暗号資産（仮想通貨）で活用される暗号アルゴリズムまとめ
暗号資産（仮想通貨）の根幹をなす技術として、暗号アルゴリズムは不可欠です。これらのアルゴリズムは、取引の安全性を確保し、改ざんを防止し、分散型台帳の信頼性を維持するために用いられます。本稿では、暗号資産で活用される主要な暗号アルゴリズムについて、その原理、特徴、および具体的な利用例を詳細に解説します。
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、主にデータの整合性検証やパスワードの保存などに利用されます。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。
SHA-256
SHA-256（Secure Hash Algorithm 256-bit）は、米国国家安全保障局（NSA）によって設計されたハッシュ関数です。256ビットのハッシュ値を生成し、ビットコインをはじめとする多くの暗号資産で利用されています。SHA-256は、衝突耐性（異なるデータから同じハッシュ値が生成されることの難しさ）が高く、安全性が高いとされています。
SHA-3
SHA-3（Secure Hash Algorithm 3）は、SHA-2の代替として開発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、SHA-2の脆弱性に対する耐性を持つと考えられています。SHA-3は、主に代替的なセキュリティ対策として利用されます。
RIPEMD-160
RIPEMD-160（RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digest）は、160ビットのハッシュ値を生成するハッシュ関数です。ビットコインのアドレス生成などに利用されています。SHA-256と比較してハッシュ値の長さが短いため、計算コストが低いという特徴があります。
暗号化アルゴリズム
暗号化アルゴリズムは、データを暗号化し、第三者による解読を困難にするためのアルゴリズムです。暗号資産においては、主にウォレットの保護や通信の暗号化などに利用されます。代表的な暗号化アルゴリズムとして、RSA、AES、ECCなどが挙げられます。
RSA
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）は、公開鍵暗号方式の一つです。公開鍵と秘密鍵のペアを使用し、公開鍵で暗号化されたデータは、対応する秘密鍵でのみ解読できます。RSAは、主にデジタル署名や鍵交換などに利用されます。しかし、計算コストが高く、量子コンピュータによる解読の脅威があるため、近年ではECCへの移行が進んでいます。
AES
AES（Advanced Encryption Standard）は、共通鍵暗号方式の一つです。128ビット、192ビット、256ビットの鍵長を選択でき、高いセキュリティ強度を持っています。AESは、主にデータの暗号化や通信の暗号化などに利用されます。高速な処理速度が特徴であり、暗号資産の取引処理などにも適しています。
ECC
ECC（Elliptic Curve Cryptography）は、楕円曲線を用いた公開鍵暗号方式です。RSAと比較して、より短い鍵長で同等のセキュリティ強度を実現できます。ECCは、主にデジタル署名や鍵交換などに利用されます。計算コストが低く、モバイルデバイスなどリソースの限られた環境でも利用しやすいという特徴があります。多くの新しい暗号資産で採用されています。
デジタル署名アルゴリズム
デジタル署名アルゴリズムは、データの作成者を認証し、データの改ざんを検出するためのアルゴリズムです。暗号資産においては、主に取引の承認やウォレットの保護などに利用されます。代表的なデジタル署名アルゴリズムとして、ECDSA、EdDSAなどが挙げられます。
ECDSA
ECDSA（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）は、ECCに基づいたデジタル署名アルゴリズムです。ビットコインをはじめとする多くの暗号資産で利用されています。ECDSAは、短い署名長で高いセキュリティ強度を実現できます。しかし、署名生成時にランダムな数値（nonce）の生成に問題があると、秘密鍵が漏洩するリスクがあります。
EdDSA
EdDSA（Edwards-curve Digital Signature Algorithm）は、ECDSAの代替として開発されたデジタル署名アルゴリズムです。ECDSAよりも安全性が高く、高速な処理速度を実現できます。EdDSAは、主に新しい暗号資産やセキュリティ意識の高いアプリケーションで利用されています。
その他の暗号アルゴリズム
上記以外にも、暗号資産では様々な暗号アルゴリズムが利用されています。例えば、zk-SNARKs、BLS署名、VRFなどがあります。
zk-SNARKs
zk-SNARKs（Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge）は、ある情報を持っていることを、その情報を明らかにすることなく証明するための技術です。プライバシー保護を重視する暗号資産で利用されています。例えば、Zcashでは、zk-SNARKsを用いて取引の送信者、受信者、および金額を隠蔽しています。
BLS署名
BLS署名（Boneh-Lynn-Shacham signature）は、複数の署名を一つの署名に集約できるデジタル署名アルゴリズムです。スケーラビリティを向上させるために、ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムなどで利用されています。
VRF
VRF（Verifiable Random Function）は、検証可能な乱数生成関数です。乱数の予測可能性を排除し、公平性を確保するために、ブロックチェーンのランダムネス生成などに利用されています。
コンセンサスアルゴリズムと暗号アルゴリズムの関係
コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンのネットワーク参加者間で合意を形成するためのアルゴリズムです。PoW（Proof of Work）、PoS（Proof of Stake）などが代表的です。これらのコンセンサスアルゴリズムは、暗号アルゴリズムと密接に関連しています。例えば、PoWでは、SHA-256などのハッシュ関数を用いて、計算困難な問題を解くことでブロックの生成権を獲得します。PoSでは、ECCなどの暗号アルゴリズムを用いて、暗号資産の保有量に応じてブロックの生成権が与えられます。
今後の展望
暗号資産の技術は常に進化しており、新しい暗号アルゴリズムも次々と開発されています。量子コンピュータの登場により、従来の暗号アルゴリズムの安全性が脅かされる可能性があり、耐量子暗号の研究開発が活発化しています。また、プライバシー保護技術の重要性が高まっており、zk-SNARKsなどの技術の改良が進められています。これらの技術革新により、暗号資産はより安全で、スケーラブルで、プライバシーを尊重したシステムへと進化していくことが期待されます。
まとめ
暗号資産の安全性と信頼性を支える暗号アルゴリズムは多岐にわたります。ハッシュ関数、暗号化アルゴリズム、デジタル署名アルゴリズムは、それぞれ異なる役割を担い、相互に連携することで、暗号資産の基盤を構築しています。これらのアルゴリズムの理解は、暗号資産の技術的な側面を深く理解するために不可欠です。今後の技術革新により、暗号資産はさらに発展し、社会に貢献していくことが期待されます。
