暗号資産 (仮想通貨)で使われる代表的な暗号技術まとめ
暗号資産（仮想通貨）は、その安全性と信頼性の根幹に、高度な暗号技術が支えています。本稿では、暗号資産で使われる代表的な暗号技術について、その原理、役割、そして相互の関係性を詳細に解説します。暗号資産の理解を深める上で、これらの技術的基盤を把握することは不可欠です。
1. ハッシュ関数
ハッシュ関数は、任意の長さのデータを固定長の文字列（ハッシュ値）に変換する関数です。暗号資産においては、主にデータの改ざん検知や、ブロックチェーンにおけるブロックの識別に使用されます。代表的なハッシュ関数として、SHA-256、SHA-3、RIPEMD-160などが挙げられます。
1.1 SHA-256
SHA-256は、Secure Hash Algorithm 256-bitの略で、アメリカ国立標準技術研究所（NIST）によって開発されたハッシュ関数です。ビットコインをはじめとする多くの暗号資産で使用されており、その高い安全性から広く信頼されています。入力データがわずかでも異なると、全く異なるハッシュ値が出力されるという特性（雪崩効果）を持ち、データの改ざんを検知するのに有効です。
1.2 SHA-3
SHA-3は、SHA-2の代替としてNISTによって選定されたハッシュ関数です。Keccakと呼ばれるアルゴリズムに基づいており、SHA-2とは異なる構造を持つため、万が一SHA-2に脆弱性が見つかった場合でも、SHA-3を使用することでセキュリティを維持できます。
1.3 RIPEMD-160
RIPEMD-160は、RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digestの略で、SHA-256と同様に、データの改ざん検知に使用されます。ビットコインのアドレス生成などに用いられています。
2. 公開鍵暗号方式
公開鍵暗号方式は、暗号化と復号に異なる鍵を使用する暗号方式です。暗号化には公開鍵を使用し、復号には秘密鍵を使用します。これにより、秘密鍵を安全に保つ限り、公開鍵を知っていても暗号化されたデータを復号することはできません。暗号資産においては、主に取引の署名や、ウォレットの保護に使用されます。代表的な公開鍵暗号方式として、RSA、楕円曲線暗号（ECC）などが挙げられます。
2.1 RSA
RSAは、Rivest-Shamir-Adlemanの頭文字を取ったもので、1977年に発表された公開鍵暗号方式です。大きな数の素因数分解の困難さを利用しており、安全性の根拠となっています。しかし、鍵長が長くなるほど計算量が増大するため、近年ではより効率的な楕円曲線暗号が主流になりつつあります。
2.2 楕円曲線暗号（ECC）
ECCは、楕円曲線上の数学的な問題の困難さを利用した公開鍵暗号方式です。RSAと比較して、同等の安全性を持つ鍵長が短いため、計算量が少なく、モバイルデバイスなどリソースが限られた環境でも利用しやすいという特徴があります。ビットコインやイーサリアムなど、多くの暗号資産で使用されています。
3. デジタル署名
デジタル署名は、電子文書の作成者を認証し、改ざんを検知するために使用される技術です。公開鍵暗号方式を応用しており、秘密鍵で署名を作成し、公開鍵で署名を検証します。暗号資産においては、取引の正当性を保証するために使用されます。
3.1 ECDSA
ECDSAは、Elliptic Curve Digital Signature Algorithmの略で、楕円曲線暗号に基づいたデジタル署名方式です。ビットコインで使用されており、取引の署名に使用されます。ECDSAは、秘密鍵を使用して取引データをハッシュ化し、そのハッシュ値に署名を作成します。受信者は、送信者の公開鍵を使用して署名を検証し、取引が正当であることを確認します。
3.2 EdDSA
EdDSAは、Edwards-curve Digital Signature Algorithmの略で、ECDSAよりも高速で安全なデジタル署名方式です。Curve25519という楕円曲線を使用しており、ECDSAと比較して、署名の検証が高速であるという特徴があります。
4. Merkle木
Merkle木は、大量のデータを効率的に検証するためのデータ構造です。ブロックチェーンにおいては、ブロック内の取引データをまとめてハッシュ化し、そのハッシュ値をツリー状に構成します。これにより、特定の取引の存在を証明するために、ブロック全体をダウンロードする必要がなく、必要なハッシュ値のみを検証すれば済みます。
4.1 Merkleルート
Merkle木の最上位にあるハッシュ値をMerkleルートと呼びます。Merkleルートは、ブロック内のすべての取引データのハッシュ値を表しており、ブロックの整合性を保証する役割を果たします。
5. 暗号化通信
暗号化通信は、通信内容を暗号化することで、第三者による盗聴を防ぐ技術です。暗号資産においては、ウォレットと取引所間の通信や、ノード間の通信に使用されます。代表的な暗号化通信プロトコルとして、TLS/SSLなどが挙げられます。
5.1 TLS/SSL
TLS/SSLは、Transport Layer Security/Secure Sockets Layerの略で、インターネット上で安全な通信を確立するためのプロトコルです。暗号化、認証、データ整合性の保証を提供し、ウェブサイトのHTTPS通信などに使用されます。暗号資産の取引所やウォレットは、TLS/SSLを使用して通信を暗号化し、ユーザーの情報を保護しています。
6. その他の暗号技術
上記以外にも、暗号資産では様々な暗号技術が使用されています。例えば、ゼロ知識証明、リング署名、ステルスアドレスなどがあります。これらの技術は、プライバシー保護やスケーラビリティ向上などを目的として開発されています。
6.1 ゼロ知識証明
ゼロ知識証明は、ある命題が真であることを、その命題に関する情報を一切開示せずに証明する技術です。プライバシー保護を重視する暗号資産で使用されています。
6.2 リング署名
リング署名は、複数の署名者のうち、誰が署名したかを隠蔽する技術です。プライバシー保護を重視する暗号資産で使用されています。
6.3 ステルスアドレス
ステルスアドレスは、取引の送信元と受信先の関係を隠蔽する技術です。プライバシー保護を重視する暗号資産で使用されています。
まとめ
暗号資産は、ハッシュ関数、公開鍵暗号方式、デジタル署名、Merkle木、暗号化通信など、様々な暗号技術を組み合わせて実現されています。これらの技術は、暗号資産の安全性、信頼性、そしてプライバシー保護を支える重要な要素です。暗号資産の技術的基盤を理解することで、その可能性とリスクをより深く理解することができます。今後も、暗号技術は進化を続け、暗号資産の発展に貢献していくと考えられます。
