ゼロ知識P2Pじゃんけん

ゼロ知識P2Pじゃんけん

ゼロ知識証明とP2P通信を組み合わせた、サーバーレスかつセキュアなジャンケンゲーム

  • ゼロ知識証明
  • P2P
  • React

# ZK P2P Rock-Paper-Scissors

# 概要

「ZK P2P Rock-Paper-Scissors」は、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proofs）とピアツーピア（P2P）通信を組み合わせた、サーバーレスなジャンケンゲームである。嘘である。実際にはゼロ知識証明は用いておらず、Commit-Reveal方式を利用し、情報を隠したまま宣言し、後からその内容を公開して証明する二段階の仕組みを用いている。中央サーバーを一切介さず、WebRTC DataChannels を利用してプレイヤー間で直接通信を行い、SnarkJS と Circom を用いた証明によって「後出し」や「不正な手」を数学的に防止する。

# 想定ユーザー / ユースケース

  • プライバシーを重視するユーザー: 通信ログやプレイ履歴を残したくない人。
  • Web3 / ZK技術に関心がある開発者: ゼロ知識証明のブラウザ実装や、サーバーレスなP2Pアプリケーションの実例を学びたい人。
  • セキュアな対戦ゲームを求める人: 中央管理者がいない環境でも、数学的な保証によって公平な対戦を楽しみたい人。

# 使用技術（Tech Stack）

## フロントエンド

  • React 19: 最新のReactライブラリを使用した、コンポーネントベースのUI開発。
  • TypeScript: 型安全性による堅牢なコードベース。
  • Vite: 高速な開発サーバーおよびビルドツール。

## UI / スライリング

  • Tailwind CSS 4: モダンなユーティリティファーストのCSSフレームワーク。
  • Lucide React: 一貫性のあるアイコンセット。

## 状態管理 / データ

  • Zustand: 軽量なグローバル状態管理。

## ブラウザAPI

  • WebRTC DataChannels: サーバーを介さないリアルタイムのP2P通信。
  • Web Crypto API: 高速な暗号処理とハッシュ生成。

## 開発環境

  • Bun: 高速なJavaScriptランタイムおよびパッケージマネージャー。
  • SnarkJS / Circom: ゼロ知識証明の回路作成と証明生成・検証。

# 主な機能

  1. サーバーレスP2P対戦:
    • WebRTCの手動シグナリングにより、サーバー不要で接続を確立。SDP（Session Description）をコピー＆ペーストするだけで対戦を開始する。
  2. ゼロ知識証明による公平性の保証:
    • Commit-Revealプロトコル: 手を出す前にハッシュ値（コミットメント）を交換し、後から手（Reveal）を公開する。
    • 不正防止: 公開された手が、最初にコミットした手と一致すること、および「グー・チョキ・パー（0, 1, 2）」のいずれかであることを、手そのものを明かす前にZK証明で保証する。
  3. ローカル完結型の処理:
    • ZK証明の生成と検証はすべてユーザーのブラウザ上で行われ、秘密鍵（Salt/Nonce）や選択した手が外部に送信されることはない。

# 技術的ポイント：詳細解説

## 1. ゼロ知識証明（ZK）を活用した対戦フロー

本ゲームでは、相手に手を知られずに「自分が選んだ手は正当である」と証明し、後から「最初に選んだのはこの手である」と証明するために Commit-Revealプロトコル を採用している。

## 2. P2P接続：サーバーレス・シグナリング

通常、WebRTC接続には仲介役のサーバーが必要ですが、本プロジェクトでは手動シグナリングによってサーバーへの依存を100%排除している。

## 3. Circom（サーコム）とは？

Circom は、ゼロ知識証明のための「計算回路（Circuit）」を作る専門の言語である。

[!TIP] > パズルに例えると...

あなたはある「難しいパズル（計算問題）」を解いたとしよう。相手に対して「正解そのもの」は見せたくないが、「確かに解いた（正解を知っている）」ということだけは信じてもらいたい...。

そのための**「魔法の解答用紙（回路）」**を作るのが Circom である。

  1. あなたは Circom で「正解ならOK、不正ならエラー」と答える回路を設計する。
  2. あなたが手元で回路に答え（秘密の入力）を入れると、**「ZK証明書」**が発行される。
  3. 相手はその「ZK証明書」と「回路のルール」を見るだけで、あなたの答えが正解であることを100%確信できる。

本プロジェクトの Circom 回路（hand_integrity.circom）では、以下の2点を厳格にチェックしている

  • 手の正当性: 入力された値が「0（グー）、1（チョキ）、2（パー）」のいずれかであること。
  • 改ざん防止: 出力されたハッシュ値が、自分の公開鍵や現在のラウンド番号、選んだ手から正しく計算されたものであること。

## 4. セキュリティ設計

  • リプレイアタック対策: ハッシュ生成に roundNumber を含めることで、過去の証明を再利用して不正を行うことを防いでいる。
  • Poseidonハッシュ: ZK技術での計算効率が非常に高い、Web3時代のモダンなハッシュ関数を採用してる。

# 動作条件（重要）

  • モダンなブラウザ: WebRTC および WebAssembly (for SnarkJS) が動作する最新のブラウザが必要である。
  • 手動接続: 対戦相手と何らかの手段（チャットツールなど）で接続情報を一回交換する必要がある。
  • 証明生成時の計算負荷: ブラウザ上で証明を生成するため、一時的にCPU負荷が高くなる場合がある（数秒程度）。

# 今後の改善案

  • シグナリングの自動化: 必要に応じて、利便性向上のためのオプションとしてシグナリングサーバーへの対応。
  • ターンベースから同時進行への拡張: 複数の対戦を並行して行えるスケーラブルな設計への変更。
  • 他ゲームへの応用: このZK P2P基盤を、ポーカーや将棋などのより複雑なボードゲームに応用。
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