[論文レビュー] Bridging Sapling: Private Cross-Chain Transfers

Aleixo Sanchez, Alistair Stewart+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2022

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 4

ひとこと要約

Zclaimは、ZK-SNARKsと動的かつ中立的な仲介者の集合を用いて、Zcashから他のブロックチェーンへのプライベートな資産移転を可能にする信頼性のない、プライバシーを尊重するクロスチェーン転送プロトコルである。Saplingプロトコルと統合し、分割に基づく obfuscation 戦略を採用することで、いかなる1つの仲介者も合計転送額を推測できないようにし、Zcashのシールド付き取引モデルと互換性を保ちつつ、強力な匿名性を実現する。

ABSTRACT

Interoperability is one of the main challenges of blockchain technologies, which are generally designed as self-contained systems. Interoperability schemes for privacy-focused blockchains are particularly hard to design: they must integrate with the unique privacy features of the underlying blockchain so as to prove statements about specific transactions in protocols designed to obfuscate them. This has led to users being forced to weaken their privacy, e.g. by using centralised exchanges, to move assets from one chain to another. We present ZCLAIM, a framework for trustless cross-chain asset migration based on the Zcash privacy-protecting protocol. ZCLAIM integrates with an implementation of the Sapling version of Zcash on a smart-contract capable issuing chain in order to attain private cross-chain transfers. We show that a tokenised representation can be created via a set of collateralised intermediaries without relying on or revealing the total amount to any third party.

研究の動機と目的

• Zcashのようなプライバシー指向のブロックチェーンにおける、プライベートで信頼性のないクロスチェーン相互運用性の欠如を解消すること。
• Zcashのシールド付き取引のプライバシー保証を損なわずに、ユーザーがチェーン間で資産を移動できることを可能にすること。
• 仲介者に対して合計転送額を隠すことができるフレームワークを設計し、スマートコントラクトチェーン上でワイアード資産の発行と換金を可能にすること。
• いかなる1つの仲介者も全取引金額を学習できないようにすることで、クロスチェーン転送における強い匿名性を維持すること。
• 中央集権型取引所の代替として、スケーラブルで分散型のプライベート資産のクロスチェーン移動ソリューションを提供すること。

提案手法

• スマートコントラクト対応の発行チェーン上でSaplingプロトコルの実装と統合し、プライベートなクロスチェーン転送を可能にする。
• 新しい転送タイプとそれに伴うzk-SNARKsを導入し、ワイアード資産の発行と換金をプライバシーを尊重する形で実現する。
• 合計価値を複数の部分に分割し、それぞれを別々の取引で送信することで、全額を隠す分割ベースの obfuscation 戦略を採用する。
• 経済的インcentiveに基づく、信頼性のない動的仲介者（ボックス）の集合を用いて、特定のエージェントに信頼を置かずに資産移転を促進する。
• 確率的分割手順を適用し、分割数の可能な値の数が log₂k 未満に低下しないように保証することで、匿名性を維持する。
• ノートコミットメントの検証とリレーシステムを用いて、基盤となるブロックチェーン実装に依存せずに、正しさと一貫性を保証する。

(a) Issue

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Zcashのシールド付き取引のプライバシーを、異なるブロックチェーン間で維持する信頼性のないクロスチェーン転送プロトコルを構築可能か？
• RQ2 仲介者に対して合計転送額を隠しつつ、ワイアード資産の正しく発行・換金を可能にするにはどうすればよいか？
• RQ3 いかなる1つの仲介者も全取引金額を推測できないように保証する暗号的・経済的メカニズムは何か？
• RQ4 Zclaimで用いられる分割戦略は、現実的な攻撃モデル下でも匿名性をどれほど維持できるか？
• RQ5 Saplingプロトコルの他の実装を用いた異なるブロックチェーンでも、プロトコルをどのように適合できるか？

主な発見

• Zclaimは、協力する仲介者でさえも合計転送額を推測できないようにすることで、クロスチェーン転送における強力なプライバシーを実現している。
• 分割ベースの obfuscation 技術により、合計価値に関する情報漏洩が最大価値の定数倍未満に抑えられ、顕著な匿名性を達成している。
• 取引部分数（n）の可能な値の数は log₂k 未満に低下しないため、大規模な取引であっても匿名セットが大きく保たれる。
• 合計価値が公開された場合の特定値の観測確率と事前確率の比は上界に抑えられており、情報漏洩が制限されていることが示された。
• Zclaimは、Saplingプロトコルとスマートコントラクトをサポートする任意のブロックチェーン（Tezos や Ethereum を含む）と互換性があり、リレーや検証ロジックへの最小限の変更で利用可能である。
• ZclaimはZcashの最新版であるOrchardに対応しており、今後はマルチアセットシールドプールのサポートを拡張する予定であり、将来的なZcashのアップグレードに対しても拡張性を示している。

(b) Redeem