要約

• 現在のZKの景観は、大きく2つの主要な基準に基づいて広く分類することができます。最初の基準は、それがアプリケーションとして機能するか、インフラストラクチャとして機能するかどうかです。2番目は、プライバシーを優先するか、より良いユーティリティとスケーラビリティに焦点を当てるかです。
• その中でも、ZKアプリケーション(ZKApps)は、ゼロ知識証明を活用してプライバシーと実用性を強化するアプリケーションです。ZKAppsは、特に資格、支払い、さらには生物医学工学などの分野で私たちの生活に利益をもたらすことができます。
• 投資傾向とオンチェーンデータからは、ゼロ知識証明（ZKP）の需要が急増していることがわかり、小売側も関連アプリケーションを受け入れ始めていることが示されています。
• ZKAppsは、暗号プルーフシステムや分散型プルーフインフラストラクチャの技術的な進歩により、より実用的で実現可能になりました。これらの進歩により、ZKPの生成および検証プロセスの障壁が低くなり、より多くの人々がZKAppsを利用できるようになりました。

1. イントロダクション

なぜ今、ZKAppsに注意を払う必要があるのでしょうか？

ブロックチェーンとWeb3業界におけるゼロ知識（ZK）テクノロジーに対する期待は数年にわたり続いており、2024年下半期にも続いています。Vitalik Buterin述べた「インフラストラクチャのさらなる開発とプルーバの最適化が必要とされますが、ZKは10年以内に明らかな最終段階となるでしょう」と述べられています。ZKは、業界関係者からは、セキュリティ、スケーラビリティ、および分散性のバランスを保ちつつ、そのどれも犠牲にせずに解決するための有望な技術として一目置かれています。

このハイプの波に乗って、多くの投資家は、自分の技術的な専門知識に関係なく、SNARKs、STARKs、KZGなどの用語を聞いたことがあるかもしれません。これらは技術的に複雑な分野であり、特にEthereumコミュニティ内で研究および開発が進められています。ただし、消費者の視点からすると、不可避的に1つの根本的な問題が生じます。「ZKは素晴らしい技術だと理解していますが、それを活用したクールな製品をいつ実際に使えるようになるのか？そして、その技術は既存の非Web3ソリューションを置き換えるには十分に成熟しているのでしょうか？」

たった数年前までは、この質問に対する答えは「まだできないし、わからない」となっていました。Vitalikが述べたように、クライアント側でZKAppsを実際に実行するために必要なインフラストラクチャや暗号証明技術はまだ不足しており、その開発は困難でした。しかし、2024年現在では、まだ改善の余地はあるものの、重要な技術的進展がなされ、ZKAppsの商業化の可能性が芽生えています。したがって、私たちは今、ZK技術が本当に必要な領域を特定し、それを活用して生活の質を実際に改善する方法を考える必要があります。投資家の視点から見れば、将来広く採用されるであろうZKAppsのカテゴリを研究することは、有望な新たな機会を提供するかもしれません。

Presto ResearchとOcular VCによるこの共同ZKリサーチでは、マーケティングトレンド分析と両リサーチグループの最新技術の洞察を活用し、ZKApp業界の概要と展望を提供しています。セクション2では、まず現在のZK導入の景観をカバーし、注目を集めているZKインフラストラクチャとZKAppを強調します。その中で、セクション3では、ZKAppの開発の歴史に焦点を当て、その必要性と実用的な利点について議論します。続くセクション4では、2024年時点のZK業界の投資トレンドとオンチェーンデータ分析を検討し、なぜZKAppsが次の主要なトレンドになりつつあるのかを説明します。最後に、セクション5では、ZKAppsを実用的で主流なトレンドにするためのインフラストラクチャにおける進行中のR&Dの取り組みと技術的な成果について議論します。

2. 現在のZK採用の様相

現在のZKの採用状況は、さまざまな基準によってカテゴリ分けすることができますが、ここでは次のように大まかに分類しています：サービスがインフラストラクチャとして機能するか、アプリケーションとして機能するか、およびゼロ知識の特性を活用してプライバシーを優先するか、要約性の特性を活用してユーティリティを優先するかに基づいています。

図1：現在のZK採用景観

ソース：Ocular VC

2.1. ZKインフラストラクチャ

タイプ1: プライバシーに焦点を当てたインフラストラクチャ

このカテゴリのサービスは主に、ZKシステムのプライバシー問題に対処することを目的としており、多くのZKPプロバイダはまだトランザクションを検査する能力を持っている可能性があり、機密データの露出のリスクがある。言い換えれば、プライバシーリークは、クライアントがトランザクションをZKPプロバイダに提出してZKプルーフを作成するプロセス中にしばしば発生します。したがって、これらのプライバシー重視のインフラストラクチャは、プルーフ提出レイヤー（セクション5.2で詳細説明）および仮想マシン（VM）コンポーネントを通じて提供され、アクセス制御を強化し、エンドツーエンドのデータプライバシーを確保します。代表的な例には、インゴンヤマ、簡潔な、そしてエスプレッソ.

タイプ2：ユーティリティ重視のインフラストラクチャ

ZKテクノロジーは、プライバシーを保護するだけでなく、ZKAppsの有用性を向上させるためにも役立ちます。ZKの有用性を活用する最良の例の1つはZK L2（すなわち、ZK-rollups）です。現在、進行中のZK L2の中でも、エンドツーエンドのトランザクションプライバシーを実際に保証しているインスタンスは非常に少ないことがよく知られています。それにもかかわらず、ZK L2チェーンは、太鼓, zkSync, Intmax, そして ゼコZK技術の簡潔性を活用して、数千件のトランザクションの妥当性を1つのZK証明に統合し、L1に提出することで、ブロックチェーンのスケーラビリティを大幅に向上させることができます。もう1つのユーティリティに焦点を当てたユースケースは、プルーバレイヤーです。プルーバレイヤーとは、弱いデバイスを持つ個人がZKP生成および検証プロセスに参加するのを支援するために、計算能力を提供するエンティティのことです。このサービスは、RiscZero, サイシック, Irreducible、そして整列されたレイヤー現在、この領域で運営しています。

2.2. ZKアプリケーション

タイプ3：プライバシー重視のアプリケーション

プライバシーに重点を置いたアプリケーションは、「ZKアプリケーション」について考えるときに最初に頭に浮かぶユースケースであることがよくあります。このカテゴリのサービスは、主にZKテクノロジーのゼロ知識特性を活用し、他の特性よりもプライバシーを優先するアプリケーションです。本物件は、お客様のプライバシー保護のため、KYC、認証、認証など、機微な個人情報を扱う分野で広く採用されています。現在進行中の注目すべきプロジェクトには、以下のものがありますzkPass, ルミナ、0xKYC, そして zkMe. この風景は、セキュアなウォレットや電子メールなどの領域にも拡大しており、のような例があります。ZKSafeとzkEmail.

タイプ4: ユーティリティに焦点を当てたアプリケーション

ユーティリティ重視のアプリケーションは主にZK L2上で動作しています。現在、DEXや貸出プラットフォームなどのDeFi関連アプリケーションがこの領域を席巻しています。ZK L2はプライバシーを保証するものではありませんが、これらのアプリケーションはZK L2のユーティリティを活用して、DeFiセクターで重要な高速かつ低コストの取引処理を提供しています。現在稼働中の注目すべきアプリケーションには、zkFinance, ZKX, zkEra Finance, zkLend、そしてeZKalibur.

3. ZKApps：起源と進化

3.1. 現代のZKランドスケープへの道

ゼロ知識証明（ZKP）はブロックチェーン業界で革新的なプライバシーとスケーラビリティの進歩を提供する技術として登場し、暗号研究から発展して、理論的な概念から実用的なZKアプリケーション（ZKApps）に変わり、分散型金融（DeFi）、サイバーセキュリティなどの分野の景観を大きく形作っています。

ZKPsの起源

ZKPの概念は、Shafi Goldwasser、Silvio Micali、およびCharles Rackoffによって1985年に初めて導入されました。当初、これは暗号学の理論的な飛躍であり、特定の知識の所有を証明する能力を示すことなくその知識自体を明らかにしないということを示していました。ZKPは、パスワードが関与する認証システムで特に有用であり、それを公開せずに検証を可能にします。特に、CloudflareのようなWebインフラストラクチャ企業は、ベンダーハードウェアを使用した安全なWeb検証のためにZKPメカニズムを採用しています。

ブロックチェーン技術への移行

ZKPのブロックチェーン技術への統合は、その進化において極めて重要な瞬間となりました。アーリーアダプターの1つであるZcashは、エンドツーエンドのトランザクションプライバシーを確保するためにZKコンセプトを決済システムに導入しました。ZKPは、送信者、受信者、または取引金額を明らかにすることなく、トランザクションを検証できます(つまり、送信者が十分な量のコインを持っていて、二重に使用されていない)。このユースケースは、ZKPをブロックチェーンプラットフォームに直接統合する可能性を浮き彫りにし、興味深いアプリケーションを提示しています。

ZKP統合の拡大は、zkSyncやStarknetなどのEthereum L2ソリューションでの初期展開により勢いを増しています。これらのプラットフォームは、ブロックチェーンシステムで一般的なボトルネックである低いTPSレートに対処するためにZKPをスケーリングソリューションとして利用しています。これらのコンテキストでのZKPの成功した実装は、既存のインフラストラクチャを活用し、プライバシーと効率の両方を向上させるより実用的なアプリケーションの開発へのさらなる関心を引き起こしました。

インフラストラクチャが過去数年で統合され、成熟化したことで、人々はZKAppsに注目し始めています。次のセクションで、ZKAppsの詳細と利点について話します。

3.2. ZKAppsの定義と利点

第2節で簡単に紹介したように、私たちはZKAppsを、主にユーザーのプライバシーを保護すること、または効率を向上させることを目的としたトランザクションを生成するためにZKPとZKインフラストラクチャを利用するアプリケーションと定義しています。

プライバシーの側面に焦点を当てると、KYC手続き、遺伝子検査、機密個人データなど、トランザクションデータを公開チェーンに保存したくないアプリケーションには、説得力のあるユースケースが存在します。 ZKPを活用することで、これらのデータを公開せずに安全にローカルデータベースに保存することができますが、グローバルに検証することができます（たとえば、アリスの血液型がBであることを証明したり、ボブが20歳を超えていることを証明したりすることができます）。このアプローチは、プライバシーに敏感なアプリケーションにとって特に有利であり、透明性と説明責任も必要な場合があります。このトピックに取り組んでいるプロジェクトには、Gate.ioなどがあります。zkPass、nuAuth, そして BioSnark.

ブータンは、インドと中国の間に位置する小さなアジアの国で、その事例です。この国はZKPsを利用する近年、国全体でデジタルアイデンティティインフラストラクチャーを構築することが増えています。このアプローチにより、政府はデータを管理しやすくなり、他国のデータプライバシー規制と競合することなく、国境を超えて検証できるようになっています。

興味深いことに、このZKPの使用は、信用ローンシステムや身元確認メカニズムにさらに実装され、共有デジタルサービスにおける国際協力と信頼を促進することができます。 たとえば、USDTローンは、ZKPを利用してオフチェーンのクレジットを保護および検証することができます。 このアプローチにより、ステーブルコインを使用してチェーン上で担保のないローンの発行がさらに促進される可能性があります。 このようなZKPの応用は、信用評価やローンの発行の方法を革新し、セキュリティと信頼を向上させながら、金融サービスへのアクセスを拡大することができます。

まだいくつかの未開拓の分野があります。たとえば、この手法が特に有益となるGambleFiなどです。ZKPは、暗号化によって結果や行動を検証し、同時に基盤となるデータを露出することなく、公正で不正防止が可能なギャンブルを実現します。例えば、ユーザーの貢献金や当選金は匿名で保持されるが、総財源や分配は検証可能な賭けプールを作成することができます。これらの利点は、信頼を醸成し、よりプライベートかつスケーラブルなギャンブル体験を提供することで、GambleFiへのユーザーの参加を促進できることを期待しています。

ZKPの使用は、もちろん、これらの例に限定されません。上記の使用例を超えて、ZKPはソーシャルメディアに導入され、コンテンツ作成者の匿名性を保護するために使用され、トップランクのゲーマーは、スピードラン戦略を共有したくない場合にも、この技術の採用を歓迎するかもしれません。そのため、現在の研究は、既存の方法に比べてZKPが私たちの日常生活のさまざまな分野でより高度なサービスを提供できるかどうかを探求し、将来にわたってさらに多くの使用例が発見され続けるでしょう。

4. 分析：なぜZKAppsが次のトレンドなのか

このセクションでは、ZK業界の主要なトレンドがインフラからアプリケーションに移行している理由について、データに基づいた分析を提供します。セクション4.1では、2024年の投資トレンドに基づいて、なぜZKAppsが次の有望なトレンドなのかを探求します。そして、セクション4.2では、実際のZKAppsへのクライアントの需要が増加していることを、オンチェーンデータを証拠として調査します。

4.1. 投資トレンド

ZK業界の投資履歴を調査すると、ZKインフラストラクチャ（すなわち、ZK L1/L2、ハードウェアアクセラレーション）に最も多くの投資が行われていることが明らかになります。これには、zkSync、Starknet、Aleo、Cysicsなどのプロジェクトが含まれます。この市場への累積投資額は10億ドルを超え、多くのプロジェクトが今後の四半期に製品を発売する準備を進めています。このトレンドは2024年にも続き、上位5つのZK関連の資金調達取引（図2）の堅調なパフォーマンスによって証明されます。そのうち4つは1,500万ドルを超える投資を受けています。特筆すべきは、上位5つの取引のうち4つがproverレイヤに関連し、1つがL2ソリューションに関連していたことです。

なぜプルーバーレイヤーが注目されているのですか？セクション3で説明したように、プルーバーレイヤーはZKPの成長する需要をサポートするための重要なコンポーネントであり、弱いデバイスを持つ個人がZKPの生成および検証プロセスに参加できるようにします。このプルーバーレイヤーへの増加する需要は、ZKPの需要の大幅な上昇を示しており、より多くの人々がZK L1/L2を使用したトランザクションを生成したいということを示唆しています。

図2：2024年のZK投資トレンド

Source: Cointelegraph, The Block, Ocular VC

ZK L1/L2チェーン上の取引の需要が増加しているには2つの可能性の解釈があります。1つめは、ZKAppsへの需要が増えており、基本となるZKチェーンに送信される取引が増えているというものです。2つめは、ZKチェーン上の送金量が大幅に増加し、ZK L1/L2のメインネットの立ち上げにより過去2年間で取引数が増加しているというものです。どちらの解釈が真実であるかにかかわらず、ZKAppsの見通しはポジティブです。前者の場合、それはより多くの人々がZKAppsを使用したいということを示しています。後者の場合、基本となるZKチェーンを使用する人が増え、エコシステムとインフラストラクチャが成熟するにつれて、ZKAppsを開発する環境が整備されていることを示しています。

4.2. オンチェーンデータ分析

今、オンチェーンデータ分析を通じてZKAppsへの需要の増加を直接確認しましょう。過去1.5年間におけるZKP検証プロセスで使用された蓄積手数料を観察することができます。198百万ドルを超えました、過去の年に比べてZKPへの需要の著しい増加を示しています。さらに、増加のほとんどは、ZKAppsの増加する需要から来たものです。インフラストラクチャーとZKAppsのためのZKP検証手数料の使用状況を分析した結果、過去には40％のシェアだったZKAppsのシェアが2024年には70〜80％に上昇していることがわかりました。これらのデータは、最近のZKPへの需要の急増が主にZKAppsから来ていることを示す証拠となっています。

図3：ZKPs検証手数料ダイナミクス

ソース：dune.xyz@nebra, Ocular VC

5. ZKAppsを実用的にする技術的進歩

ここまで、ZKAppsとは何かを探り、注目すべき主要なユースケースを特定し、ZK業界の主なトレンドがインフラストラクチャからアプリケーションに移行しているように見える理由について説明しました。もちろん、これらのZKAppsの実行可能性は、実用的で実現可能な技術の進歩にかかっています。以前、ZKのインフラは十分に成熟しており、この技術を適切に活用したZKAppsが今後数年間でブロックチェーン/Web3業界の主流になると述べました。では、具体的にどのような進歩がこれを可能にし、さらに何が起こるのでしょうか?

5.1. ZKプルービングシステム

まず最初に議論すべきことは、ZKプルービングシステムの進歩です。技術的なバックグラウンドを持たない人にとっては、その複雑さを考えると、どのプロセスでどのような種類の暗号技術が採用され、その改善がZK証明システムをどのように強化したかは不透明なことがよくあります。したがって、このセクションでは、ZK証明システムの注目すべき進歩を、わかりやすい比喩とともに強調します。つまり、これらの進歩は、「サポート機能の増加」と「計算プロセスの最適化」という2つの大きなメリットをもたらしました。

*ZK証明システムのライフサイクルと各プロセスの進展に関する詳細を確認したい読者は、付録を参照してください。

さらなる機能のサポート: ドメイン固有言語（DSL）

ZK証明システムのドメイン固有言語（DSL）は、ZKエコシステム内で特定のタスクを処理するために設計された特殊なプログラミング言語です。これらの言語は、ZK操作に最適化された専用の構文や機能を提供することで、ZKPの作成を豊かにします。現在、Leo、Zinc、Cairo、Noir、ZoKratesなどのDSLが、可変変数、if文、配列などの機能をサポートするために研究および開発中です。

これは、Bobが合法的なレシピでケーキを作ったことをAliceに証明する必要がある状況に似ていますが、それを明かさずに行うという状況に類似しています。最初にBobがやるべきことは、彼自身のレシピを作ることです。レシピには、ケーキを作るために必要なすべての上位の手順と材料（例：材料を使って生地を作り、それを焼く）が含まれている必要があります。もしBobが自分のレシピによりトレンディな材料や調理技術を使えるなら、それは素晴らしいことです（図4）！

図4:DSLはZKPのより多くの機能をサポートする

ソース：DALL E、Presto Research

計算プロセスの最適化：算術化、証明システム(IOP+FCS)

DSLでプログラムを書いた後、それは算術化や証明システム（インタラクティブオラクル証明（IOP）および機能的公約スキーム（FCS）で構成されます）などのプロセスを経て、ZKPに変換されます。これらのプロセスでの共通の課題は、計算オーバーヘッドを最小限に抑えることで、より多くの人々がZKPの生成と検証プロセスにアクセスできるようにすることです。

計算オーバーヘッドを削減するための取り組みの中で、最も直感的に理解できるのは、プルーフシステムにおけるフィールドサイズの縮小です。ここで、フィールドサイズとは、ZKP生成処理で用いる数学フィールドのサイズをいう。簡単に言うと、シークレットコードの作成に使用できる値の総数を表します。フィールドサイズが大きいと、誰かがコードを推測しにくくなりますが、生成に時間がかかります。Groth16、Plonk、Halo2 などの有名な暗号証明システムは、ZKP に馴染みのない人でも聞いたことがあるかもしれませんが、256 ビットのフィールド サイズを使用します。しかし、技術の進歩により、ゴルディロックスやプロンキー3などの最近の証明システムは、セキュリティを犠牲にすることなく、31〜64ビットのフィールドサイズを使用しています。最先端の証明システムであるBiniusは、フィールドサイズとして1ビット(0と1)のみを使用することで、計算速度を大幅に向上させました。

5.2. 分散型証明インフラ

議論する第2の技術的進歩は、分散型証明インフラストラクチャの開発です。ZK証明システムの進歩により、計算量を減らすことで証明生成と検証プロセスが最適化され、簡素化されましたが、分散型証明インフラストラクチャにより個人はZKPの生成において集中的な計算能力を外部に委託することが可能になりました。

現在、ZK業界で分散証明インフラを実装するための主な方法は2つあります。最初の方法は、ZKベースのチェーンが独自の内部証明レイヤーを構築することであり、2番目の方法は、さまざまなチェーンやアプリケーションからのZKP生成リクエストを処理できる外部委託証明レイヤーを運営することです。

社内プロバーレイヤー

社内証明層法では、ZKP生成エンティティ(証明者)は特定の連鎖に従属します。チェーン開発者がZK証明装置を装備して、すべてのネットワークユーザーにシームレスな証明層を提供することは経済的に不可能であるため(このアプローチはネットワークの安全性と活性にも悪影響を及ぼします)、通常、ネイティブトークンの形で報酬を提供することで、計算能力のある個人やグループを引き付けて証明層に参加させるプロトコルを展開します。

社内の証明者レイヤーを運用するプロジェクトの代表例は、ZKレイヤー1ブロックチェーンであるAleoです。ビットコインのPoWと同様に、Aleoはプルーバーが各ブロックに対して特定のしきい値(つまり「プルーフターゲット」)を満たすZKPを生成することを要求します。蓄積されたプルーフの合計が「Coinbase Target」を超えた場合、コインベース報酬(Aleoトークン)は、貢献度に応じてプルーバー間で比例配分されます。このプルーフ・オブ・マイニング・プロトコルは、ZKPのためのより高速なソフトウェアとハードウェアの開発を奨励し、プルーバー報酬の広範な配布により、プルーバーエコシステムを分散化することができます。

アウトソーシド プロバーレイヤー

一方、外部の検証レイヤーはブロックチェーンの外にあり、様々なZKベースのチェーンやZKAppsからの要求に応じて計算能力を提供します。モジュラーブロックチェーンは、セレスティアのようなものと考えることができますが、ZKP生成機能を備えています。これらの外部検証レイヤーは通常、「検証者市場」の形で運営されており、クライアントはZKP生成を必要とするトランザクションを提出し、その間に検証者はZKPの生成サービスを提供するために、その容量やコストを含めて入札を行います。

現在、アウトソーシングされたプルーバー層を運用しているプロジェクトの代表的な例としては、=nilやGevulotなどがあります。=nilは、ユーザーからの買い注文とプルーバーからの売り注文を含む各回路のオーダーブックを維持します。プルーフを生成するための価格発見は、このオーダーブックメカニズムによって管理されます。GevulotはPoS方式で運営されており、プルーバーが参加するには、ステークを入金し、プルーフ・オブ・ワークロード・タスクを完了する必要があります。入札システムとは別に、証明生成ジョブは、公平性を確保するために検証可能なランダム関数(VRF)を使用してランダムに割り当てられます。

しかし、アウトソーシングされたプロバーレイヤーメソッドには、証明リクエストに含まれるトランザクションデータが未封印のままプロバーに提出されるため、エンドツーエンドのプライバシーを保護することが難しいという大きな懸念もあります。この問題に対処するため、MarlinやzkPassなどのプロジェクトでは、エンクレーブ（データの整合性を保護する安全な独立した実行環境）を活用して、ZKP生成の過程でプライバシーが漏洩しないようにしています。

図5：分散型プルーフインフラの概要

ソース：プレストリサーチ

結論

これまでに、ZK業界の全体的な採用状況、ZKAppsがもたらす利益、ZK業界の主要なトレンドがインフラからZKAppsへ移行している証拠、およびZKAppsの台頭を支える技術の進歩について検討してきました。暗号証明システムと分散型証明インフラの開発により、ZKAppsの迅速かつ手頃な利用が可能になり、ゼロ知識技術が日常生活により身近になりつつあります。

ブロックチェーン/Web3業界は、実際の市場需要にあまり配慮せずに投資家を引きつけるために過大評価された技術を開発することに対してしばしば批判に直面しています。この批判を克服するために、開発者は技術を私たちの生活を本当に改善する方法で進化させる必要がありますが、同時に、私たちユーザーはこの技術が効果的に適用できる分野を常に評価することが同じく重要です。この記事が読者にZKPとZKAppsの広範な理解を提供し、この業界に対してより多くのDYORs（自分で調べる）を引き寄せることを願っています。

Gate.ioのプロダクト名に精通したブロックチェーン用語の専門翻訳者として、指定されたソース言語からターゲット言語へのテキストを正確かつ流暢に翻訳できます。この記事では、プライバシーロールアップ、クライアントサイドの証明、プライバシー保護の証明者レイヤーなどの最新のZK関連プロジェクトのリストを説明します。これらのプロジェクトは、この記事で紹介した技術の進歩に基づいて開始されます。お楽しみに。

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1. この記事は再掲載されました[Focal Point - Ocular’s Web3 ニュースレター], オリジナルタイトル'ZKApps 101: ZKAppsの風景の概要と展望'を転送します。すべての著作権は元の著者に帰属します[YIWEI]. この転載に異議がある場合は、お問い合わせください。Gate Learnチームはそれを迅速に処理します。

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