かつては理論的な概念であった量子コンピューティングは、現在急速に進歩し、データ処理に対する私たちの理解を再構築しています。

ビットを使用する従来のコンピューターとは異なり、量子マシンは、一度に複数の状態に存在できる量子ビットを活用します。これにより、複雑な問題に取り組む際に、従来のコンピューティング システムよりも大幅に効率的になります。

ブロックチェーン分野にとって、量子技術の台頭は、ブロックチェーンのセキュリティを支える暗号化システムに大きな脅威をもたらします。Rivest-Shamir-Adleman (RSA) や楕円曲線暗号 (ECC) などの現在の暗号化方式は、ビットコインやイーサリアムなどのネットワークで広く使用されています。

量子コンピューターの核となる強みは、従来のシステムでは解読できない複雑さにあります。しかし、量子コンピューターはこれらのシステムを破ることができると主張しており、これらのネットワークは、かつてはあり得ないと考えられていた攻撃に対して脆弱になる可能性があります。

暗号通貨、非代替トークン (NFT)、分散型アプリケーション (DApps) を含むセクター全体が危険にさらされているため、量子耐性のある暗号化対策が緊急に必要とされています。ポスト量子時代に向けてゆっくりと進むにつれて、ブロックチェーン セクターは革新と適応をしなければなりません。

これらの問題を明らかにするために、シークレットネットワーク財団のエグゼクティブディレクターであり、IEEE SA 量子アルゴリズム作業グループの議長であるリサ・ラウド氏が最近 crypto.news にインタビューし、量子コンピューティングがブロックチェーンのセキュリティに与える影響と、これらの脅威にどのように対処しているかについて議論しました。

量子コンピューティング攻撃とは何ですか? また、なぜそれがブロックチェーンや暗号通貨全般に対する脅威と見なされるのですか?

量子コンピューティング攻撃は、さまざまな組み合わせを試す能力が従来のコンピューターよりも大幅に強化されている点で、現代のブルートフォース攻撃に似ています。3桁のダイヤル錠の場合、組み合わせは約1000通りあり、忍耐強い泥棒であれば、そのすべてを試してスーツケースのロックを解除したり、自転車を盗んだりすることができます。12文字のオンラインパスワードの場合、組み合わせは7212通りの異なるパスワードに増えますが、これは人間には対応できません。しかし、従来のコンピューターであれば、それらをすべて順番に試して、最終的に正しい組み合わせを見つけることができます。暗号化された秘密鍵を持つウォレットがある場合、可能なオプションの数は2256に増えます。これは従来のコンピューティングでは管理するには多すぎますが、量子コンピューターなら可能です。

これは現実を単純化したものですが、量子コンピュータ攻撃がブロックチェーンや暗号通貨にとってなぜ脅威となるのかという概念を伝えています。この脅威に対処するための多くの提案は主に理論的なものであったり、ネイティブな量子耐性を備えた新しいブロックチェーンを作成するという解決策に依存していますが、既存のブロックチェーンに何百万ドルもの資金が投入されている場合、これは現実的ではありません。代わりに、一部の研究者は、既存のブロックチェーンに適用できるエンドツーエンドのフレームワークに焦点を当てています3。もう1つのあまり目立たないが潜在的な脅威は、量子コンピュータが従来のコンピュータよりもはるかに高速にブロックをマイニングできるため、マイニング能力が集中化される可能性があることです。

量子コンピューティング技術が完全に準備される前に、ブロックチェーン分野はこれらの問題に対処できるでしょうか?

これらは現在私たちが直面している問題ですが、量子コンピューティングが現実のものとなったら何が起こるかは誰にもわかりません。ブロックチェーンの暗号化はこれらの脅威に対抗するために進化していることはわかっていますが、最大の疑問は、私たちがまだ考えていないことは何かということです。現在は明らかではないが、これら 2 つのテクノロジーが同じ領域に登場したときに初めて現れる脅威は何でしょうか。答えはわかりませんが、1 つだけ確かなことがあります。それは、ブロックチェーンが量子コンピューティングに遭遇すると、解決すべき新しい予期しない問題が発生するということです。

理論的には、量子コンピュータは RSA や楕円曲線暗号アルゴリズムを破ることができますが、ビットコインやイーサリアムなどの現在のブロックチェーン プラットフォームに対する脅威はどの程度差し迫っているのでしょうか。

量子暗号の分野は、既存の暗号を破る可能性を秘めているものの、実用化にはほど遠い。同時に、オンチェーン暗号化は進化を続けており、今日の暗号学者は量子の脅威が迫っていることを認識している。こうした一連の状況の結果として、新しいオンチェーン暗号化方法の開発には、量子耐性のある方法が必要であると考えられている。今日、量子ハードウェアが主に理論的な構成のままであるため、ビットコインやイーサリアムに差し迫った脅威はない。

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暗号化標準は量子脅威からブロックチェーン ネットワークを保護するのに役立つと思いますか? それらを Bitcoin や Ethereum などの既存のシステムに統合できますか?

SPHINCS+ など、量子耐性に対応するように設計されたさまざまな暗号通貨アルゴリズムがあります。私は IEEE の標準化委員会の議長を務め、量子アルゴリズムの作成に関するベスト プラクティスを定義していますが、IEEE には他にも、量子耐性ソフトウェア開発のベスト プラクティスに取り組んでいるワーキング グループや標準化団体が数多くあります。ブロックチェーンは、業界の他の多くの分野よりも早く暗号化アルゴリズムを切り替えることができます。特に、ガバナンス構造が整備されているチェーンは、切り替えが簡単になります。ビットコインやイーサリアムなどのチェーンでは、切り替えに時間がかかる場合があります。

分散型ブロックチェーンが量子耐性暗号への移行で直面する課題は何ですか? パブリックブロックチェーンに固有の匿名性は問題になりますか?

ブロックチェーンユーザーの匿名性は、ここではそれほど問題ではありません。問題は各ブロックチェーン上のノードの分布であり、ビットコインはその中でも最も極端です。ビットコインを量子耐性にするための緩和戦略には、ほぼ確実にウォレットアドレス形式の変更が必要になります。ビットコインのプルーフオブワーク合意メカニズムは直ちに脅かされることはありませんが、そのアドレスシステム（ECDSA – 楕円曲線デジタル署名アルゴリズムに基づく）は脆弱であり、変更する必要があります。これは歴史的に混乱と損失を生み出す厄介なプロセスでした。イーサリアムは、アドレス構造と広範な分布で同様の課題に直面していますが、スマートコントラクト機能によりビットコインよりも簡単にアップグレードできるという利点があります。

したがって、ブロックチェーンをポスト量子暗号に移行する際には課題があり、チェーンの分散が広がれば広がるほど、これらの課題を克服することが難しくなります。移行が遅いウォレットは、量子攻撃に対する脆弱性が高くなる可能性があります。移行期間中にポスト量子システムがレガシーシステムと対話できるようにするには、長期間にわたってデュアルシステムのメンテナンスが必要になり、キー構造が大きくなるとブロックチェーンのパフォーマンスに影響する可能性があります。

では、移行に対応できる既存のブロックチェーン ネットワークはあるのでしょうか?

最近構築されたブロックチェーンの中には、緩和策がより簡単なものもあります。たとえば、Cosmos は移行が容易になるような構成になっています。Cosmos SDK 上に構築されたすべてのチェーンは、ウォレットの統合を容易にするために、共通の量子耐性アルゴリズムを選択する必要があるかもしれません。Secret Network や Fhenix など、一部のチェーンは、トランザクションで運ぶデータを暗号化するように特別に設計されています。Secret は、安全なハードウェア エンクレーブ (Intel SGX の TEE など) を使用して、チェーン上の暗号化されたデータを保護します。これらの暗号化は、安全なエンクレーブがパフォーマンスに影響を及ぼしながら暗号化スキームをリアルタイムで変更できるため、量子攻撃に耐性があります。Fhenix は、数学、つまり完全準同型暗号化を使用して、量子耐性のある複雑な暗号化スキームでデータを保護します。FHE のテクノロジーは、現在使用できる状態ではありませんが、そのタイムラインは量子コンピューターのタイムラインよりもはるかに短いです。これにより、量子コンピューティングがブロックチェーンを攻撃する準備ができるよりはるかに早く、量子耐性を組み込んだブロックチェーンの未来をネイティブに構築できます。

量子コンピューティングの脅威が避けられなくなるまで、ブロックチェーン分野にはどれくらいの時間が残されているのでしょうか?

今後10～20年で、[ブロックチェーン]業界は完全に準備が整っているはずです。多くの専門家は、現在の暗号システムを破ることができる量子コンピューターがこの期間内に出現する可能性があると考えています。それ以降も、対処しなければ、量子コンピューターはブロックチェーンで使用されている現在の暗号システムのほとんどを破ることができる可能性があります。量子コンピューティングがビットコインやイーサリアムの暗号化を脅かす日が来るかどうかは不確かな未来です。複雑な問題を処理するのに十分なハードウェアとソフトウェアを備えたコンピューターがいつ準備できるかについては、2014年以降に開発された量子ビットの数をモデル化し、そのタイムラインを予測すると1、最も早い推定では2035年、さらに遅くて2050年という人もいます。

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