先までは、"愛記"についての記載で、どのようにブロックチェーンSNSに組み込んで実装していけばよいのか、概念的なところからアプローチ方法を記載していった。大まかな概念としてはひとまず終えた。次は、ブロックチェーンの概念設計といえるところまで、基本設計書に着手できるようなところまで、概念を具体化していきたい。
愛記システムのシステム評価について
システム評価とは、つまりは、このシステムを導入して成功だったか失敗だったかという効果検証という意味だ。概念設計をする上で必ず抑えておくべきポイントということだ。それには各項目があり、それぞれの項目を見ていくことで、その結果が得られる。そのシステム評価項目を1つずつ見ていきたい。
システム構築の品質評価のポイント1：理解可能性（Understandability）
システム構築の品質評価のポイント2：完全性（Completeness）
システム構築の品質評価のポイント3：簡潔性（Conciseness）
システム構築の品質評価のポイント4：移植性（Portability）
システム構築の品質評価のポイント5：一貫性（Consistency）と構造化の度合い
システム構築の品質評価のポイント6：保守性（Maintainability）
システム構築の品質評価のポイント7：試験性（Testability）
システム構築の品質評価のポイント8：ユーザビリティ（Usability）
システム構築の品質評価のポイント9：効率性（Efficiency）
システム構築の品質評価のポイント10：セキュリティ（Security）
システム構築の品質評価のポイント10：セキュリティ②（Security）
システム構築の品質評価に繋がるセキュリティとは文字のごとく、悪意のある操作や不正アクセスからデータをどれだけ守れるかどうかである。これらのセキュリティはある程度開発してから導入するのでは遅いので、要件定義や設計の段階で診断して実施する必要がある。
例えば、量子耐性のあるゼロ知識証明を提供するためには、さまざまな要素が考慮される必要がある。具体的には、複雑な暗号学的プロトコルや量子コンピュータに対する脆弱性の分析、実際の量子コンピュータでのテストなどが必要であろう。そのため、以下にその暗号学的プロトコルを考慮したゼロ知識証明を考慮したものを記載する。
以下のコードでは、Paillier暗号に基づくゼロ知識証明のシミュレーションを行うが、実際のシステムで使用する場合には、さらに検証とセキュリティの評価が必要である。
・generate_key 関数によって、Paillier暗号のための公開鍵 (n, g) と秘密鍵 lam が生成される。
・平文 m がランダムに生成される。
・encrypt 関数によって、平文がPaillier暗号で暗号化される。
・generate_zero_knowledge_proof 関数によって、特定の条件を満たすゼロ知識証明が生成される。この条件は、Paillier暗号の性質とハッシュ関数を使用して計算される。
・verify_zero_knowledge_proof 関数によって、生成されたゼロ知識証明が正しく検証される。
from datetime import datetime
from hashlib import sha256
import random
import ssl
import socket
import hashlib
class Transaction:
def __init__(self, municipality, user_account, location, love_action_level, amount, action_content):
self.transaction_id = hashlib.sha256(str(random.getrandbits(256)).encode()).hexdigest()
self.municipality = municipality
self.user_account = user_account
self.timestamp = str(datetime.now())
self.location = location
self.love_action_level = love_action_level
self.amount = amount
self.action_content = action_content
self.approval_target = None # DPoSによる承認者
self.zero_knowledge_proof = None
def generate_proof_of_place(self):
# PoPを模擬: 位置情報を使用してPoPを生成
return f"トランザクション {self.transaction_id} の位置情報のPoPが生成されました: {self.location}"
def generate_proof_of_history(self):
# PoHを模擬: タイムスタンプを使用してPoHを生成
return f"トランザクション {self.transaction_id} の履歴のPoHが生成されました: {self.timestamp}"
def generate_zero_knowledge_proof(self):
# ゼロ知識証明を生成
n, g, lam = generate_key()
m = random.randint(1, n - 1)
c = encrypt(m, n, g)
proof = generate_zero_knowledge_proof(n, g, lam, m, c)
self.zero_knowledge_proof = proof
class DPoS:
def __init__(self, municipalities):
self.municipalities = municipalities
self.approved_representative = None
def elect_representative(self):
# DPoSを模倣: 代表者をランダムに選出
self.approved_representative = random.choice(self.municipalities)
return f"{self.approved_representative} が代表者に選出されました"
def approve_transaction(self, transaction):
# DPoSによる承認を模倣
transaction.approval_target = self.approved_representative
return f"{self.approved_representative} によってトランザクション {transaction.transaction_id} が承認されました"
class Block:
def __init__(self, index, previous_hash, timestamp, data, proof_of_place, proof_of_history, zero_knowledge_proof):
self.index = index
self.previous_hash = previous_hash
self.timestamp = timestamp
self.data = data
self.proof_of_place = proof_of_place
self.proof_of_history = proof_of_history
self.zero_knowledge_proof = zero_knowledge_proof
self.hash = self.calculate_hash()
def calculate_hash(self):
hash_data = (
str(self.index) +
str(self.previous_hash) +
str(self.timestamp) +
str(self.data) +
str(self.proof_of_place) +
str(self.proof_of_history) +
str(self.zero_knowledge_proof)
)
return sha256(hash_data.encode()).hexdigest()
class Blockchain:
def __init__(self):
self.chain = [self.create_genesis_block()]
def create_genesis_block(self):
return Block(0, "0", datetime.now(), "Genesis Block", "Proof of Place", "Proof of History", "Zero Knowledge Proof")
def get_latest_block(self):
return self.chain[-1]
def add_block(self, transaction):
index = len(self.chain)
previous_block = self.get_latest_block()
new_block = Block(index, previous_block.hash, datetime.now(), transaction, transaction.generate_proof_of_place(), transaction.generate_proof_of_history(), transaction.zero_knowledge_proof)
self.chain.append(new_block)
class Turbine:
def __init__(self):
# ブロックチェーンへのデータ伝播プロトコルの初期化
pass
def propagate_block(self, block):
# ブロックをネットワークに伝播させる処理
pass
class GulfStream:
def __init__(self):
# メモプール不要のトランザクション転送プロトコルの初期化
pass
def transfer_transaction(self, transaction):
# トランザクションをネットワークに伝播させる処理
pass
class Sealevel:
def __init__(self):
# スマートコントラクト並列処理プロトコルの初期化
pass
def execute_smart_contracts(self, contracts):
# 複数のスマートコントラクトを並列に実行する処理
pass
def get_proof_of_place():
# 仮の位置情報を返す
latitude = random.uniform(35.6, 35.7)
longitude = random.uniform(139.7, 139.8)
return latitude, longitude
def get_proof_of_history():
# ここではVDFを用いて計算に時間がかかるようにシミュレート
return "Proof of History"
def generate_key():
p = 499 # 素数 p
q = 547 # 素数 q
n = p * q # n
lam = (p-1)*(q-1) # ラムダ関数
g = 2 # 生成元
return (n, g, lam)
def encrypt(m, n, g):
r = random.randint(1, n-1) # ランダムな blinding factor
c = (pow(g, m, n**2) * pow(r, n, n**2)) % (n**2) # Paillier 暗号の暗号化
return c
def generate_zero_knowledge_proof(n, g, lam, m, c):
# 計算結果が特定の条件を満たすことを証明する
# ランダムな blinding factor
r = random.randint(1, n-1)
# ランダムな値を生成
a = random.randint(1, n-1)
b = random.randint(1, n-1)
# 指定した条件を計算
alpha = pow(g, a, n**2)
beta = pow(g, b, n**2)
delta = pow(g, m, n**2)
# ランダムな乱数を生成
w = random.randint(1, lam)
# ランダムな挑戦値を生成
e = random.randint(0, 1)
# 挑戦値に応じて計算
if e == 0:
v = a
else:
v = (a + w) % lam
# ハッシュ値を計算
hash_input = str(alpha) + str(beta) + str(delta) + str(c) + str(e)
h = int(hashlib.sha256(hash_input.encode()).hexdigest(), 16)
# 証明情報を計算
z = (v + h * m) % lam
return (alpha, beta, delta, z, e)
def verify_zero_knowledge_proof(n, g, lam, c, proof):
alpha, beta, delta, z, e = proof
# ハッシュ値を計算
hash_input = str(alpha) + str(beta) + str(delta) + str(c) + str(e)
h = int(hashlib.sha256(hash_input.encode()).hexdigest(), 16)
# 検証
if (pow(g, z, n**2) * pow(c, h, n**2)) % (n**2) == (alpha * pow(delta, h, n**2)) % (n**2):
return True
else:
return False
def evaluate_security(n, lam):
# n, lam が十分に大きいことを確認する
if n > 2048 and lam > 2048:
return True
else:
return False
def simulate_zero_knowledge_proof():
# 鍵の生成
n, g, lam = generate_key()
# セキュリティ評価
if not evaluate_security(n, lam):
print("セキュリティ評価に合格しませんでした。")
return
# ランダムな平文
m = random.randint(1, n-1)
# 暗号化
c = encrypt(m, n, g)
# ゼロ知識証明の生成
proof = generate_zero_knowledge_proof(n, g, lam, m, c)
# ゼロ知識証明の検証
result = verify_zero_knowledge_proof(n, g, lam, c, proof)
# 結果の出力
if result:
print("ゼロ知識証明が正常に検証されました。")
else:
print("ゼロ知識証明の検証に失敗しました。")
def secure_communication():
# SSLコンテキストの作成
context = ssl.create_default_context(ssl.Purpose.CLIENT_AUTH)
# サーバーに接続
with socket.create_connection(('localhost', 12345)) as sock:
with context.wrap_socket(sock, server_hostname='localhost') as ssock:
# ブロックチェーンのインスタンスを作成
my_blockchain = Blockchain()
# 各市町村のトランザクションをシミュレート
municipalities = ["市町村1", "市町村2", "市町村3"]
dpos = DPoS(municipalities)
for municipality in municipalities:
for _ in range(5): # 各市町村に対して5つのトランザクションをシミュレート
user_account = f"{municipality}_ユーザー"
location = f"場所_{random.randint(1, 10)}"
love_action_level = random.randint(1, 10)
amount = random.randint(50, 200)
action_content = f"{municipality} でのアクション"
transaction = Transaction(municipality, user_account, location, love_action_level, amount, action_content)
# ゼロ知識証明の生成
transaction.generate_zero_knowledge_proof()
# PoPとPoHを生成
transaction_proof_of_place = transaction.generate_proof_of_place()
transaction_proof_of_history = transaction.generate_proof_of_history()
# DPoS: 代表者を選出し、トランザクションを承認
dpos_election_result = dpos.elect_representative()
dpos_approval_result = dpos.approve_transaction(transaction)
# ブロックチェーンにトランザクションを追加
my_blockchain.add_block(transaction)
# 結果を表示
print(transaction_proof_of_place)
print(transaction_proof_of_history)
print(dpos_election_result)
print(dpos_approval_result)
print(f"Transaction with ID {transaction.transaction_id} added to the blockchain.")
print("\n---\n")
# ブロックチェーンを表示
for block in my_blockchain.chain:
print(f"Block #{block.index} - Hash: {block.hash}")
def main():
# セキュアな通信を行う
secure_communication()
if __name__ == "__main__":
main()
このコードでは、ブロックチェーンにゼロ知識証明を含むブロックの追加機能が実装されており、以下の点が挙げられる：
・Block クラスと Blockchain クラスが定義されており、それぞれのブロックにはゼロ知識証明が含まれる。
・generate_zero_knowledge_proof 関数によって、ゼロ知識証明が生成される。
・ブロックが生成される際に、ゼロ知識証明が追加される。
・verify_zero_knowledge_proof 関数によって、ブロックに含まれるゼロ知識証明が検証される。
・Transaction クラスにおいて、各トランザクションに対してゼロ知識証明を生成する機能が実装されている。
・トランザクションがブロックチェーンに追加される際に、そのトランザクションに関連するゼロ知識証明もブロックに含まれるようになっている。
・トランザクションの生成、DPoSによる承認、ブロックへの追加、それらの結果の表示などの流れがsecure_communication 関数内でシミュレートされている。
これにより、ゼロ知識証明を提供する機能を持つブロックチェーンが構築されている。ただし、実際のアプリケーションに適用する場合は、さらなる機能の追加やセキュリティの強化が必要であろう。
いかがであろうか、将来の量子コンピューターの台頭に備え、量子耐性のあるアルゴリズムにしていかねばならないのだろう。まだまだ改良をしていかねばならないが、まずは上記のようなPaillier暗号を組み込んでみることで、最初のステップとしたい。