量子コンピューターがビットコインやイーサリアム、その他のチェーンを一夜にして消し去ることはありませんが、最終的にはほぼすべてのブロックチェーンが依存している特定の数学的要素を破ることになります。この違いは重要です。Starknet を開発する企業である StarkWare が最近公開した技術的な分析によると、ブロックチェーンネットワークが直面する本当の量子リスクは、すべてが終わるような一括の破滅シナリオではなく、それぞれに対策とタイムラインが存在する 5 つの特定可能な弱点の集合だと主張しています。どの数学が脆弱なのかを突き止めれば、危険が正確にどこに潜んでいるかが分かる、とこのガイドは述べています。
Summary
重要なポイント
- 量子コンピューターは、主に楕円曲線署名などの特定の暗号数学を破ることでブロックチェーンを脅かし、技術全体を一度に無効化するわけではない。
- 暗号技術の 3 つのカテゴリー、すなわち署名・暗号化・ハッシュが露出しており、それぞれが Shor のアルゴリズムや Grover のアルゴリズムといった量子アルゴリズムの影響を異なる形で受ける。
- 標準化されたポスト量子暗号の代替手段はすでに存在しており、署名用には ML-DSA、SLH-DSA、Falcon-512、暗号化用には ML-KEM などがある。
- 5 つのブロックチェーンの「マイグレーション・サーフェス」がリスクを抱えている：鍵とアカウント、アプリと入力、証明、コンセンサスとクロスチェーンの信頼、そしてネットワーク輸送暗号化である。
- Starknet は、ハッシュベースの証明とアップグレード可能なアカウントを組み合わせた稀有な例として挙げられており、量子耐性に向けた部分的かつ文書化された道筋を持っている。
ブロックチェーン暗号を脅かす量子コンピューティング
中核となる危険は、ほとんどの被害をもたらす 1 つのアルゴリズムに集約されます。十分に強力な量子コンピューター上で実行されるShor のアルゴリズムは、公開鍵から逆算して、その背後にある秘密鍵を復元できます。これは古典的なコンピューターでは現実的な時間内には不可能なことです。この単一の能力こそが、量子コンピューティングに関するブロックチェーンセキュリティの懸念を、理論的なものから具体的なものへと変える要因です。
StarkWare のガイドによると、ほぼすべての露出は暗号技術の 3 つのカテゴリーの中にあり、量子コンピューターはそれぞれを異なる扱い方をします。署名はトランザクションがウォレット所有者に属することを証明しますが、Shor のアルゴリズムは公開鍵から秘密鍵を導き出し、そのユーザーになりすまして署名できます。暗号化はデータを転送中に秘匿するもので、同じアルゴリズムによって破られます。つまり、現在記録されているトラフィックが、ハードウェアが追いついた将来に復号される可能性があるということです。ハッシュは、証明・アドレス・チェーン状態の背後にある一方向のフィンガープリントであり、主に Grover と呼ばれるより弱いアルゴリズムの影響を受けます。これは推測を高速化しますが、実際に脅威となることはまれです。ただし、ハッシュが依然として楕円曲線署名に依存している場合には、そこにも Shor のアルゴリズムが適用されます。
ブロックチェーン向けポスト量子暗号ソリューション
同じ分析によると、各暗号カテゴリーに対する修正策はすでに存在し、標準化も進んでいます。署名については、ML-DSA、SLH-DSA、提案されている Falcon-512 といったポスト量子署名方式が推奨ルートです。暗号化については、FIPS 203 で形式化された ML-KEM と呼ばれるポスト量子鍵交換が標準化された代替手段です。ハッシュについては新しい数学はまったく不要で、SHA-256 や SHA-3 に基づく十分に大きなハッシュであれば、量子攻撃に対しても安全性を維持できます。
これはガイドの中に埋もれている、比較的安心できる発見の 1 つです。ポスト量子暗号へのブロックチェーン移行は、ブレイクスルーを待つ研究課題ではありません。アルゴリズムはすでに用意されています。多くの場合に欠けているのは、実際の価値を扱う稼働中のネットワーク全体での協調的な導入です。
量子攻撃にさらされる 5 つの重要なブロックチェーン・サーフェス
量子リスクは、ブロックチェーンに単一の単一障害点として襲いかかるわけではなく、5 つの異なるマイグレーション・サーフェスにまたがって現れます。それぞれが異なるメカニズム・露出・対策を持っています。
鍵とアカウント：資金が最も危険にさらされる場所
すべてのトランザクションはウォレットの秘密鍵に結びついた署名によって承認されており、現在その署名はほぼ必ず ECDSA などの楕円曲線暗号に依存しています。ここでの危険は即時かつ金銭的です。ウォレットがトランザクションを行った瞬間、その公開鍵がオンチェーンで可視化され、量子コンピューターが秘密鍵を導き出して所有者になりすまして署名できるようになります。マルチシグや MPC 構成で複数の当事者にカストディを分散しても、実際に破られるのは基盤となる署名方式そのものなので助けにはなりません。誰が最初に露出するかは 1 つのディテールで決まります。多くのアドレスは公開鍵のハッシュにすぎないため、資金が動かされない限り公開鍵は見えず、所有者が初めて支出するまで未使用の資金は隠れたままだからです。
対策としては、アカウントの署名方式をポスト量子方式に切り替える必要がありますが、難しいのは暗号そのものではなく移行プロセスです。ほとんどの署名方式はプロトコルにハードコードされているため、それを変更するには、すべての資金に影響する協調的なハードフォークが必要になります。一方で、アカウントがプログラム可能であれば、プロトコルレベルの変更なしにユーザー自身が署名方式を更新できます。Starknet はこの仕組みを採用しており、Open Zeppelin が実装したものを含め、ポスト量子ウォレットがすでにメインネット上で稼働しています。
スマートコントラクト、オラクル、証明システム
ウォレット以外にも、オンチェーンで動作するプログラムや、それらが信頼する外部データにも独自の露出があります。古い署名検証をハードコードしたスマートコントラクトは、その方式が破られた後も長くそれを信頼し続けてしまいます。オラクルやランダムネスの鍵は多くのアプリケーション間で共有されるのが一般的であるため、1 つの鍵が破られるとシステミックな問題になります。1 つのオラクル署名を偽造できれば、そのフィードを読むすべてのコントラクトを同時に汚染できるからです。対策の多くはエコシステム全体の取り組みであり、コントラクトやデータプロバイダがポスト量子署名へ移行し、理想的にはネットワーク全体のアップグレードを待たずに新しい方式を検証できるプロトコル上で動作することが求められます。
証明システムも同様の分岐を抱えています。証明が楕円曲線暗号に依存している場合、たとえば KZG コミットメントのようなペアリングベースの方式では、量子コンピューターが実際には起こっていない状態に対する証明を最終的に偽造できるようになります。ハッシュベースの証明にはそのような弱点はありません。これは、より広い意味で zk-SNARK と zk-STARK を分ける違いと同じです。SNARK は一般に楕円曲線の仮定に依存し、多くの場合トラステッドセットアップの儀式を必要としますが、STARK はハッシュ関数の衝突耐性だけに依拠します。これは、crypto.news による別の技術解説によれば、量子攻撃に対しても成り立つ、より保守的なセキュリティ仮定です。そのため、楕円曲線への依存を持たないハッシュベースの証明は、長期的により耐久性の高い選択肢と見なされています。
コンセンサス、クロスチェーンブリッジ、ネットワーク暗号化
ブロックチェーンのファイナリティとクロスチェーンの信頼は、いずれもバリデータや委員会の署名セットを検証することに帰着します。その署名セットを偽造できれば、攻撃者はファイナリティそのものを偽造したり、不正なブリッジ出金を押し通したりできます。ブリッジはすでに暗号資産の中で最も攻撃されている部分であり、従来型のエクスプロイトだけでも数十億ドルが盗まれていることを考えると、これは特に危険なシナリオです。対策としては、バリデータ・委員会・決済用の署名をポスト量子方式へ移行することが挙げられます。署名ロジックがアップグレード可能なコントラクト内に存在する場合、この移行は比較的容易です。報道によれば、Starknet はこの前提に基づいてコンセンサス署名の移行を計画しています。それでも、クロスチェーンセキュリティには共有された上限があります。レイヤー 2 ネットワークはベースチェーンの暗号技術を継承するため、基盤となるレイヤー 1 が移行を完了するまでは、どのレイヤー 2 も完全には保護されません。
5 番目のサーフェスであるネットワーク輸送暗号化は、ノード間およびウォレットとネットワーク間の暗号化された接続を対象とします。パブリックレジャー自体はそもそも秘密ではないため、実際の標的は転送中のデータです。つまり、現在記録されているトラフィックが、量子ハードウェアが成熟した将来に復号される可能性があること、そして鍵が破られた後にノードになりすまされるリスクです。対策は、そのトラフィックをポスト量子暗号化へ移行することであり、これは特定のチェーンに固有のものではなく、インターネット全体で既に進行中のマイグレーションです。
量子耐性ブロックチェーンセキュリティに対する Starknet のアプローチ
どのチェーンにどれだけの作業が残されているかは、2 つの構造的な利点によって決まります。楕円曲線暗号ではなくハッシュベースの証明に依存していること、そして自分自身の署名方式を更新できるプログラム可能なアカウントを持っていることです。Starknet は、すでにこの両方を備えた実例として提示されています。その証明システムは設計段階から量子耐性を持ち、状態の一部はすでにハッシュ関数上で動作しており、残りについても公開されたロードマップでカバーされています。唯一認められている例外はデータ可用性であり、Ethereum のレイヤー 2 として、Starknet はそれを Ethereum から直接継承しています。これは、Starknet の量子移行の進捗が依然としてベースレイヤーで何が起こるかに結びついていることを強調しています。
この継承された依存関係は、量子リスクに関するブロックチェーン分析が単一のネットワークで完結することがほとんどない理由を思い出させてくれます。内部防御が強固なチェーンであっても、その下にあるレイヤーの進捗以上の速さでは動けません。ガイドによれば、最も重要な露出ウィンドウは、単に一度も動かされていないコインではなく、公開鍵が恒久的に晒されている再利用済みまたはすでに使用済みのアドレスにあります。ビットコインはこの問題の最も明確なケースとして説明されています。何百万ものコインが露出したアドレスに置かれており、ネットワークにはそれらの背後にあるアカウントをアップグレードする組み込みの方法が現在存在しません。そのため、現実的な選択肢としては、新しい量子安全なアドレスタイプを導入するか、最終的に動かされないまま残った資金を凍結するかのどちらかしかありません。
分析は結論として、現在のところどのチェーンも完全に量子安全だと主張できないと述べています。なぜなら、脆弱な署名方式や証明方式がほぼあらゆる場所で依然として現役で使われているからです。投資家・開発者・ユーザーにとってより有用な問いは、抽象的に「量子安全」かどうかではなく、そのネットワークのインフラのどれだけが耐久性の高いハッシュ上で動いており、どれだけが将来の量子コンピューターに破られうる数学に依存しているのか、そして残っているその数学を、誰の資金も凍結させることなく入れ替えられるのかどうか、という点です。
FAQ
量子コンピューターはどのようにブロックチェーンのセキュリティを脅かしますか？
量子コンピューターは、特に楕円曲線署名のような特定の暗号数学を破ることができます。Shor のアルゴリズムを実行することで、公開鍵から秘密鍵を導き出し、その後、正当な所有者であるかのように署名を偽造できます。
量子攻撃の影響を受ける主な暗号分野は何ですか？
署名・暗号化・ハッシュの 3 つが主な暗号分野であり、それぞれが量子アルゴリズムの影響を異なる形で受けます。Shor のアルゴリズムは署名と暗号化を破り、Grover のアルゴリズムはハッシュに対してははるかに小さな影響しか持ちません。
ブロックチェーンはどのように量子攻撃から身を守ることができますか？
ネットワークは、署名と暗号化についてポスト量子暗号方式へ移行し、十分なサイズの SHA-256 や SHA-3 のような量子耐性ハッシュ関数を採用し、証明システムを楕円曲線ベースの方式ではなく STARK のようなハッシュベース設計へとシフトさせることで防御できます。
なぜ Starknet は他のチェーンより量子耐性が高いと見なされているのですか？
Starknet は STARK として知られるハッシュベースのゼロ知識証明を使用しており、既知の量子的弱点を持ちません。また、ネットワーク全体のプロトコル変更を必要とせずに、自身の署名方式をアップグレードできるプログラム可能なアカウントをサポートしています。
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本記事は人工知能の支援を受けて作成され、編集チームによるレビューを経ています。
