのブラウザだけでなく、より多くの場所で生活し、私たちの個人生活のあらゆるプライベートな詳細を推論できるようになります。この点を証明するいくつかの例があります。例えば、過去5年間で、家庭用スマートアシスタントの数はゼロから50億の接続デバイスに増加しました。私たちのプライベートな生活は公共財となり、ネットワークサービスがますますパーソナライズされるにつれて、私たちのデータをどのように制御するかを再考する必要があります。

オンラインにある場合、他の人がそれを所有します。ネットワークのビジネスモデルは、個人データと引き換えに無料サービスを提供することです。このモデルは時代遅れであり、ユーザーとプロバイダーの間に不一致を生じさせています。ユーザーは、望むサービスを得るためにデータを放棄せざるを得ず、個人のプライバシーが犠牲になっています。プロバイダーは、サービスを提供するためにユーザーデータを管理するリスクを負い、保存、処理、報告の影響に直面しています。そうである必要はなく、そうあるべきではありません。

逆に、ユーザーはプロバイダーからの透明なアルゴリズム上で自分のデータを実行できるべきです。プロバイダーは、ユーザーデータを保存、処理、または報告する必要はありません。逆に、彼らは自分たちの作業をユーザーにオフロードし、応答のみを検証できるべきです。このようにサービスを提供することで、ユーザーとプロバイダーは、彼らが知るべき以上のことを学ぶことはなく、個人データの制御権は依然としてユーザーの手にあります。

Aleoの目標

プライバシーはWeb3の完全なユーザー体験において非常に重要です。公共ブロックチェーンは巨大な金融チャネルを提供しますが、取引が透明であり、誰もがこの事実を見ることができるため、搾取やアービトラージの機会が生まれます。

提案された解決策の一つは絶対的なプライバシーです。しかし、取引のすべてを完全に混乱させることで、絶対的なプライバシーはプログラマビリティを排除します。分散型金融（DeFi）の例は、プログラマビリティが表現力豊かなブロックチェーンネットワークにとって重要であることを示しています。これまでのところ、ユーザーはプライバシーまたはプログラマビリティのいずれかを選択しなければなりませんでした。

例えば、Zcashはユーザーに完全なプライバシーを提供しますが、プログラマビリティは限られています。イーサリアムは強力なプログラマビリティを提供しますが、プライバシーは限られています。私たちが望むのは、プライベートでありながらプログラマブルなプロトコルです。このようなプロトコルは、ユーザーが利用されることなく、強力なオンチェーンアプリケーションとそれらの間の相互運用性を実現します。これが私たちがAleoを構築する理由です。

Aleoの成果

1）Aleo Studio

Aleo Studioは、ゼロ知識アプリケーションを書くための最初のIDEです。

Aleo上でプライベートアプリケーションを直感的かつ簡単に作成するために、AleoはLeoという名前のプログラミング言語を開発しました（以下で紹介します）。Leoの外観と感触は、従来のプログラミング言語のようです。しかし、裏では、Leoははるかに複雑です。低レベルの暗号概念を抽象化し、プライベートアプリケーションをスタックに簡単に統合できます。

開発者にとって、Aleo Studioは開発サイクルを簡素化することを目的としています。裏では、Aleo Studioはアプリケーションをネットワークに接続し、アプリケーションとユーザーがネットワーク上で取引を簡単かつ迅速にテストおよび公開できるようにします。

バンドルと共有作業を簡素化するために、Leoはパッケージマネージャを構築しました。Aleo Package Managerは、ゼロ知識回路のための最初のパッケージマネージャです。チームや組織などのコラボレーション機能を含み、友人や同僚とプライベートアプリケーションを簡単に使用できます。さらに、Aleo Package ManagerはAleo Studioと統合されており、エディタを離れることなく新しいパッケージを簡単にインポートおよび公開できます。

Aleoは、プライベートでありながらプログラマブルなアプリケーションをサポートする最初の分散型オープンソースプラットフォームです。

デフォルトでプライバシーを選択解除することで、Aleoは持続可能で公平なWeb3の世界を実現し、開発者、消費者、企業のニーズを満たします。

Aleoはゼロ知識暗号学を使用してプライバシーとプログラマビリティを実現します。ゼロ知識暗号学とゼロ知識証明は、第三者が情報の真実性を検証できるようにし、私たちがそれを直接開示することなく行います。AleoはこれをZEXE（ゼロ知識実行）というシステムの基盤として使用します。

ZEXEでは、ユーザーはオフラインで状態遷移を実行します。このプロセスは証明を生成し、それがチェーン上の取引にバンドルされます。この取引は、消費/作成されたチェーン上の記録を通じてシステムの状態を更新します。Zcashと同様に、このシステムは取引が証明のみを含み、証明を生成するための入力を含まないため、強力なプライバシー保証を提供します。イーサリアムと同様に、ZEXEはスマートコントラクトをサポートし、ユーザーが事前定義された方法で相互作用または価値を移転できるようにします。

具体的な例として、公共のスマートコントラクトブロックチェーン上の分散型取引所（DEX）を考えてみましょう。DEXは、ユーザーが特定の買い手や売り手を探すことなく、チェーン上でトークンを売買できる分散型アプリケーションです。中央集権的なバージョン（CoinbaseやBinanceなど）とは異なり、DEXはユーザーが自分の資産を管理することを可能にします。

分散型金融（DeFi）は2020年に爆発的に成長し、DEXは注目の的となりました。これまでのところ、最大のオンチェーンDEXであるUniswapは2021年に250億ドル以上の取引量を処理しました。しかし、公共ブロックチェーン上では、個人の身元（および完全な財務履歴）を明らかにする機会を生み出します。しかし、このシステムの透明性は、ユーザーが利用されやすくします。

もちろん、アカウントを循環させて、実際の身元とチェーン上の身元を関連付けにくくすることはできます。しかし、これはユーザーにとって複雑で不便です。最良の状況でも、あなたの身元をチェーン上の仮名アドレスに関連付ける方法はたくさんあります。ブロックチェーンに保存されたデータは永続的であり、一度関連付けられると永遠に破壊されることはありません。

Aleoは、プライバシーをアプリケーションの最も基本的なコンポーネント、すなわちユーザーと取引に適用します。簡単に言えば：分散型ネットワーク上の各アプリケーションは、異なる複雑さで相互に取引する一連のユーザー（人またはスマートコントラクト）です。したがって、どんなプライバシーソリューションも、アプリケーションのこれら二つの原子コンポーネントがプライベートであることを保証しなければなりません。DEXにとって、これは取引相手を匿名にすることを意味します。これは、ユーザーの活動がAleoブロックチェーン上の特定のアドレスやアカウントに結びつかないことを意味します。取引の詳細を隠すことで、Aleoは広範な金融活動のプロファイルやパターンでさえ、いかなる識別情報も漏洩しないことを保証します。

AleoのDEXで取引を行うと、為替レートに基づいてオフチェーンで更新されたアカウント残高が計算されます。この取引は、操作が発生したことを示すゼロ知識証明を取引としてAleoネットワークに提出することで完了します。単独の証拠は、その操作が何であったか、どの取引所で実行されたか、誰が関与しているかに関する情報を含みません。しかし、基盤となる暗号学は、すべての参加者が取引が実行され、すべての残高が正しく更新されたと信じることを可能にするはずです。

例えば、アリスがAleoベースのDEXでトークンAをトークンBと取引したいとします。まず、アリスはDEXに対して、取引を完了するために十分なトークンAを持っていることを証明する必要があります。しかし、ゼロ知識証明を通じてその情報を示すことができるため、彼女の電子財布の残高や取引履歴を開示する必要はありません。代わりに、彼女は以前の取引のチェーン上の証明（記録）を参照して、取引を行うのに十分な残高があることを示すことができます。このプロセスでは、取引所は決して以下のことを知ることはありません：

• アリスが持っているトークンの数
• アリスがこれらのトークンをどこから得たのか
• アリスが以前にDEXで取引を行ったことがあるかどうか

要するに、これはユーザーにとって完全にプライベートでスケーラブルなDEXエコシステムを作成し、イーサリアムなどのスマートコントラクトブロックチェーンの重要な特性である相互運用性を複製します。

アプリケーションがオープンプラットフォーム上でますます複雑な方法で相互に挿入されるというアイデアは、相互運用性と呼ばれます。相互運用性は強力な概念であり、イーサリアムのDeFiエコシステムなどを支えています。Aleoは完全なプライバシーを保証しますが、特定のアプリケーションは公共データソース（証明とともに記録に公開されるか、オフチェーン）を利用してプライベートスマートコントラクトを相互運用可能にします。この選択解除のプライバシーモデルは、透明なブロックチェーンの多くのコスト抽出の結果を排除します。しかし、ユーザーがアプリケーションと相互作用する時間と方法を制御できるようにし、選択した内容のみを表示します。したがって、Aleoはプログラマブルで相互運用可能かつプライベートなアプリケーションをサポートします。

2）Leo言語

豊富なアプリケーションをサポートする分散型台帳は、三つの制限を受けます。まず、アプリケーションは、限られた実行時間、最小スタックサイズ、制限された命令セットを持つミニマルな実行環境として構成されています。次に、アプリケーションはその状態遷移を明らかにしなければならず、これによりマイナーが先行攻撃を行い、コンセンサスが不安定になる可能性があります。第三に、アプリケーションの正確性と安全性に対する保証は非常に弱いです。

Aleoは、正式な検証のために設計されたゼロ知識アプリケーションのための新しいプログラミング言語であるLeoを設計、実装、評価しました。Leoは、実行時間、スタックサイズ、または命令セットの制限を受けない強力な実行環境を提供します。アプリケーションのプライバシーを提供し、マイナーが抽出可能な価値（MEV）を軽減するだけでなく、Leoは二つの基本的な特性を実現します。第一に、アプリケーションはその高水準の仕様に基づいて正式に検証されます。第二に、アプリケーションのサイズに関係なく、誰でも簡潔にアプリケーションを検証できます。

Leoは、ゼロ知識アプリケーションのための一般的なプログラミング言語であり、テストフレームワーク、パッケージレジストリ、インポートパーサー、リモートコンパイラ、正式に定義された言語、定理証明器を初めて導入しました。

3）PoSWコンセンサスメカニズム

簡潔な作業証明（PoSW）は、作業証明を実行する有用な副プロセスとして、システムの有効性証明を生成するコンセンサスプロトコルです。

コーディングされた述語検証は、特定のブロック更新に含まれる取引を含みながら、基盤となる証明計算が依然として時間ロックされた難題であることを保証します。

PoSWは、ビットコインに基づくSHAの難易度調整アルゴリズムの変種であり、主な違いは、基盤となる計算が任意のハッシュ関数ではなく、知識証明であることです。これにより、PoSWソリューションは、システムのコンセンサスを確保するためにPoWとして機能するだけでなく、特定のブロックに取引が含まれていることを検証できます。PoSWは非同期モデルで機能し、大多数のマイナー（または証明者）が誠実であると仮定します。

まとめ

Aleoプロジェクトの主な目的は、Leo言語でコンパイルされたIDE --- Aleo Studioを使用して、ネットワークアプリケーション（またはブロックチェーンプロジェクト）の安全なプライバシーレイヤーを推進し、ゼロ知識証明の実践的な応用を促進することです。全体として、ブロックチェーンの発展の流れに沿っており、現在の成果も良好で、資金調達額も満足のいくものです。唯一の欠点は、そのコンセンサスメカニズムであり、PoSWは筆者にとってまだ検討の余地があり、その大多数の誠実仮定にはいくつかの懸念があります。

参考文献
1. Aleo公式：Aleo | Where Applications Become Private.
2. CypherHunter: Aleo --- CypherHunter
3. Leo白書：https://eprint.iacr.org/2021/651.pdf