[仕様概要] RSA x ZK ハイブリッド投票プロセスの全体像

[nezu511]

概要 (Overview)

本仕様は、Leviathan EVMの最大の独自性である「身元証明と完全匿名のハイブリッド統合」を実現するための投票フローを定義する。
特定の管理者に依存しない究極の民主主義インフラとして、Phase 1で「マイナンバーのRSA署名による確実な身元証明」を行い、Phase 2で「ZK-SNARKsによる完全匿名性と二重投票防止」を両立する。

これら重い暗号処理はSolidity層ではなく、Rustで実装されたEVMコアの「プレコンパイルコントラクト」としてネイティブに統合することで、ガス代最適化と処理の高速化を実現する。

Phase 1: 有権者登録（RSAによる身元証明とCommitmentの登録）

このフェーズの目的は、個人の身元を確実に担保しつつ、誰の物か分からない「投票箱（Commitment）」をオンチェーンのStateに登録することである。

1. フロントエンド（スマホアプリ）の処理

• 乱数の生成: ユーザーの端末内で Secret（秘密のパスワード）と Nullifier（無効化キー）を生成する。
• Commitmentの作成: 上記2つをハッシュ化し、ユーザー専用の「投票箱」となる Commitment を作成する。
• 署名対象データの構築: リプレイ攻撃や箱のすり替えを防ぐため、以下のデータを結合して Message Hash（32バイト）を作成する。
  • Commitment (32バイト)
  • Contract Address (20バイト)
  • Chain ID (32バイト)
• マイナンバー署名: JPKI（マイナンバーカードのICチップ）の秘密鍵を使用し、生成した Message Hash に対してRSA-2048署名を行う。

2. オンチェーン（Leviathan EVM）の処理

ユーザーからのトランザクション（ガスレスのメタトランザクションを想定）を受け取り、RustネイティブのRSA検証プレコンパイル（例: 0x0a）を呼び出す。

• 入力データ (Tight Packing): ガス代最適化のため、ゼロパディングを排除した以下のフラットなバイト列をSolidityからプレコンパイルへ渡す。

• 状態の更新: プレコンパイルでの検証が成功した場合のみ、コントラクトは該当の Commitment を「登録済み投票箱リスト」としてMerkle Patricia Trie (MPT) にコミットする。

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Phase 2: 匿名投票（ZK-SNARKsによる証明と二重投票防止）

このフェーズの目的は、自分が「登録済みのCommitmentの所有者である」ことだけをゼロ知識証明（ZK）で証明し、完全な匿名性を保ったまま投票を実行することである。ここではマイナンバーカードは一切使用しない。

1. フロントエンド（スマホアプリ）の処理

• 投票先の選択: ユーザーが候補者（例: A候補）を選択する。
• ZK Proof（証明書）の生成: 端末のバックグラウンド（Circom回路）で以下の条件を満たすZK-SNARKsの証明書を生成する。
  • 「私はオンチェーンに登録されているCommitmentのどれか1つを生成した Secret と Nullifier を知っている」
  • 「しかし、それがどのCommitmentであるかは明かさない」
• トランザクション送信: 生成した ZK Proof、投票先データ、および生の Nullifier のみをRelayer経由でEVMへ送信する。ユーザーのIPやアドレスは完全に秘匿される。

2. オンチェーン（Leviathan EVM）の処理

• Nullifierの検証（二重投票防止）: コントラクトは送信された Nullifier が過去に使用されていないか（State内に存在しないか）をチェックする。すでに存在する場合はトランザクションをRevertする。
• ZK Proofの検証: BN254等のプレコンパイルを利用し、提出された証明書が数学的に正しいかを検証する。
• 状態の更新: 検証に成功した場合、以下をインメモリのCacheに対して行い、トランザクション終了時にMPTへコミットする。
  1. 選択された候補者に1票を加算する。
  2. 提出された Nullifier を「使用済みリスト」に登録する。

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セキュリティとプライバシーの担保（まとめ）

• 成りすましの防止: Phase 1において、登録される Commitment 自体にJPKIの署名をバインディングしているため、他者による登録データの横取りや改ざんは数学的に不可能である。
• 匿名性の絶対保護: Phase 2において、EVMに公開されるのは「ZKの証明書」と「Nullifier」のみであり、Phase 1で登録した個人情報（誰がどのCommitmentを置いたか）と、Phase 2の投票行動（誰に投票したか）のリンクを数学的に完全に断ち切っている。