Aleo: zk-SNARKsによるプライバシーとスケーラビリティの実現

Aleoはプライバシー保護に特化したブロックチェーンプロジェクトであり、zk-SNARKs技術(ZKP)を通じて、より高いプライバシーとスケーラビリティを実現しています。このプロジェクトの核心理念は、ユーザーが個人データを漏洩させることなく、身元確認とデータ処理を行えるようにすることです。

この記事では、Aleoのプロジェクト概要と最新の進捗状況を紹介するとともに、新しいパズルアルゴリズムについて詳しく説明します。

プロジェクト概要

プライバシー性

Aleoのコアはzk-SNARKs(ZKPs)技術であり、これにより取引やスマートコントラクトの実行がプライバシーを保持したままで行うことができます。ユーザーの取引詳細、送信者や取引金額などは、デフォルトで非表示です。この設計はユーザーのプライバシーを保護するだけでなく、必要に応じて選択的な開示を可能にし、DeFiアプリケーションの発展に非常に適しています。主なコンポーネントには次のものが含まれます:

1. Leoコンパイラ言語: Rust言語を基にして改編され、零知識アプリ(ZKApps)の開発に特化しており、開発者が暗号学の知識を必要とする要求を軽減します。

2. snarkVMとsnarkOS: snarkVMはオフチェーンで計算を実行し、オンチェーンでは計算結果のみを検証することで効率を向上させます。snarkOSはデータと計算の安全性を確保し、無許可の機能実行を可能にします。

3. zkCloud:安全でプライベートなオフチェーン計算環境を提供し、ユーザー、組織、DAO間のプログラミングインタラクションをサポートします。

Aleoは、統合開発環境(IDE)とソフトウェア開発キット(SDK)を提供しており、開発者が迅速にアプリケーションを作成および公開できるよう支援しています。また、開発者はAleoのプログラムレジストリにアプリケーションを展開でき、第三者に依存する必要がないため、プラットフォームのリスクが低減されます。

###スケーラビリティ

Aleoはオフチェーンの処理方式を採用しており、取引はまずユーザーのデバイス上で証明を計算し、その後、検証結果のみをブロックチェーンにアップロードします。この方式は取引の処理速度とシステムのスケーラビリティを大幅に向上させ、Ethereumのようなネットワークの混雑や高額な手数料を回避します。

コンセンサスメカニズム

AleoはAleoBFTを導入しました。これは、検証者の即時最終性と証明者の計算能力を組み合わせたハイブリッドアーキテクチャの合意メカニズムです。AleoBFTはネットワークの分散化の程度を向上させるだけでなく、パフォーマンスとセキュリティも強化します。

1. ブロックの迅速な最終性: AleoBFTは各ブロックが生成後すぐに確認されることを保証し、ノードの安定性とユーザー体験を向上させます。

2.分散化の保証:ブロック生成とコインベース生成を分離することにより、バリデーターはブロックの生成を担当し、証明者は証明計算を実行して、少数のエンティティがネットワークを独占するのを防ぎます。

3. インセンティブメカニズム: 検証者と証明者がブロック報酬を共有; 証明者がトークンをステーキングすることで検証者となることを奨励し、ネットワークの分散化の程度と計算能力を向上させる。

Aleoは開発者がガス制限のないアプリケーションを作成できるため、特に長時間の実行が必要な機械学習などに適しています。

最新の開発

Aleoは7月1日にインセンティブ付きテストネットを立ち上げる予定で、ここでは重要なアップデートをご紹介します。

1. ARC-100投票が承認されました: ARC-100( "Aleo開発者とオペレーターのコンプライアンスのベストプラクティス"提案が承認され、コンプライアンスに関する事項、Aleoネットワーク上の資金のロックと入金遅延などの安全対策)についての投票が終了し、承認されました。チームは最終調整を行っています。

2. 検証者インセンティブプログラム: このプログラムは7月1日に開始され、新しいパズルメカニズムを検証することを目的としています。プログラムは7月15日まで実施され、その間に100万Aleoポイントが報酬として配分されます。ノードが生成するポイントの割合がその報酬のシェアを決定し、各検証者は報酬を得るために少なくとも100トークンを獲得する必要があります。具体的な詳細はまだ決定されていません。

3.初期供給量と循環供給量:初期供給量は15億トークンで、初期流通供給量は約10%( )、まだ確定していません。 これらのトークンは、主にCoinbase Mission (7500 10,000 )から提供され、最初の6か月間で配布され、ステーキング、実行中のバリデーター、およびバリデーターに対する報酬も提供されます。

4. Testnet Betaリセット:これは最後のネットワークリセットであり、完了後は新機能が追加されず、ネットワークはメインネットに似たものになります。リセットはARC-41と新しいpuzzle機能を追加するためのものです。

5. コードのフリーズ: コードのフリーズは 1 週間前に完了しました。

6. 検証ノード拡張計画: 初期の検証ノード数は15個で、目標は年内に50個に増加し、最終的には500個に達することです。委任者になるには1万トークンが必要で、検証者になるには1000万トークンが必要で、これらの金額は時間とともに徐々に減少します。

合成パズルアルゴリズムの解釈

Aleoは最近、パズルアルゴリズムの最新バージョンを更新し、zk証明結果の生成に焦点を当てなくなり、MSMとNTTの計算を削除し、証明が生成される前に中間データ証人の生成に焦点を当てました。

! Aleoの最新アルゴリズム合成パズルの解釈:Web3プライバシー革命をリードする

コンセンサスプロセス

コンセンサスプロトコルの観点から、プロセスにおいてproverとvalidatorはそれぞれ計算結果solutionを生成し、ブロックを生成してsolutionを集約してパッケージ化する役割を担っています。プロセスは以下の通りです:

1. Proverはpuzzleを計算してsolutionsを構築し、ネットワークにブロードキャストします。

2. バリデーターのアグリゲートトランザクションとソリューションは次の新しいブロックのために、ソリューションの数がコンセンサス制限を超えないことを保証します(MAX_SOLUTIONS)

3. ソリューションの正当性は、そのepoch_hashがバリデータによって維持されるlatest_epoch_hashに準拠していること、および計算されたproof_targetがネットワーク内のバリエーターによって維持されるlatest_proof_targetに準拠していること、およびブロックに含まれるソリューションの数がコンセンサス制限よりも少ないことを確認する必要があります

4.効果的な解決策に対してコンセンサス報酬を得ることができます

###合成パズルの詳細

アルゴリズムコアの最新バージョンはSynthesis Puzzleと呼ばれ、そのコアはエポック固定ごとに共通のEpochProgramを生成し、入力とEpochProgramのR1CSプルーフ回路を構築することで、対応するR1CS assignment(つまりwitness)とマークルとして機能します ツリーのリーフノードは、すべてのリーフノードを計算した後、マークルルートが生成され、ソリューションのproof_targetに変換されます。 Synthesis Puzzle を作成するための詳細なプロセスと仕様は次のとおりです。

1. 各puzzle計算はnonceと呼ばれ、受信したマイニング報酬のアドレス、epoch_hash、およびランダムな数値counterによって構成されます。新しいsolutionを計算する必要があるたびに、counterを更新することで新しいnonceを取得できます。

2. 各エポック内で、ネットワーク内のすべてのプロバーが計算するEpochProgramは同じであり、これは現在のepoch_hashから生成されたランダム数によって命令セットからサンプリングされます。サンプリングロジックは次のとおりです:

   • 命令セットは固定されており、各命令(instruction)は1つ以上の計算操作を含み、各命令には予め設定された重みと操作カウントがあります。
   • サンプリングは現在のepoch_hashに基づいてランダム数を生成し、そのランダム数に基づいて命令セットから重みを組み合わせて命令を取得し、順番に配置し、操作カウントが97に達した後にサンプリングを停止します。
   • すべての命令を EpochProgram に構成します

3. nonceをランダム数シードとして使用してEpochProgramの入力を生成する

4. R1CSとEpochProgramに対応する入力を集約し、witness(R1CS assignment)計算を行います

5. すべての証人が計算されると、彼らはマークルツリーに対応する一連のリーフノードに変換されます。マークルツリーは、深さが8の8要素のK-aryマークルツリーです

6.マークルルートを計算して解のproof_targetに変換し、現在のエポックのlatest_proof_targetを満たしているかどうかを判断し、満たしている場合は計算が成功し、構築入力に必要な報酬アドレス、epoch_hash、およびカウンターをソリューションとして送信し、ブロードキャストします

7.同じエポックで、カウンターを反復して解を複数回計算することにより、EpochProgramの入力を更新できます

! Aleoの最新アルゴリズムSynthesis Puzzleの解釈:Web3プライバシー革命をリードする

鉱業の変化と影響

このアップデート後、パズルは証明の生成から目撃に変わり、各エポックのすべての解の計算ロジックは同じですが、異なるエポックの計算ロジックはかなり異なります。

このアップデートでは、以前のテストネットで広く使用されていたGPU最適化を完全に放棄し、witnessを生成するプロセスはエポックの変更に追従するプログラムを実行することによって生成され、命令にはいくつかのシリアル実行依存関係があるため、並列化は非常に困難です。