Nova:新しいゼロ知識証明システム

Novaはマイクロソフトが開発した新しいタイプのzk-SNARKsシステムで、緩和されたランク1制約システム(Relaxed Rank-1 Constraint Systems、Relaxed R1CS)技術を使用して、証明の効率と柔軟性を向上させています。

Nova の長所

Novaの主な利点は、リラックスしたR1CS技術を使用していることです。従来のR1CSシステムは、証明プロセスで大量のランダム性を必要とし、証明生成と検証プロセスが複雑で時間がかかります。Novaは、リラックスしたR1CSを使用することで、証明でより少ないランダム性を使用することを許可し、証明の効率を大幅に向上させています。

Novaはインクリメンタル計算もサポートしており、複雑な関数を一度に計算することなく、段階的に計算できます。これは、大規模なデータや複雑な計算を扱う際に非常に便利です。さらに、Novaは多項式計算もサポートしており、より複雑な証明タスクを処理できます。

Novaのデメリット

Novaには多くの利点がありますが、いくつかの欠点もあります。

1. リラックスしたR1CSを使用しているため、Novaの証明は従来のR1CSシステムほど強力ではないかもしれません。リラックスしたR1CSは、より少ないランダム性を使用することを可能にし、証明の安全性を低下させる可能性があります。しかし、Novaの開発者は、より強力な暗号アルゴリズムやより複雑な証明戦略を使用するなど、この問題を解決するための措置を講じています。

2. Novaの実装は相対的に複雑であり、使用と保守の難易度が増す可能性があります。Novaは多くの高度な暗号技術を使用しており、多項式計算、群操作、ランダムオラクルなどが含まれており、これらの技術を深く理解する必要があります。

ゼロ知識証明の分野におけるNovaの重要な位置

Novaはzk-SNARKs分野で重要な地位を占めています。その登場はzk-SNARKsの発展に新たな道を切り開きました。Novaが採用している緩和R1CS技術により、証明の生成と検証プロセスがより効率的になり、これは大規模なzk-SNARKsアプリケーションにとって重要です。さらに、Novaはインクリメンタル計算と多項式計算をサポートしており、より複雑な証明タスクを処理でき、zk-SNARKsの適用範囲をさらに広げています。

Novaのソースコードの解読

Novaの主要なソースコード構造は次のとおりです:

• src/bellperson/:R1CS(ランク1制約システム)の生成を実現しました。
• src/gadgets/:zk-SNARKsの証明を構築するためのツールが含まれています。
• src/provider/:いくつかのプロバイダーのコードが含まれています。たとえば、Keccakハッシュ関数の実装です。
• src/spartan/:Spartanプロトコルに関するコードが含まれています。
• src/traits/:いくつかのRustトレイトが含まれており、公共の動作を定義するために使用されます。

主要モジュールとファイルの機能は以下の通りです:

• bellperson/mod.rs: R1CS の生成に関連する関数を定義します。
• bellperson/r1cs.rs: NovaWitnessとNovaShapeの2つのトレイトを定義し、R1CSインスタンス、証人、形状、およびコミットメントキーを取得します。
• bellperson/shape_cs.rs: R1CS 形状の制約システムを作成するために使用される ShapeCS 構造体を定義します。
• bellperson/solver.rs: R1CS インスタンスとウィットネスの制約システムを作成するために使用される SatisfyingAssignment 構造体を定義します。
• circuit.rs: Novaプロトコルの強化回路を定義しています。ステップ回路と検証器回路が含まれます。
• constants.rs:いくつかの定数を定義しています。たとえば、チャレンジビット数やハッシュビット数など。
• errors.rs: Novaライブラリが返す可能性のあるエラータイプを定義しています。
• nifs.rs:非対話型折りたたみスキーム(NIFS)を実装しました。
• r1cs.rs: R1CSに関連する型とメソッドを定義しています。
• spartan/math.rs: Math特性とそのusize型の実装を定義しており、いくつかの基本的な数学操作を含んでいます。
• spartan/mod.rs: Spartan を使用して RelaxedR1CSSNARKTrait を実装しました。
• spartan/polynomial.rs: 多項式に関連する基本的な型と演算を定義します。
• spartan/sumcheck.rs:SpartanプロトコルにおけるSumcheckアルゴリズムを実装しました。
• traits/circuit.rs:StepCircuitトレイトを定義し、インクリメンタル計算のステップ関数を提供します。
• traits/commitment.rs: コミットメントの(commitment)に関連付けられた特性を定義します。
• traits/evaluation.rs: 多項式評価エンジンの EvaluationEngineTrait 特性を定義します。
• traits/mod.rs:暗号操作のためのいくつかの特性を定義しています。
• traits/snark.rs: ゼロ知識、簡潔、非対話型引数(zkSNARK)の RelaxedR1CSSNARKTrait トレイト特性を定義します。

Novaのソースコードは、R1CSの生成、制約システムの構築、多項式計算、コミットメントスキーム、評価エンジンなど、複数のモジュールを含む完全なzk-SNARKsシステムを実装しています。これらのモジュールは共同で動作し、高効率のzk-SNARKs生成と検証機能を実現しています。