zkTLS技術の分析とWeb3への応用展望

最近、私は新しいプロジェクトの方向性を探索しており、製品設計プロセスでこれまで接触したことのない技術スタックに出会いました。研究の結果、いくつかの学びの心得を整理しましたので、皆さんと共有したいと思います。

zkTLSは、ゼロ知識証明（ZKP）とトランスポート層セキュリティプロトコル（TLS）を組み合わせた新しい技術です。Web3分野では、主にオンチェーンの仮想マシン環境で使用され、第三者を信頼することなくオフチェーンのHTTPSデータの真実性を検証することができます。ここでの真実性は、データソースが特定のHTTPSリソースから実際に来ていること、返されたデータが改ざんされていないこと、データのタイムリーさが保証されていることの三つの側面を含みます。このような暗号学的実現メカニズムにより、オンチェーンのスマートコントラクトはオフチェーンのWeb2 HTTPSリソースへの信頼できるアクセス能力を得て、データの孤島を打破します。

TLSプロトコルの概要

zkTLS技術の価値を深く理解するためには、TLSプロトコルについて簡単に概説する必要があります。TLSはネットワーク通信において暗号化、認証、データの完全性を提供し、クライアント（ブラウザなど）とサーバー（ウェブサイトなど）間のデータの安全な転送を確保します。

HTTPSプロトコルは、実際にはHTTPプロトコルの基礎の上にTLSプロトコルを利用して情報伝送のプライバシーと完全性を保証し、サーバー側の真実性を検証可能にしています。HTTPプロトコルは平文伝送のネットワークプロトコルであり、サーバー側の真実性を検証することができないため、いくつかのセキュリティ問題が発生します。

1. 送信された情報は第三者に傍受される可能性があり、プライバシーが漏洩することがあります。
2. サーバー側の真実性を確認できません。リクエストが悪意のあるノードにハイジャックされ、悪意のある情報が返される可能性があります。
3. 返された情報の完全性を検証できません。ネットワークの理由でデータが失われる可能性があります。

TLSプロトコルは、これらの問題を解決するために設計されています。主に以下の方法で前述の問題を解決します：

1. 暗号通信：対称暗号（AESやChaCha20など）を使用してデータを保護し、盗聴を防ぎます。
2. 身分認証：指定機関に発行された第三者のデジタル証明書（例えば、X.509証明書）を通じてサーバーの身分を確認し、中間者攻撃を防ぎます。
3. データの完全性：HMAC（ハッシュメッセージ認証コード）またはAEAD（認証付き暗号）を使用してデータが改ざんされていないことを確認します。

TLSプロトコルに基づくHTTPSプロトコルは、データ交換プロセスにおいて2つの段階に分かれています：ハンドシェイク段階とデータ転送段階。具体的なプロセスは4つのステップを含みます：

1. クライアントがClientHelloを送信する
2. サーバーが ServerHello を送信する
3. クライアントがサーバーを検証する
4. 暗号化通信を開始する

この広くWeb2ネットワークに適用されている基盤技術は、Web3アプリケーションの開発に困難をもたらしています。特に、オンチェーンのスマートコントラクトが特定のオフチェーンデータにアクセスしたい場合、データの可用性の問題により、オンチェーンのバーチャルマシンは外部データの呼び出し機能を開放しないため、すべてのデータの追跡可能性を確保し、合意メカニズムの安全性を保証しています。

この問題を解決するために、一連のオラクル（Oracle）プロジェクトが登場しました。これらのプロジェクトは、オンチェーンデータとオフチェーンデータの中継橋として機能し、データの孤立現象を打破します。また、中継データの可用性を保証するために、これらのオラクルは一般的にPoSコンセンサスメカニズムを通じて実現されます。すなわち、中継ノードの悪行コストが利益を上回るようにし、経済的利益の観点からオンチェーンに誤った情報を提供しないようにします。

zkTLSで解決した問題

しかし、Oracleに基づくデータ取得ソリューションには2つの主な問題があります:

1. コストが高すぎる：PoSコンセンサスメカニズムの安全性はステーキング資金の量に基づいて確立されており、これにより維持に高額なコストがかかります。通常、オラクルプロジェクトは顧客を獲得するために、最も主流なデータの一部のみを無料で維持し、専用のニーズには料金が必要です。これによりアプリケーションの革新が妨げられ、特にロングテールやカスタマイズされたニーズに影響を与えます。

2. 非効率：PoSメカニズムのコンセンサスには一定の時間が必要であり、チェーン上のデータの遅延を引き起こし、高頻度アクセスの使用シーンには不利である。

zkTLS技術はこれらの問題を解決するために生まれました。ゼロ知識証明アルゴリズムを導入することで、チェーン上のスマートコントラクトが第三者として機能し、特定のノードが提供したデータが特定のHTTPSリソースにアクセスした後に返された改ざんされていないデータであることを直接検証できるようにします。これにより、従来のオラクルがコンセンサスアルゴリズムに起因する高額な使用コストを回避します。

zkTLSは暗号学的保護を採用し、従来のOracleに基づく合意メカニズムによるデータの可用性にかかる高額なコストを代替します。具体的には、ZKP（ゼロ知識証明）を導入し、チェーン外の中継ノードに対してHTTPSを介して取得したリソース、関連するCA証明書の検証情報、タイムスタンプ証明、HMACまたはAEADに基づくデータ整合性証明の計算を生成してProofを生成し、チェーン上で必要な検証情報および検証アルゴリズムを維持することにより、スマートコントラクトは重要な情報を公開することなく、データの真実性、タイムリー性、およびデータソースの信頼性を検証できます。

この技術ソリューションの最大の利点は、Web2 HTTPSリソースの可用性コストを低減したことです。これにより、多くの新しい需要が生まれ、特にロングテール資産のオンチェーン価格取得の低減、Web2世界の権威あるウェブサイトを利用したオンチェーンKYC、DIDやWeb3ゲームの技術アーキテクチャ設計の最適化などの面で刺激を与えています。

しかし、zkTLSは既存のWeb3企業にも影響を与えており、特に現在の主流のオラクルプロジェクトに対してです。この課題に対処するために、いくつかの業界の巨人たちは関連する研究の方向性を積極的に追跡し、技術の進化の過程で主導権を維持しようとしています。また、時間課金から使用量課金への移行や、Compute as a serviceなどの新しいビジネスモデルも生まれるでしょう。もちろん、ほとんどのZKプロジェクトと同様に、zkTLSの主な難点は、計算コストを削減し、商業的価値を持たせる方法にあります。

以上のように、製品設計を行う際には、zkTLSの発展動向に注目し、この技術スタックを適切に統合することで、ビジネスの革新や技術アーキテクチャの新しい方向性を見出せるかもしれません。