Mina Protocol

Minaの技術を掘り下げる：O1jsとProtokitでzkAppsの可能性を解き放つ

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Adam Opeyemi
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はじめに

Mina Protocolは、「世界で最も軽量なブロックチェーン」としてブロックチェーンの分野で際立っています。この革新的な技術により、利用状況に関係なくブロックチェーン全体のサイズが一定に保たれ、独自のスケーラビリティと効率性を実現しています。開発者は現在、O1jsやProtokitといったツールを活用し、プライバシー重視の分散型アプリケーション（zkApps）を構築できるようになりました。本記事では、Minaの技術的基盤を掘り下げ、その主要コンポーネント、開発ツール、そして潜在的なユースケースを探ります。

Minaの簡潔なブロックチェーンを理解する

Minaの革新の中心には、再帰的ゼロ知識証明（zk-SNARKs）によって支えられた簡潔なブロックチェーン技術があります。従来のブロックチェーンがトランザクション数に応じて線形に成長するのとは異なり、Minaはブロックチェーンサイズを一定に保つことで、効率的な検証と円滑な参加を可能にしています。

  • 増分計算可能なSNARKs:

  • Minaの簡潔なブロックチェーンは、増分計算可能なSNARKsを採用しており、各ブロックにはチェーン全体の有効性を示す簡潔な証明が含まれています。

  • 検証はチェーン全体の履歴ではなく、現在のブロック内のトランザクション数に応じてスケールします。

// Example of zk-SNARK integration using O1js
import { Field, isReady, Proof, shutdown } from "o1js";

await isReady;

// Define a simple SNARK circuit
class MyProof extends Proof {
  static publicInputType = Field;

  // Constraint: a squared must equal b
  static constraint(publicInput, privateInput) {
    publicInput.assertEquals(privateInput.mul(privateInput));
  }
}

shutdown();

  • 並列スキャン状態:

  • Minaは並列スキャン状態メカニズムによって、トランザクションスループットを最適化しています。

  • 複数のプローバー間でトランザクションを処理し、確認遅延を減少させ、スケーラビリティを向上させます.

コンセンサスメカニズム：Ouroboros Samasika

Minaは、簡潔なブロックチェーン向けに設計されたプルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサスメカニズムであるOuroboros Samasikaを採用しています。このプロトコルは、ノードがすべてのトランザクション履歴を保存することなく、安全なチェーン選択を保証します。

主な特徴:

  • 適応型セキュリティ: 適応的な腐敗からの保護を提供します。

  • 効率的なブートストラップ: ノードは最小限のデータでネットワークに参加できます。

  • 分散化: すべての参加者がフルノード機能を利用でき、公平な環境を実現します。

// Example: Simulating a consensus update in O1js
import { ConsensusState, verifyConsensus } from "o1js";

const previousState = new ConsensusState();
const newProof = "..."; // Obtained from the block proposer

const isValid = verifyConsensus(previousState, newProof);
console.log(`Consensus is valid: ${isValid}`);

O1js：zkApp開発の簡素化

O1jsは、暗号技術の深い専門知識がなくても、開発者がzkAppを構築できるように設計されたMinaのTypeScriptライブラリです。このライブラリは、ゼロ知識回路の作成、証明の管理、Minaブロックチェーンとの統合を簡単に行える抽象化を提供します。

O1jsの特徴:

  • TypeScriptベース: Web開発者に馴染みのある構文を採用。

  • 拡張性: カスタムゼロ知識プリミティブやデータ構造の構築が可能。

使いやすさ: 開発を効率化するための事前構築ライブラリと明確なドキュメントを提供。

// Building a zkApp with O1js
import { CircuitValue, Field, isReady, shutdown } from "o1js";

await isReady;

class BalanceUpdate extends CircuitValue {
  sender = Field;
  receiver = Field;
  amount = Field;

  static validate(transaction) {
    transaction.amount.assertGreaterThanOrEqual(Field(0));
  }
}

shutdown();

Protokit：プライバシー強化アプリケーションのためのフレームワーク

Protokitは、zk-rollupと呼ばれるモジュラー型プライバシー強化アプリケーションチェーンの作成を可能にするフレームワークです。オンチェーンとオフチェーンの操作をシームレスに組み合わせるハイブリッド実行モデルを提供します。

Protokitの利点:

  • プライバシー重視の設計: ゼロ知識証明を使用してユーザーデータを保護。

  • スケーラビリティ: 同時利用者に対する高いスループットを実現。

モジュール性: 相互運用可能なアプリケーションチェーンを簡単に構築可能。

// Example: Using Protokit for zk-rollups
import { zkRollup, verifyRollup } from "protokit";

const rollupBatch = zkRollup([{ tx: "..." }, { tx: "..." }]);
const isVerified = verifyRollup(rollupBatch);

console.log(`Rollup verified: ${isVerified}`);

zkApps：実用的なユースケース

Minaの簡潔なブロックチェーン、O1js、Protokitを組み合わせることで、zkAppsには無限の可能性が広がります。以下はいくつかの実用的なアプリケーション例です：

  1. プライバシー保護型の身分証明: zkAppsを利用して、年齢や市民権などの属性を個人情報を明かすことなく検証できます。

  2. DeFiソリューション: zkAppsは、金融取引における透明性とプライバシーの両立を実現します。

  3. サプライチェーン管理: 商品の原産地を検証可能な証拠とともに追跡しつつ、敏感なサプライヤー情報を保護します。

  4. 予測市場: zkAppsは基礎データを公開することなく予測の検証を行います。

Wave 4提案：zkExpense Tracker

Wave 4の今後の取り組みの一環として、Minaの技術を活用したzkExpense Trackerを作成します。このアプリケーションは、Minaの簡潔かつプライバシー重視の特性を活かし、革新的な個人財務管理ツールを提供します。

概要:

  • 目的: ユーザーが具体的な取引内容を公開することなく、予算内で収まることを証明することで、財務をプライベートに管理できるようにします。

主要機能:

  • 予算検証: ユーザーが支出が設定された予算内に収まっていることを証明可能。

  • 支出のカテゴリ化: 食料品や公共料金などのオプションカテゴリ分けが可能、ただし正確な支出額は公開しない。

  • プライバシー保護型証明: ゼロ知識証明により、機密データを保護。

  • モバイル対応: Minaの簡潔なブロックチェーンを活かし、モバイルデバイスでも軽量に動作可能。

zkExpense Trackerの作成手順:

要件とアーキテクチャの定義:

  • データモデル: ユーザーの予算、取引、証明を定義。

  • 証明システム: zk-SNARK回路を設計し、予算順守を検証。

  • ストレージ: 暗号化された取引データをオフチェーンに保存し、オンチェーンで証明を行う。

zk-SNARK回路の開発:

  • 予算証明: 総支出が予算を超えないことを保証。

  • カテゴリ別証明: カテゴリごとの支出をオプションで検証可能にする。

// Budget Proof Example using O1js
import { Field, Circuit, isReady } from "o1js";

await isReady;

class BudgetProof extends Circuit {
  static budget = Field(1000); // Example budget

  static validate(expenses) {
    let total = expenses.reduce((acc, val) => acc.add(val), Field(0));
    total.assertLessThanOrEqual(this.budget);
  }
}

  1. ユーザーとのインタラクションのためのフロントエンド構築:

    • ダッシュボード: 暗号化された支出詳細と全体的な予算状況を表示。

    • 取引入力: ユーザーが支出を追加し、カテゴリ分けできる機能を提供。

    • 証明生成: アプリインターフェース内で証明生成を直接統合。

  1. バックエンド開発とデプロイ:

  • zkAppバックエンド: 証明の検証や予算更新のロジックを実装。

  • デプロイ: zkAppをMinaのテストネットにデプロイして初期テストを実施。

# Deploying zkExpense Tracker on Mina
mina deploy --network testnet --app zkExpenseTracker

  1. テストと最適化:

    • ユニットテスト: zk-SNARK回路とアプリ機能を検証。

    • パフォーマンス調整: 証明生成時間とアプリの応答性を最適化。

    • ベータリリース: 小規模なユーザーグループでテストを行い、フィードバックを収集。

Minaメインネットでのローンチ:

  • zkExpense Trackerを一般公開用に最終仕上げ。

  • ユーザーフィードバックを統合し、機能と使いやすさを向上。

Mina開発の始め方:

開発環境のセットアップ:

  • Node.jsとnpmのインストール。

  • MinaのCLIツールを使用してアカウント管理とデプロイを実施。

# Install Mina CLI
npm install -g mina-cli

# Create a new zkApp project
mina create-zkapp my-zkapp

# Start development
cd my-zkapp && npm install

zkAppのデプロイ:

  • Minaのテストネットを使用してデプロイとテストを行う。
# Build and deploy zkApp
npm run build
mina deploy --network testnet

  1. zkAppsのテスト:

    • O1jsのテストユーティリティを使用してユニットテストを作成。
// Example: Testing a zkApp
import { isReady, shutdown } from "o1js";

await isReady;

// Define test cases
console.log("All tests passed!");

shutdown();

結論

Minaプロトコルの簡潔なブロックチェーン技術は、O1jsやProtokitのような強力な開発ツールと組み合わせることで、分散型アプリケーションの構築方法を革新しています。これらのイノベーションを活用することで、開発者はスケーラブルでプライバシーを重視したアプリケーションを構築でき、分散化とユーザーエンパワーメントの原則に沿ったソリューションを提供できます。熟練したブロックチェーン開発者であれ、初心者であれ、MinaはzkAppのアイデアを実現するためのアクセスしやすく堅牢なプラットフォームを提供します。

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