はじめに

暗号資産（仮想通貨）は、その分散性とセキュリティの高さから、金融システムに革新をもたらす可能性を秘めています。しかし、その根幹を支える暗号技術は、常に新たな脅威に晒されています。特に、量子コンピュータの登場は、現在の暗号技術に深刻な影響を与える可能性があり、暗号資産の世界に大きな変革をもたらすと考えられています。本稿では、量子コンピュータの基礎から、暗号資産における量子コンピュータの脅威、そしてその対策となる耐量子暗号について、詳細に解説します。

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）と呼ばれる量子力学的な状態を利用します。量子ビットは、0と1の重ね合わせの状態を取ることができ、これにより、従来のコンピュータでは困難だった複雑な計算を高速に実行することが可能になります。この重ね合わせの状態は「重ね合わせ」と呼ばれ、さらに量子ビット同士を「エンタングルメント」させることで、計算能力を飛躍的に向上させることができます。

量子コンピュータの実現には、超伝導、イオントラップ、光量子など、様々な技術が用いられています。それぞれの技術には、メリットとデメリットがあり、現在も研究開発が活発に進められています。量子コンピュータの計算能力は、「量子ビット数」と「コヒーレンス時間」によって評価されます。量子ビット数が多いほど、より複雑な計算が可能になり、コヒーレンス時間が長いほど、計算エラーが少なく、信頼性の高い結果を得ることができます。

暗号資産における量子コンピュータの脅威

現在の暗号資産の多くは、公開鍵暗号方式と呼ばれる暗号技術に基づいています。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。公開鍵は誰でも入手できますが、秘密鍵は所有者だけが知っています。量子コンピュータは、ショアのアルゴリズムと呼ばれるアルゴリズムを用いることで、公開鍵暗号方式を効率的に解読することができます。ショアのアルゴリズムは、大きな数の素因数分解を高速に行うことができるため、RSA暗号や楕円曲線暗号などの公開鍵暗号方式の安全性を脅かします。

暗号資産における量子コンピュータの脅威は、主に以下の3点に集約されます。

• 秘密鍵の解読： 量子コンピュータによって秘密鍵が解読されると、暗号資産が不正に盗まれる可能性があります。
• 署名の偽造： 量子コンピュータによって署名が偽造されると、不正な取引が行われる可能性があります。
• ブロックチェーンの改ざん： 量子コンピュータによってブロックチェーンの過去の取引が改ざんされる可能性があります。

これらの脅威は、暗号資産の信頼性を損ない、その普及を妨げる可能性があります。そのため、量子コンピュータの脅威に対する対策を講じることが急務となっています。

耐量子暗号

耐量子暗号（Post-Quantum Cryptography: PQC）とは、量子コンピュータによる攻撃に耐性を持つ暗号技術のことです。耐量子暗号は、従来の公開鍵暗号方式とは異なる数学的な問題に基づいているため、ショアのアルゴリズムによる解読が困難です。現在、世界中の研究機関や企業が、耐量子暗号の開発に取り組んでいます。米国国立標準技術研究所（NIST）は、耐量子暗号の標準化プロジェクトを進めており、2022年には、最初の標準アルゴリズムが発表されました。

耐量子暗号には、以下の5つの主要なカテゴリがあります。

• 格子暗号： 格子問題と呼ばれる数学的な問題に基づいています。
• 多変数多項式暗号： 多変数多項式を解くことの難しさに基づいています。
• 符号ベース暗号： 誤り訂正符号の復号の難しさに基づいています。
• ハッシュベース暗号： ハッシュ関数の衝突困難性にに基づいています。
• アイソジェニー暗号： 楕円曲線のアイソジェニーと呼ばれる写像の計算の難しさに基づいています。

それぞれのカテゴリには、様々なアルゴリズムが存在し、それぞれに特徴があります。NISTの標準化プロジェクトでは、これらのアルゴリズムの中から、安全性、性能、実装の容易さなどを考慮して、標準アルゴリズムが選定されました。

暗号資産における耐量子暗号の導入

暗号資産における耐量子暗号の導入は、段階的に進められると考えられます。まず、既存の暗号資産に耐量子暗号を組み合わせる「ハイブリッド暗号」が導入されるでしょう。ハイブリッド暗号は、従来の公開鍵暗号方式と耐量子暗号を併用することで、量子コンピュータによる攻撃に対する耐性を高めます。次に、徐々に耐量子暗号のみを使用する暗号資産が登場すると予想されます。この過程では、耐量子暗号の性能やセキュリティに関する評価が重要になります。

暗号資産における耐量子暗号の導入には、いくつかの課題があります。まず、耐量子暗号は、従来の公開鍵暗号方式に比べて計算量が多く、処理速度が遅くなる可能性があります。そのため、暗号資産の取引速度やスケーラビリティに影響を与える可能性があります。また、耐量子暗号は、まだ新しい技術であり、セキュリティに関する評価が十分ではありません。そのため、新たな脆弱性が発見される可能性もあります。これらの課題を克服するためには、耐量子暗号の性能向上とセキュリティ評価の徹底が不可欠です。

量子鍵配送（QKD）

量子鍵配送（Quantum Key Distribution: QKD）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、盗聴者が鍵を盗もうとすると、量子状態が変化するため、盗聴を検知することができます。QKDは、耐量子暗号とは異なり、量子コンピュータによる攻撃に直接耐性を持つため、究極のセキュリティソリューションとして期待されています。しかし、QKDは、専用の通信回線が必要であり、長距離通信が困難であるという課題があります。そのため、QKDは、特定の用途に限定されると考えられています。

その他の対策

耐量子暗号や量子鍵配送以外にも、暗号資産における量子コンピュータの脅威に対する様々な対策が考えられます。例えば、秘密鍵の分散管理、多要素認証、ブロックチェーンのアップグレードなどが挙げられます。秘密鍵の分散管理は、秘密鍵を複数の場所に分散して保管することで、秘密鍵が盗まれた場合のリスクを軽減します。多要素認証は、パスワードに加えて、指紋認証や顔認証などの複数の認証要素を用いることで、不正アクセスを防止します。ブロックチェーンのアップグレードは、量子コンピュータによる攻撃に耐性を持つ新しいコンセンサスアルゴリズムや暗号技術を導入することで、ブロックチェーンのセキュリティを向上させます。

今後の展望

量子コンピュータの技術は、急速に進化しており、近い将来、現在の暗号技術を解読できるレベルに達する可能性があります。そのため、暗号資産の世界では、量子コンピュータの脅威に対する対策を講じることが急務となっています。耐量子暗号は、その有効な対策の一つであり、今後、暗号資産における耐量子暗号の導入が進むと考えられます。また、量子鍵配送などの新たな技術も、暗号資産のセキュリティ向上に貢献する可能性があります。暗号資産の普及と発展のためには、量子コンピュータの脅威に対する対策を継続的に講じることが重要です。

まとめ

本稿では、量子コンピュータの基礎から、暗号資産における量子コンピュータの脅威、そしてその対策となる耐量子暗号について解説しました。量子コンピュータの登場は、暗号資産の世界に大きな変革をもたらす可能性がありますが、耐量子暗号などの対策を講じることで、その脅威を克服することができます。暗号資産の普及と発展のためには、量子コンピュータの技術動向を注視し、適切な対策を講じることが重要です。今後も、耐量子暗号の研究開発や導入が進み、より安全で信頼性の高い暗号資産が実現されることを期待します。