Pantera パートナー：現在の ZK ソリューションとユースケースの概要

作者：Paul Veradittakit，Pantera Capital管理パートナー

編纂：xiaozou，金色财经

概要

ブロックチェーンは、安全で分散型の取引の新しい道を開き、分散型金融やデジタルアイデンティティサービスなどの発展を促進しています。しかし、これらの成果にもかかわらず、一連の制約がブロックチェーンと暗号通貨のより広範な採用を妨げ続けています。以下は、ブロックチェーンと暗号通貨が直面している主な課題のいくつかです：

• スループット：ブロックチェーンと暗号通貨の採用が増えるにつれて、ネットワークはますます混雑し、取引時間が遅くなり、手数料が増加します。

• セキュリティ：コストを削減するためにセキュリティを妥協することで、セキュリティの脆弱性やハッキング事件が発生し、資金や技術的な評判が危険にさらされます。

• プライバシー：誰でも公共のブロックチェーンネットワーク上の取引を見ることができ、敏感な財務情報が露出し、個人や企業にプライバシーの問題をもたらします。

ゼロ知識（ZK）技術は、これらの問題を解決するために登場し、発展しています。このアイデアは1980年代末に初めて登場し、計算機科学と暗号学に起源を持ちます。二人は、さらなる情報を開示することなく、述べられた内容の真実性を独立して確認することができます。簡単に言えば、証明者は検証者に対して、他の簡単な証明を通じて潜在的な詳細を明らかにすることなく、声明が真実であることを証明できます。この技術は、ブロックチェーンと暗号通貨取引のプライバシー、安全性、スケーラビリティを大幅に向上させることが期待されています。

ゼロ知識証明は、3つの基本的な属性に従う必要があります：

• 完全性：声明が真実であると検証可能な場合、既定のプロトコルに従った誠実な検証者は、誠実な証明者によってその真実性が確認されます。

• 堅牢性：証明された声明が偽である場合、嘘をつく証明者が誠実な検証者をその真実性を信じさせることは不可能であり、たとえ可能であっても、その確率は無視できるほど小さいです。

• ゼロ知識性：声明が真実であると証明された場合、検証者は証明された声明以外の追加情報を得ることはありません。

この問題を深く掘り下げるために、簡単なシナリオを考えてみましょう。

あなたが不動産を購入したいと考えていて、抵当ローンを申請する必要があるとします。あなたは銀行に確認してもらうために提供する必要がある敏感な情報を送信しなければなりませんが、秘密にしておきたいと思っています。また、銀行が検証を完了した後にデータへのアクセス権を保持することを望んでいません。

銀行は、ローン申請を評価するために、さまざまな形式の書類を提供するよう求めます。これには以下が含まれます：

• 身分証明書（運転免許証など）。

• 財務の安定性を保証するための収入証明。

• 雇用主の情報。

• 住居証明。

ゼロ知識技術を採用することで、ローン提供者はこれらの情報を見ずにすべてを検証できます。関連書類は暗号化されたハッシュ値として送信され、その後、ローン提供者はゼロ知識証明スキームを使用してそれを検証できます。この方法を利用することで、ローン提供者は申請者の機密性とプライバシーを危険にさらすことなく、データの正確性を検証できます。さらに、このプログラムは繰り返し可能であり、多くの供給者がそのプライバシーを危険にさらすことなく情報を検証できるようにします。

ZKが暗号分野における重要な革新

暗号通貨にとって、ゼロ知識はゲームチェンジャーとなる重要な技術であり、顕著なプライバシーと圧縮の利点を提供します。プライバシーを確保するために、ZKP（ゼロ知識証明）は数学的技術を使用し、実際のデータを漏らすことなく情報を検証できるようにします。さらに、ZKPはコンパクトな証明の中に大量の情報を格納することによって圧縮の利点を提供します。

この検証に必要なデータ量の削減は効率を向上させ、これはストレージと処理能力が制限されているブロックチェーンアプリケーションにとって特に重要です。この証明は、単一の更新でバッチ取引や状態変化を検証するために使用できます。これらのアプリケーションにZKPを実装することで、敏感な情報の安全性とプライバシーを保護しつつ、検証に必要なデータ量を削減して効率を向上させることができます。

ZKが業界の潜在能力を解放する

ZKが重要な課題を解決する潜在能力は、暗号通貨の成長と広範な採用にとって重要です。いくつかの問題とそれが業界の発展に与える影響を詳しく見てみましょう。

相互運用性のセキュリティ問題：迅速なDeFiの世界では、相互運用性はシームレスな取引と効率的な取引にとって重要です。一方で、現在のソリューションはしばしば深刻な遅延があり、遅延したり信頼性のない取引を引き起こす可能性があります。トレーダーは迅速かつ効率的に注文を出す必要があるため、遅延はユーザー体験に重大な影響を与える可能性があります。

さらに、現在のソリューションは十分なセキュリティ対策を欠いている可能性があり、大規模なネットワーク攻撃や他のタイプの脆弱性攻撃に対して脆弱です。これらの問題を解決するために、新しいソリューションは低遅延、高セキュリティ、分散型の特性を提供し、トレーダーがDeFiエコシステム内で自信を持って操作できるようにする必要があります。

スケーラビリティの問題：暗号通貨がその潜在能力を最大限に発揮するためには、スケーラビリティは解決すべき基本的な問題です。現在、最も速いブロックチェーンは1秒あたり数百件の取引しか処理できません。これは、世界規模に達し数億人を引き付けるために必要なスケーラビリティとは大きく異なります。スケーラビリティは、1秒あたりの取引数だけでなく、アクセスパターンによっても定義されます。人々がインターネットを使用するように暗号通貨を使用したい場合、より大きなスケーラビリティが必要です。

プライバシーの問題：暗号業界の多くの人々は、自分のプライバシーを心配しています。現在、分散型金融（DeFi）で行われているすべてのことは明らかに見えるため、基本的なプライバシー規範に違反しています。人々は安全で秘密の方法で取引を行いたいと考えていますが、DeFiの既存の透明性はこの願望を非常に困難にしています。課題は、プライバシーを保証しつつ、DeFiが正常に機能するために必要な可聴性を維持する技術を見つけることです。

現在のZKソリューション

以下は、さまざまな問題を解決するためにZKをどのように適用するかのいくつかの例です：

ZKブリッジ：ZKブリッジは、ブロックチェーン間の資産移転に対する私たちの見方を変えています。これらのブリッジはzk-SNARKs技術を採用し、中央委員会を必要とせずに複数のブロックチェーンネットワーク間でデータや資産を効率的に転送できるようにします。これらのシステムでは、特定の状態変化が別のブロックチェーンで発生したことを迅速に示すために証明プログラムを使用します。

このブロックチェーンは、別のブロックチェーン上の最新ブロックの要約を保持し、新しいブロックを同期するためにzk-SNARKを作成して送信できます。このzk-SNARKは、別のブロックチェーンのtipが以前の状態から現在の状態に進んだことを検証します。ZKブリッジは未来への一歩でもあり、将来的にはブロックチェーンがより相互運用性を持ち、シームレスに協力できるようになります。

zk-EVM：ゼロ知識EVM（zkEVM）は、Ethereumスマートコントラクトを実行する仮想マシンであり、ゼロ知識証明を使用してその正確性を保証します。これは、オフチェーン計算とストレージを通じてネットワークスループットを向上させるEthereumのゼロ知識ロールアップ拡張ソリューションの一部です。zkEVMは、バイトコード（bytecode）へのアクセス、読み書き操作、および計算が正しく実行されることを保証するための証明を生成します。

それは、実行エンジン、証明生成、証明検証の3つの部分で構成されています。zkEVMは重要であり、ゼロ知識証明を通じて実行の正確性をチェックし、機密情報を保護することができるため、Ethereumスマートコントラクトにプライバシーとセキュリティを提供します。これにより、DeFi、ヘルスケア、サプライチェーンなどの分野で安全でプライバシー重視の分散型アプリケーション（dApp）を作成することが可能になります。

認証：認証は多くのオンラインサービスやアプリケーションの重要な要素ですが、従来の技術は通常、個人情報を開示する必要があります。ZK証明を使用して個人の身元を確認することで、ZK技術は新しい、より安全な認証方法を提供します。これは、既存のプログラムに対してよりプライバシー重視の代替手段を提供し、安全なオンライン取引の新しい道を開きます。ZKに基づく認証システムは、特にプライバシーとセキュリティに関心のある組織や消費者にとって有利であり、オンラインバンキングや電子商取引などの業界を根本的に変える可能性があります。

ZK DEX：ゼロ知識分散型取引所（ZK DEX）は、新しい、明るい未来を持つ分散型取引所であり、ゼロ知識証明技術を使用して、ユーザーが完全にプライバシーを保護した方法で暗号通貨やその他のデジタル資産を取引できるようにします。従来の分散型取引所（誰でも公共の台帳にアクセスし監視できる）とは異なり、ZK DEXはユーザーが匿名で取引できるようにし、自分自身や取引に関する敏感な情報を漏らすことはありません。

このプライバシー保護機能は、ZKアルゴリズムによって実現されており、ユーザーは追加情報を開示することなく取引の有効性を証明でき、先行取引などの問題を軽減するのに役立ちます。プライバシーとセキュリティの利点に加えて、ZK DEXは、より効率的な注文マッチングと決済をサポートするため、スケーラビリティとスループットを向上させる潜在能力を提供します。したがって、ZK DEXは、分散型取引の安全性とプライバシー、中央集権的取引の効率と速度の両方を提供する有望な代替手段と見なされています。

エキサイティングなインフラ/推進者

現在のゼロ知識技術の急成長を考えると、さまざまな業界や分野のさまざまな課題を解決するために、いくつかの革新的なプロジェクトが開発されています。これらのプロジェクトには、新しい第二層（L2）ソリューション、プライベートウォレット、ZKに基づくクロスチェーン資産移転、プライバシー重視の取引などが含まれ、ゼロ知識暗号学を利用して敏感な情報の安全で秘密の検証を実現しています。いくつかの例を見てみましょう：

Zcash：Zcashは、プライバシーに焦点を当てた分散型の支払いネットワークであり、ゼロ知識証明（ZKP）を使用して公共のブロックチェーン上で安全に匿名で取引を送信します。この暗号化メカニズムにより、双方は基盤となるデータを開示することなく情報を検証でき、Zcashユーザーは財務のプライバシーを保護できます。ネットワークは、透明なt-アドレス（ブロックチェーン上で監視可能）と、完全に暗号化され追跡不可能なz-アドレスの2種類のアドレスを提供します。ユーザーはz-アドレスを使用することで、取引が完全にプライベートであることを保証でき、これによりZcashは最も安全で機密性の高い暗号通貨の1つとなっています。

時間が経つにつれて、このネットワークは進化し、Halo ZKPなどの機能や、シールド優先のZcashウォレットを導入し、ますます多くの機関の支持を集めています。ZKPの創造的な使用により、Zcashはプライバシーコインのリーダーとなり、金融プライバシーを重視するユーザーの間で忠実なファンを持っています。

StarkWare：StarkWareはPanteraの投資ポートフォリオ企業で、2018年に設立され、ブロックチェーンのスケーラビリティとプライバシーを向上させることを目的としています。そのフラッグシップ製品であるStarkNetとStarkExは、zk-STARK証明技術の力を利用して、現在のブロックチェーンシステムの課題を解決することを目指しています。StarkNetは、Ethereumに基づく分散型ZKロールアップであり、ZK-STARK証明方法を使用してオフチェーン取引を確認し、Ethereumネットワークの計算負荷を軽減します。

一方、StarkExはStarkNetの中央集権型バージョンで、DeFi取引アプリケーションのために特別に作成されました。これは大成功を収め、69.6億ドルの総価値をロックし、6350億ドルの累積取引額を達成し、6050万件のNFTを発行しました。共有証明者（Shared Prover）技術により、StarkNetとStarkExはzk-rollupを利用し、STARK証明によって駆動され、低コストの取引を実行できるようにします。さらに、StarkWareの暗号学的証明は、ゼロ知識、透明性、シンプルさ、後量子セキュリティを提供し、強力なブロックチェーンの選択肢となっています。

StarkWareの創設者Eli Ben-Sassonは、著名な計算機科学の教授であり、STARK証明の共同発明者です。彼はまた、Z Cashに重要な貢献をし、StarkWareチームの専門性を高めました。このプロジェクトは、Uniswap V3をプラットフォームに統合し、Ethereumのスケーラビリティを実現する重要なステップを踏み、既存のブロックチェーンシステムが直面しているいくつかの基本的な課題を解決しています。

Braavos：BraavosはPanteraの投資ポートフォリオ企業で、StarkNet（第二層ZKロールアップ）に基づく完全な暗号資産管理ソリューションです。これは、スマートコントラクトに基づくウォレットを提供し、安全性とユーザー体験機能を向上させます。ウォレットは、アプリケーションとオンチェーンアカウントスマートコントラクト、すなわちアカウント抽象から構成されています。これにより、取引が処理される前に任意のロジックを適用できるため、安全性が向上し、ユーザー体験が改善されます。

アカウント抽象は、マルチコール、マルチファクター認証、アカウント分割、ペイマスターなどの機能をサポートします。内蔵のハードウェアサイナーは、アカウント抽象と生体認証を利用してウォレットを保護し、盗難を防ぎます。これにより、専用のハードウェアウォレットはすべての実用的なユースケースにおいて時代遅れとなります。これらの機能と高度なセキュリティ対策により、Braavosは暗号通貨の独立性を制御したいと考えるすべての人が簡単に安心して暗号通貨を使用できるようにすることを目指しています。

Succinct Labs：Succinct Labsは、信頼を必要としない相互運用性ソリューションを開発しており、オンチェーンの軽量クライアントとzk-SNARK技術を使用してEthereumとGnosisチェーンを安全に接続します。この会社は、許可のない相互運用性の未来を実現することに取り組んでおり、コンセンサス証明を利用して信頼を最小限に抑えたクロスチェーンブリッジを作成しました。このプロトコルは、ターゲットチェーンの実行環境でソースチェーンのコンセンサスを検証するためにオンチェーンの軽量クライアントを使用し、これらのクライアントは通信チェーンのブロックヘッダーを追跡し、基盤となるL1チェーンのコンセンサスが提供する経済的セキュリティに依存し、追加の信頼仮定を行いません。

Brine：BrineはPanteraの投資ポートフォリオ企業で、暗号通貨トレーダーと投資家に完全なソリューションを提供するユニークなDeFiプラットフォームです。これは、リスクなし、ガスなし、迅速かつ低コストの環境で、取引、DeFi、現物取引の多くの利点を組み合わせています。この技術は、信頼、コスト、速度、体験、流動性の間のトレードオフを排除し、よりシームレスなユーザー体験を提供します。Brineは、この技術のスケーラビリティ、安全性、信頼性から恩恵を受けており、Starkwareの強力で安全なインフラストラクチャの上に構築されています。

このプラットフォームのマッチングエンジンの容量は600,000 tpsであり、高容量の取引を処理し、即時の注文実行を提供します。これにより、高速取引のための優れた手段となります。これは、暗号通貨資産の購入と販売のための透明で秩序ある市場を提供する注文ベースのプラットフォームです。Brineは、暗号通貨トレーダーと投資家に対して、取引価格がわずか0.1%で、ガス費用がない合理的な代替手段を提供します。さらに、このプラットフォームのクロスチェーン機能により、トレーダーは1つのダッシュボードから資金を管理でき、投資ポートフォリオをより簡単に管理し、賢明な取引決定を下すことができます。Starkware技術の追加の安全性と信頼性により、BrineはDeFi分野の顕著な競争相手として位置付けられています。

Axiom：暗号のプログラマビリティに関する新たな進展により、信頼を必要としない計算が実現されましたが、スマートコントラクト開発者にとっては依然として障害が存在します。Axiomは、スマートコントラクトを通じてすべてのオンチェーンデータにアクセスを提供し、三段階のプロセス（読み取り、計算、検証）を通じて複雑な計算を行うことでこの問題を解決します。

これにより、ZKで検証された出力が生成され、任意の下流のスマートコントラクトで使用できるようになり、より表現力豊かで信頼性の高い分散型アプリケーションが生まれます。これには、分散型アイデンティティ、信頼を必要としない会計、安全な投票など、多くの潜在的なアプリケーションがあります。スマートコントラクトがすべてのオンチェーンデータにアクセスでき、任意の計算を実行できるようになることで、Axiomはブロックチェーンのスケーラビリティを根本的に変え、将来の堅牢で信頼性の高い分散型アプリケーションの道を開いています。

Mina：Mina ProtocolはPanteraの投資ポートフォリオ企業で、O(1) Labsが開発したブロックチェーンネットワークであり、安全性、アクセス可能性、分散型を強調しています。他のブロックチェーンとは異なり、Minaは「軽量」インフラストラクチャを採用し、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサスとzk-SNARKsを使用してネットワークコンセンサスに必要な計算能力を削減します。

zk-SNARKsはブロックチェーンの要約として使用され、ブロックチェーンの有効性に基づくメタデータの証明を含むため、より小さなデータを処理でき、より民主的で分散型のネットワークを促進します。Mina Protocolの小さなデータセットは、ユーザーがブロックチェーン全体を表示し検証できるようにし、分散型アプリケーション（dApps）とも互換性があり、snark互換のアプリケーションや「Snapps」がさまざまなチェーンからのデータを使用できるようにし、ユーザー情報を漏らすことはありません。革新的な技術により、Minaプロトコルは分散型金融（DeFi）分野の重要な競争相手となり、現実世界のデータをブロックチェーンに安全に持ち込み、さまざまな業界を根本的に変える機会を創出しています。

結論

ゼロ知識証明技術の発展は、ブロックチェーンビジネスにおいて重要な進展を促進しています。このシステムは、ブロックチェーンが直面しているいくつかの最も差し迫った問題、すなわちスケーラビリティ、プライバシー、安全性の問題を解決します。ZKの適用により、Ethereumネットワークはより多くの取引を処理でき、ユーザーデータは暗号化によって保護されます。この技術の継続的な改善は、ブロックチェーンの未来に大きな希望をもたらし、さまざまな業界に安全で効率的なソリューションを提供することで、各業界を変革することが期待されています。時間が経つにつれて、ZK技術がブロックチェーンエコシステムにどのように影響を与え、形成していくのかを目撃することは興味深いことです。