ゼロ知識とFilecoinネットワーク

最近、Protocol Labs研究チームは、「zk-SNARKs for the World」というサイトを公開しました。このサイトでは、Filecoinネットワークにゼロ知識暗号を実装するために行われた作業を紹介しています。3年前から行われているこの取り組みにより、Filecoinは現在までに最大規模のzk-SNARKを導入したネットワークとなり、1日あたり600~700万のzkプルーフを生成しています。(ゼロの知識とFilecoinのストレージ検証プロセスに追いつくには?Protoschoolの「Verifying Storage on Filecoin」チュートリアルをご覧ください)。)

 

Filecoinネットワークにおけるzk-SNARKの価値

Filecoinネットワーク上のストレージ・プロバイダーがクライアントにサービスを提供し続ける(そしてその過程でブロック報酬を獲得する)ためには、彼らが約束したデータをオンチェーンで保管し続けていることを定期的に証明しなければなりません。ゼロ知識証明の関係で考えると、これらのストレージプロバイダーは証明者となります。

一方、フルノードは、Filecoinネットワーク全体のコンセンサスを維持する役割を担っています。これらのノードは、データが無視されたり破壊されたりすることなく保存、維持、保護されていることを保証したいと考えています。これらの検証者は、データが保存されていることをストレージプロバイダーが証明することに満足しなければなりません。そのためには、データが入れ替わるたびに、ストレージ・プロバイダーとノードとの間で何らかの通信を行う必要があります。

ブロックごとに、このプロセスはリソースを必要とします(というか、必要になるでしょう)。個々のストレージ・プロバイダーがストレージを確認するために今日証明しなければならないデータ量は膨大であり、時間とともに増加する一方です。Filecoinのネットワークでは、ブロックタイムが30秒となっています。このブロックタイムを維持し、スケーラブルな方法を可能にするために、ネットワークは迅速で効率的、かつ堅牢な検証を可能にするソリューションを必要としています。

そこでzk-SNARKsの登場です。

Filecoinネットワークにとってzk-SNARKsは、Filecoinの30秒のブロックタイムを維持するために重要な、当事者がストレージを検証するために必要な時間を大幅に短縮することで、ネットワーク全体のスケーラビリティと効率を向上させます。

ストレージプロバイダーにとっては、zk-SNARKsによって、ストレージを証明するために転送する必要のあるデータ量が減り、ネットワークへのサービス運用に関連するコストが削減されます。

 

zk-SNARKsの活動

Filecoinでストレージを検証するには、Proof of Replication(PoRep)とProof of Spacetime(PoSt)の2つの証明が必要です。PoRepでは、ストレージプロバイダーが、データや情報のユニークなコピーを保存していることを証明します。PoRepは、顧客とストレージプロバイダーの間で最初のストレージ取引が行われ、データがマイナーによって最初に保存されるときに、一階だけ発生します。連鎖する各PoRepには10個の個別のSNARKが含まれており、これらを組み合わせることで、プロセスが確率的なチャレンジによって正しく行われたことが証明されます。

一方、PoStは、ストレージプロバイダーが元のデータを操作や破損することなく長期にわたって保存し続けていることを証明する役割を果たします。ストレージプロバイダーは、顧客のためにデータを保存することに最初に同意する際、FILという形で担保を置かなければなりません。契約期間中にPoStの証明ができなかった場合、ペナルティが課せられ、差し入れられたFIL担保の全部または一部を失う可能性があります。

証明者と検証者が、データが適切な方法で保存され維持されていることに同意するオンチェーンインタラクションの結果が証明になります。前述したように、これらの証明を小さく効率的に行うためのソリューションがなければ、ネットワークの帯域を膨大に消費し、ストレージプロバイダーとマイナーの両方に高い運用コストをもたらしてしまいます。しかし、zk-SNARKを使用して証明を生成することで、結果的に証明は減り、検証プロセスは非常に高速(つまり安価)になります。例えば、通常であれば数百キロバイトの検証が必要な証明も、zk-SNARKsを使えばわずか192バイトにまで圧縮できます。前述の通り、各PoRepには10個のSNARKが含まれており、それぞれ1920バイト(10*192バイト)ということになります。

 

Filecoinにおけるzkの過去(と未来)について

Filecoinネットワークのzk-SNARKsの使用は、10月のローンチ以来、メインネット上でライブで行われています。

ゼロ知識は長い間、Filecoinネットワークの一部でしたが、今後もネットワークの進化には欠かせないものです。より多くのデータがFilecoin上に保存、維持、アクセスされるようになると、エコシステムは検証のための効率的で費用対効果の高い、安全なソリューションを提供し続ける必要があります。ゼロ知識は、セキュリティ、信頼、信用を損なうことなく、複雑な検証プロセスを数分の一に減らすことができ、Filecoinネットワークにとって画期的なものです。

Protocol Labsの研究チームは、Filecoinネットワークのゼロ知識に長年取り組んできました。彼らの研究は、ネットワークの重要な効率化ソリューションをもたらしました。新しい証明システムが登場しても、チームはFilecoinネットワークの将来のために最も効果的なソリューションを導入し続けます。

zk-SNARKs for the Worldのサイトにアクセスして、Filecoinのゼロ知識をより深く理解してください。


本ブログは、www.filecoin.io/blog からの翻訳となります。

ソース: https://filecoin.io/blog/posts/zero-knowledge-and-the-filecoin-network/

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