イーサリアムのプライバシー保護技術を理解するための記事
編集者注: この記事は以下から引用しましたイーサリアム愛好家 (ID: ethfans)編集者注: この記事は以下から引用しました
イーサリアム愛好家 (ID: ethfans)
イーサリアム愛好家 (ID: ethfans)
、著者: Dean Pierce (ConsenSys デュー デリジェンス部門)、Robert Drost (ConsenSys R&D 部門)、Mason Nystrom (ConsenSys)、翻訳および校正: Zeng Mi & A Jian、Odaily の許可を得て転載。
ますますつながりが増し、私たちの情報が記録、コピー、配布、販売される割合が増加している世界では、私たちが期待するプライバシーのレベルを維持することは簡単なことではありません。
ほとんどのことは白か黒かがわかりません。プライバシーも例外ではなく、完全に公開されているものから完全にプライベートなものまで多岐にわたります。したがって、プライバシーについて語るときは、まず次の 3 つの問題を明確にする必要があります。
人々はプライバシーのために喜んでお金を払いますか?
パブリック チェーン上でプライベート トランザクションに到達する場合のトレードオフは何ですか?
このペーパーの目的は、パブリック ブロックチェーンにおける実際のプライバシーのニーズを単純に調査し、抽象的なレベルでプライバシー ソリューションを実装する際のトレードオフを探ることです。
最初のレベルのタイトル
質問 1: プライバシーはどの程度重要ですか?
匿名性 (またはアイデンティティ プライバシー) はプライバシーの一形態です。パブリック ブロックチェーンの文脈では、匿名性とは、参加者が ID 情報 (自分自身や過去の取引に関連する) を明らかにすることなく取引 (交換通貨、トークン、データなど) を実行できることを意味します。これはプライバシーの 1 つの側面にすぎませんが、ブロックチェーンが進化するにつれて、その重要性もますます高まっています。
企業とユーザーはプライバシーに対するまったく異なる要求を持っています。企業は多くの場合、特に製品名、数量、価格、住所、個人を特定できる財務情報などの取引データのプライバシーを保護したいと考えています。
ネットワーク参加者の身元が公開されることはよくありますが、相手の身元に応じてどこまでの情報を公開するかを決定する必要もあります。たとえば、貨物運送業者は、コンテナの中に何が入っているかを知る必要はなく、コンテナがいつ到着するかだけを知る必要があるかもしれません。銀行制度も取引データへのアクセスを制限しています。イーサリアム上でプライバシー ソリューションを開発したい企業向けに、アーンスト アンド ヤング (アーンスト アンド ヤング) は zk-snarks テクノロジーを使用して、イーサリアム上でプライベート トランザクションのイブニング (ナイトフォール) プロトコルを実現しています。 (JP モルガン チェース (JP モルガン)) 匿名イーサリアムQuorum (翻訳者注: Quorum はイーサリアム上に構築されたオープンソースのブロックチェーン プラットフォームです) 上で開発された (Anonymous-Zether) は、優れた学習サンプルです。
企業は多くの場合、プライバシーに対して強いビジネス ニーズやコンプライアンス ニーズを持っていますが、対照的に、ユーザーはプライバシーへの懸念や保護意識が常に欠けています。それでも、ユーザーは自分の ID、クレジット カード情報、その他の機密データを ID の盗難や詐欺から保護したいと考えています。場合によっては、ユーザーが匿名での取引を希望する場合がありますが、その場合は取引の両当事者にプライバシー保護が必要になります。残念なことに、私たちの日常生活ではプライバシーが自然に存在せず、ほとんどの人が利便性や無料の権利と引き換えにプライバシーを犠牲にすることをいとわない（Cookieの受け入れ、無料Wi-Fiの使用、インターネット記録の追跡など）。
最初のレベルのタイトル
コミュニケーションの文脈でプライバシーについてよく話すとき、それは参加者間で送信される内容を保護することを意味します。実際、これに加えて、プライバシーは通信チャネルと基本的なネットワーク層の広範な構築にも使用されます。この構造は、公開キー暗号化から、エンドツーエンドのセキュア ネットワーク/トランスポート層プロトコル (IPSec v2、SSL) の生成に使用される他のキー交換メカニズムへの進化の中で見られます。さらに、このような構造の存在により、DNS ルックアップと Tor ベースのリレーを安全に使用できるようになります。共通標準の分野ではかなりの量の学術研究が行われており、その結果はデータ送信におけるプライバシーと機密性を維持するために企業によって使用されてきました。ただし、これらの技術の多くは小売ユーザーの技術スタックですでに見つかっています。独自の適用可能なシナリオにより、エンド ユーザーに利益をもたらします。
ブロックチェーン分野に焦点を当てましょう。Zcash が誕生してから 3 年近くが経ちますが、SNARK テクノロジーを使用して保存されているのは既存の ZEC の 5% だけです (そして、そのうちのほぼ半分が SNARK テクノロジーの古いバージョンを使用しています)。 ZEC の約 95% は、プライバシーがまったくない透過的なアドレスに保存されます。この現象から、おそらくほとんどのユーザーがプライバシーにお金を払う必要性を認識していないのではないかと推測できます。
最初のレベルのタイトル
質問 3: プライバシーのトレードオフ
3 番目の質問はより技術的なものであり、イーサリアム上でプライバシーを保護する方法と、関連するさまざまなメカニズムのトレードオフについて、より詳細な研究を行う必要があります。ブロックチェーン ネットワークがスケーラビリティと分散化の間でトレードオフを行う必要があるのと同様に、プライバシー メカニズムとテクノロジー自体も同様です。まず、他のプライバシー重視のブロックチェーンが実装しているプライバシー ソリューションを調べてから、イーサリアムに関するいくつかのプライバシー ソリューションについて説明しましょう。
副題
プライバシーを重視した他のブロックチェーン (Monero と Zcash) からの教訓
2017 年には、RingCT の導入により、トランザクション データを隠蔽するリング署名の機能が大幅に向上し、RingCT はゼロ知識範囲証明を使用して、同時にバッチ処理できる署名の種類を強化しました。同時に、RingCT の導入により、最小混合要件も強制され、Monero の以前のバージョンを悩ませていたリンク可能性攻撃が軽減されます。しかし、金はなく、リング署名は完璧な解決策ではなく、主な問題の 1 つは、Monero ブロックチェーンを保存するために多くのディスク容量を必要とすることです。さらに、リング署名は大規模なグループには対応しておらず、現在は 1 グループあたりの参加者が 10 ～ 15 人に制限されています。
2018 年後半に、Monero ブロックチェーンに「Bulletproofs」が導入されました。これは、リング内の署名の数を対数的にスケールできるようにするエキサイティングな新しいゼロ知識構造で、ストレージに必要な交換の数を削減します。この改善により、Monero は他のブロックチェーン プロジェクトに追いつくことができました。
ゼロ知識証明といえば、Zcash はカニを食べる最初のプロジェクトであり、zkSNARK テクノロジーを初めて採用しました。このテクノロジーを使用すると、ユーザーは受信者のみに表示される純粋にプライベートなトランザクションを送信できます。外部の観察者にとって、プライベート アドレスに送信された ZEC は、受信者が ZEC を非プライベート アドレス (標準的なビットコイン アドレスとほぼ同じ) に転送したい場合、巨大な暗号化ブラック ボックスの中に消えてしまうように見えます。同じ）、最初は消えていたZECがどこからともなく現れたかのように見え、観察者は送信者と受信者の間のつながりを見ることは決してありません。ただし、ゼロ知識証明にはより多くのコンピューティング リソースが必要となり、トランザクションのコストが高くなることに注意する必要があります。
代替可能性に対する脅威
イーサリアム ネットワーク上のトランザクションは疑似匿名性を持ちます (つまり、トランザクションのアドレスは、ユーザー名/パスワードではなく、ユーザーが保持する秘密鍵に対応する公開鍵に関連付けられます)。その分散型かつ透過的な機能により、多くの新しいテクノロジーがその才能を発揮できます。
ただし、ビットコインと同様に、Fungibility（「代替性」とも呼ばれ、ECR-20トークンとETHは同種の資産とみなすことができます）などのデジタル資産を移転するためにそのような技術が使用される場合、ユーザーがそのことについてまったく知らない場合、彼らが共有している情報の幅広さにより、彼らの身元は知らないうちにイーサリアムによって暴露される可能性があります。公開キーと秘密キーに対応する実際のアイデンティティが暴露されると、プライバシーのセキュリティが深刻に脅かされます。ビットコインやイーサリアムなどのブロックチェーンのオープン性を考慮すると、トランザクションにネイティブのトランザクション フレームワークを単純に使用すると、同種の資産であっても、すべての資産の転送追跡はブレッドクラムと同じくらい簡単に残され、追跡されます。
プライバシー保護のためのアドレス生成方法
プライバシー技術が進歩し続けるにつれて、より多くの複雑な脅威モデルが考慮されるようになりました。 2012 年、BIP32 は階層決定キー (階層決定キー) を導入しました。これにより、ニーモニックのセットを使用して、無限の数の「真新しい」ビットコイン アドレスを生成できるようになります。これは、ユーザーがお金を受け取るたびに新しいアドレスを生成でき、これらのアドレスはすべてウォレット間で簡単にインポートおよびエクスポートできることを意味します。
イーサリアムにも同じ機能がありますが、新しく生成されたアドレスがスマート コントラクトと対話したい場合は、アドレス内のイーサリアムがガス料金を支払うのに十分であることを確認する必要があります。しかし、イーサリアム上に構築された多くのシステムが、ユーザーの現実世界のアイデンティティをさまざまな方法でアドレスにリンクしているという事実によって、問題はさらに複雑になります。イーサリアム アドレスに関連付けられた大量のメタデータが追加されるため、イーサリアムは匿名化攻撃に対して特に脆弱になります。幸いなことに、一部のスマート コントラクト機能はイーサリアムをそのような脅威にさらす可能性がありますが、スマート コントラクトは最先端の暗号化システムによっても使用され、ユーザーに安全でシームレスなプライベート トランザクションを提供することができます。
ゼロ知識スキームと信頼できる初期セットアップ (信頼できるセットアップ)
多くのゼロ知識シナリオでは、「信頼できる初期セットアップ」が必要です。これは、スキーム全体が特別な乱数の生成に依存していることを意味し、これらの乱数を知っている人は誰でも内部動作を洞察することができますが、これは非常に信頼性の低いプロトタイプのように聞こえます...心配の問題を部分的に軽減するために、構造の信頼性を確保するために、複雑な乱数生成プロセスが導入されました。このプロセスでは通常、数人の誠実なコミュニティ メンバーが独自のプライベート ランダム データを独立して生成し、これらのデータを特定の方法で組み合わせる必要があります。メンバーのいずれかが TA のランダム データを削除する限り、最終的に計算されたデータは安全です。したがって、参加者全員が共謀しない限り、関連するスキームは危険にさらされません。
Monero で使用される Bullet Proof は信頼できるセットアップを必要としませんが、Zcash に実装された zkSNARK は必要であることに注意してください。 Zcash の信頼できるセットアップ プロセスのドキュメントは、今や有名になった RadioLab の記事で確認できます。対照的に、STARK は信頼できる設定を必要とせず、特別な数値ではなくハッシュ関数の選択を「設定」として使用します。永続的な Tau の Powers of Tau マルチパーティ計算プロセスなど、さまざまな形式の信頼できるセットアップ プロセスが提案されています。
副題
ゼロ知識ノート (ZK-Notes)
ゼロ知識は、チケットの所有者が「joinSplit」操作を実行することを決定したときに魔法のように機能します。チケットの所有者は、管理する任意の数のチケットを取得し、必ずしも他の請求書に属さない一連の出力を作成できます。 。これを上記のステルス アドレス技術と組み合わせることで、作成された新しいチケットのそれぞれを完全に新しいイーサリアム アドレス (イーサリアム ネットワーク上で一度も使用されたことのないアドレス) に割り当てることができます。
一般的な使用シナリオを見てみましょう。「ゼロ知識資産」コントラクトは、ERC20 フォーマットと互換性のある任意のトークンに接続できます。ユーザーは、トークンをこのコントラクトにデポジットし、デポジットの証拠としてゼロ知識請求書を取得できます。デポジットを取り戻すには、ZKT を「燃やす」だけです。このメカニズムを導入すると、イーサリアムネットワーク上に存在するあらゆる資産を秘密裏に取引できるようになります。 AZTEC プロトコルで採用されている証明は ZK-Snark よりも使いやすいですが、信頼できるスタートアップ機能は依然として回避できないハードルです。
Aztec は、信頼できる初期セットアップを実現するために他の新しいスキームも使用しています。 PLONK は新しいタイプの効率的な ZK-SNARK 構造であり、一度信頼するだけで、すべてのプログラムでその設定を再利用できます。また、PLONK のガス需要は高くないため、イーサリアム上で実用化するには十分な効率があります。このようなトランザクション機能に基づいて、AZTEC CEO の Tom Pocock 氏は、PLONK はプライバシーを完全に保護する方法で複雑なロジック プログラムを作成できると考えています。
副題
安全なマルチパーティ計算をゼロ知識に導入
このスキームは以前 ZKBoo で使用されており、最近 Ligero に適用されました。安全なマルチパーティ コンピューティング プロトコルを ZK-PCP システム (確率証明を使用する最も初期の ZK システム) に「コンパイル」し、その実装には証明者 (「頭の中」) が安全なマルチパーティ計算プロトコルのコピーを送信すると、検証者は任意の参加者のビュー (ビュー) をランダムに評価できます。率直に言うと、関連するデータ情報を持つ企業が複数の関係者間で分散計算をシミュレートし、評価のランダムな時点で計算のコピーを表示できることを意味します。さらに重要なことは、MPC の使用はプライベート スマート コントラクトの作成に有望であるということです。
ZK-STARK と同様に、MPC ベースの証明には次の利点があります。
透明性 - 乱数の生成は公開情報です
スケーラブル - MPC ベースの証明には (準線形) 証明時間と検証時間があり、バッチ操作での高効率が可能になります。
このような手法を使用する場合、小規模から中規模の「回路」/問題に最適なトレードオフがどのようなものであるかを考慮する必要もあります。これにより、検証者にとって潜在的なスケーラビリティの問題が発生する可能性があります。
副題
ハードウェアの制限
Zcash が最初に zk-SNARK を使用してトランザクションを送信することを提案したとき、トランザクションの生成には数時間かかる可能性があるため、非表示のトランザクションの生成に必要な計算リソースについて懸念がありました。しかし、それ以来、私たちは大きな進歩を遂げ、現在ではブラウザやモバイル デバイスでも同様のタスクを数秒で実行できるようになりました。
副題
最近コインミキサーが注目を集めています。 5月に戻って、Vitalikはイーサリアムネットワーク上の次のコインミキサー設計の動機と概要を説明する記事を公開しました。
ウォレットや個人がネイティブのプライベートトランザクションを実行したい場合、イーサリアムミキサーが便利です。イーサリアムのトレーサビリティにより、悪者は特定のトランザクションを追跡することで、その背後にあるウォレットやアカウントなどの情報を入手する機会が与えられます。通貨ミキサーはイーサコインを交換することで匿名取引を実現します。
画像の説明
～イーサリアムミキサーの種類と、ミキサーのGitHubステータスからそれぞれの計算やガスコストを確認～
アプリケーション層の独立したミキサーは、ユーザーのプライバシーを 100% 保証することはできず、確率的な保証しか提供できません。ただし、個人やビジネスのニーズの大部分には十分です。
副題
ガス代は誰が払うの？リレーのリスク
最後に、ウォレットのやり取りと操作のセキュリティを考慮することを忘れないでください。ウォレットのデフォルト設定は、ユーザーのプライバシーを保護するのに十分な安全性を備えている必要がありますが、ユーザーが使い始めるのにそれほど面倒ではない必要があり、これをどのように実現するかについては、現在も鋭意検討中です。これらのミキサー スキームはすべて、必要なプライバシー保護を得るために多数の参加者を必要とするため、ツールは大衆がアクセスできる必要がありますが、近道は重大なプライバシー侵害を引き起こす可能性があります。非常に単純な例を見てみましょう. ユーザーがコインミキサーでいくつかのイーサを混合し、プライバシー保護のためにそれらの一部を使用します. しばらくすると、どのウォレットがプライベートトランザクションを送信したか忘れてしまい、ウォレットに残っているイーサを転送します一度、プライベートトランザクションをそのアイデンティティに直接関係するパブリックアドレスに送り返しました...完全な失敗です:(
未来を見据えて
上記の技術やこの分野で取り組んでいる他の多くの技術から、イーサリアム上のプライバシー技術がますます注目を集めていることが容易にわかり、これらの開発は近いうちに大規模に推進される可能性があります。パブリックチェーン上でプライバシーを実現することは矛盾しているように思えるかもしれませんが、ゼロ知識やその他のプライバシー技術により、さまざまな最先端の新しい遊び方が可能になります。同時に、これらのソリューションを使用すると、ユーザーは財務上のプライバシーについて心配する必要がなくなります。
最初のレベルのタイトル
未来を見据えてこの記事はイーサリアム上のすべてのプライバシー ソリューションの完全な概要を提供するものではありませんが、企業とユーザーのプライバシーを実現するためのさまざまな方法を検討します。自由をもたらす検閲に強いテクノロジーは、暗号通貨エコシステムの非常に多くのプロジェクトにインスピレーションを与えてきました。暗号ネイティブの世界を構築するには、匿名で取引できるか、個人情報を保護できることが重要です。プライバシーを保護するための特効薬はありませんが、特定の使用例にプライバシーを提供するための方法やメカニズムは数多くあります。
したがって、私たちはイーサリアム上のプライバシー ソリューションの研究と評価を継続して、そのようなテクノロジーの教育と開発の促進に役立てています。将来的には、特定のプライバシー ソリューションに関する記事、さまざまなプライバシー テクノロジを説明するレポート、現在プライバシー ソリューションを構築しているプロジェクトや企業のより詳細な分析など、当社のさまざまなコンテンツも提供される予定です。
