はじめに

暗号資産（仮想通貨）は、分散型台帳技術であるブロックチェーンを基盤とし、従来の金融システムに代わる新たな可能性を秘めていると注目を集めています。しかし、その安全性は、現在の計算機では解読が困難である暗号技術に依存しています。量子コンピュータの発展は、この暗号技術の根幹を揺るがす可能性があり、暗号資産の将来に大きな影響を与えると考えられます。本稿では、量子コンピュータの基礎知識から、暗号資産における具体的な脅威、そしてその対策について詳細に検討します。

量子コンピュータの基礎

従来のコンピュータは、ビットと呼ばれる0または1の状態を持つ情報単位を用いて計算を行います。一方、量子コンピュータは、量子ビット（qubit）と呼ばれる単位を用います。量子ビットは、0と1の状態を同時に重ね合わせる「重ね合わせ」という性質と、複数の量子ビットが互いに影響し合う「エンタングルメント」という性質を利用することで、従来のコンピュータでは困難な複雑な計算を高速に実行できます。この特性により、特定の種類の問題を解決する能力において、従来のコンピュータを凌駕する可能性があります。

量子アルゴリズム

量子コンピュータの能力を最大限に引き出すためには、従来のアルゴリズムとは異なる量子アルゴリズムが必要です。代表的な量子アルゴリズムとして、以下のものが挙げられます。

• ショアのアルゴリズム (Shor’s algorithm): 大きな数の素因数分解を効率的に行うアルゴリズムです。暗号資産の基盤となる暗号技術（RSA暗号、楕円曲線暗号など）の解読に利用される可能性があります。
• グローバーのアルゴリズム (Grover’s algorithm): データベースから特定の情報を検索するアルゴリズムです。暗号資産のハッシュ関数に対する耐性を低下させる可能性があります。

暗号資産における脅威

暗号資産は、公開鍵暗号方式に基づいて取引の安全性を確保しています。公開鍵暗号方式は、公開鍵と秘密鍵のペアを用いて暗号化と復号を行います。秘密鍵は、暗号資産の所有者のみが知っている情報であり、取引の署名などに使用されます。量子コンピュータの発展により、これらの暗号技術が脅かされる可能性があります。

RSA暗号と楕円曲線暗号

RSA暗号と楕円曲線暗号は、暗号資産におけるデジタル署名や鍵交換に広く利用されています。しかし、ショアのアルゴリズムを用いることで、これらの暗号方式は効率的に解読される可能性があります。具体的には、秘密鍵が素因数分解されることで、暗号資産の不正な利用や盗難のリスクが高まります。現在のRSA暗号の鍵長では、将来的に量子コンピュータによって解読される可能性が懸念されています。

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。暗号資産のブロックチェーンでは、ハッシュ関数を用いてブロックの整合性を検証したり、取引のハッシュ値を生成したりします。グローバーのアルゴリズムを用いることで、ハッシュ関数の衝突（異なるデータが同じハッシュ値を生成すること）を見つける効率が向上し、ブロックチェーンのセキュリティが低下する可能性があります。ただし、ハッシュ関数の鍵長を増やすことで、グローバーのアルゴリズムに対する耐性を高めることができます。

ブロックチェーンの脆弱性

量子コンピュータは、ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムにも影響を与える可能性があります。例えば、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムでは、マイナーが複雑な計算問題を解くことでブロックを生成します。量子コンピュータを用いることで、この計算問題を高速に解くことが可能になり、一部のマイナーがブロック生成を支配するリスクが高まります。これにより、ブロックチェーンの分散性が損なわれ、中央集権的なシステムへと移行する可能性があります。

量子耐性暗号（ポスト量子暗号）

量子コンピュータの脅威に対抗するため、量子耐性暗号（ポスト量子暗号）と呼ばれる新たな暗号技術の研究開発が進められています。量子耐性暗号は、量子コンピュータによる攻撃に対しても安全性が保たれるように設計されています。代表的な量子耐性暗号として、以下のものが挙げられます。

格子暗号 (Lattice-based cryptography)

格子問題と呼ばれる数学的な問題の困難性を利用した暗号方式です。量子コンピュータによる攻撃に対して高い耐性を持つと考えられています。NIST（アメリカ国立標準技術研究所）による量子耐性暗号の標準化プロセスにおいて、有力な候補の一つとして選ばれています。

多変数多項式暗号 (Multivariate cryptography)

多変数多項式を解くことの困難性を利用した暗号方式です。格子暗号と同様に、量子コンピュータによる攻撃に対して高い耐性を持つと考えられています。しかし、実装の複雑さや鍵長の大きさなどが課題として挙げられます。

コードベース暗号 (Code-based cryptography)

誤り訂正符号の復号化の困難性を利用した暗号方式です。比較的長い鍵長が必要ですが、量子コンピュータによる攻撃に対して高い耐性を持つと考えられています。

ハッシュベース暗号 (Hash-based cryptography)

ハッシュ関数の安全性を利用した暗号方式です。実装が比較的容易ですが、署名のサイズが大きくなるという課題があります。

暗号資産における対策

暗号資産の安全性を確保するためには、量子耐性暗号の導入だけでなく、様々な対策を講じる必要があります。

量子耐性暗号への移行

暗号資産のプロトコルやウォレットに量子耐性暗号を導入することが最も重要な対策の一つです。NISTによる量子耐性暗号の標準化プロセスが完了した後、標準化されたアルゴリズムを積極的に採用していく必要があります。移行には時間とコストがかかりますが、将来的なセキュリティリスクを回避するためには不可欠です。

鍵のローテーション

秘密鍵を定期的に変更することで、量子コンピュータによる攻撃のリスクを軽減することができます。鍵のローテーションは、秘密鍵が漏洩した場合でも、被害を最小限に抑える効果があります。

マルチシグ

マルチシグ（複数署名）は、取引を実行するために複数の署名が必要となる仕組みです。これにより、秘密鍵が一つ漏洩した場合でも、取引を不正に実行されるリスクを軽減することができます。

ハードウェアセキュリティモジュール (HSM) の利用

HSMは、秘密鍵を安全に保管するための専用のハードウェアです。HSMを利用することで、秘密鍵が外部に漏洩するリスクを大幅に軽減することができます。

量子鍵配送 (QKD) の検討

量子鍵配送は、量子力学の原理を用いて安全な鍵を共有する技術です。QKDは、理論上、盗聴を検知することが可能であり、量子コンピュータによる攻撃に対しても安全性が高いと考えられています。しかし、QKDの導入には、高価な設備が必要であり、長距離の通信が困難であるなどの課題があります。

今後の展望

量子コンピュータの発展は、暗号資産の将来に大きな影響を与える可能性があります。量子耐性暗号の研究開発は、今後も加速していくと考えられます。暗号資産のコミュニティは、量子コンピュータの脅威を認識し、積極的に対策を講じる必要があります。また、政府や規制当局は、量子耐性暗号の導入を促進するための政策を策定する必要があります。量子コンピュータ時代における暗号資産の安全性を確保するためには、産官学の連携が不可欠です。

まとめ

量子コンピュータの発展は、暗号資産の安全性に深刻な脅威をもたらす可能性があります。RSA暗号や楕円曲線暗号などの従来の暗号技術は、ショアのアルゴリズムによって解読されるリスクがあります。この脅威に対抗するためには、量子耐性暗号への移行、鍵のローテーション、マルチシグの導入、HSMの利用などの対策を講じる必要があります。量子コンピュータ時代における暗号資産の安全性を確保するためには、継続的な研究開発と、産官学の連携が不可欠です。暗号資産の将来は、量子コンピュータの脅威に対する適切な対策を講じることができるかどうかにかかっていると言えるでしょう。