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量子コンピューティングはブロックチェーンを破壊するのか、それともブロックチェーンの安全性を高めるのか?

コンピューティングの将来に関して言えば、ブロックチェーンと量子コンピューティングは、最も魅力的かつ物議を醸す業界の 2 つです。ブロックチェーンは、個人や企業が同様に使用できる暗号通貨や暗号技術の作成など、実用的な応用においてはるかに進んでいますが、量子コンピューティング産業も猛烈なスピードで成長しています。実際、量子コンピューティングの業界の成長率はブロックチェーンに次ぐ可能性があり、この業界は 2022 年から 2027 年まで年間 25% の割合で成長すると予想されています。

一部の専門家は、量子コンピューターは最も高度なブロックチェーンの暗号化さえも破ってしまう可能性があるため、量子コンピューターの進歩はブロックチェーンの終わりの始まりになる可能性があると考えています。あるいは、量子コンピューターは、将来性のあるデータを取得するためのより高度な方法として、ある意味でブロックチェーンに代わる可能性があります。

ただし、量子コンピューティングとブロックチェーンの関係は必ずしも敵対的である必要はなく、量子コンピューティングとブロックチェーン技術は最終的には収束すると信じている研究者もいます。これにより、より安全で高速な、潜在的に革命的なコンピューティング ソリューションが生み出され、最終的には暗号や現実世界のさまざまな問題の解決に役立つ可能性があります。

目次

• 目次

• 量子コンピューティングとは何ですか?ブロックチェーンとの違いは何ですか?

• 量子コンピューティングはブロックチェーンを破壊し、暗号通貨を終わらせるでしょうか?

• 量子コンピューティングは将来のブロックチェーンと統合または強化できますか?

• 耐量子性台帳とは何ですか?

• ポスト量子ビットコインとは何ですか?

量子コンピューティングとブロックチェーンの将来はどうなるでしょうか?

量子コンピューティングとは何ですか?ブロックチェーンとの違いは何ですか?

馴染みのない方のために簡単に説明すると、量子コンピューティングは、「量子状態」を使用して、驚異的な処理能力を必要とするか、通常のスーパーコンピューターの問題では解決するのがほぼ不可能な論理問題を解決するユニークなタイプのコンピューティングです。従来のスーパーコンピューターのように一連の質問を 1 つずつ分析するのではなく、量子コンピューターは、多数の潜在的な質問と回答を同時に分析できます。これらのコンピューターは、量子物理学の力を利用して、信じられないほどのスピードで間違っている可能性のある答えの数を最小限に抑えながら、正解の可能性のある答えに驚くべきスピードで絞り込みます。

現在のコンピューターは、古典的なコンピューターと呼ばれることが多く、1 または 0 のいずれかのビットで構成されていますが、両方ではありません。量子コンピューターはビットで構成されているのではなく、量子重ね合わせと呼ばれる概念のおかげで、それらのビットが同時に 2 つの状態で存在できるようにする量子ビットで構成されています。また、従来のビットとは異なり、量子ビットは量子もつれと呼ばれるプロセスで相互に影響を及ぼし、コンピューティング システム全体に 1 つの大きな量子状態を作成することができます。量子ビットが追加されるたびに、コンピューターの潜在的な状態の数が 2 倍になり、これらのコンピューターは古典的なコンピューターと比較して膨大な計算能力を備えています。

量子コンピューティングは、非常に複雑な問題を解決するだけでなく、暗号化の世界を変える驚くべき可能性を秘めています。量子物理学と量子状態の性質により、特定の情報は観測されると実際に状態が変化します。したがって、理論的には、量子暗号化は、意図した当事者以外の誰か (またはマシン) が閲覧すると、情報の状態が不可逆的に変化するため、真に解読不可能である可能性があります。ただし、量子コンピューティングは強力な暗号化を作成できるのと同じように、これまで解読できなかった形式の暗号化を解読する可能性もあり、ブロックチェーンの目的全体と相反する可能性があります。

IBMなどの企業は現在、電気自動車用のより高エネルギー密度のバッテリーの開発、炭素排出量を削減できる新素材の開発、さらには宇宙の起源を明らかにする可能性のある粒子の発見など、さまざまな問題の解決に量子コンピューターを使用している。

量子コンピューティングとは対照的に、ブロックチェーンは、暗号化を使用して、ノードと呼ばれる一連の分散コンピューターによって一度検証されると事実上変更できない情報の台帳を作成する一連の分散台帳テクノロジーとして説明できます。さまざまなコンセンサス メカニズムを使用して、ノードの分散ネットワークが情報ブロックの「検証」に同意または反対し、それをブロックチェーンに追加します。ブロックチェーンはまさに古典的コンピューティングの領域にあり、これはブロックチェーンがある時点では単一の状態にしかならないことを意味します。

業界が実証しているように、ブロックチェーンテクノロジーは、デジタル通貨、物流および記録保持プロトコル、さまざまな金融商品など、自動実行スマートコントラクトを通じて分散アプリケーションを作成するための優れたツールです。これらには、融資、ステーキング、流動性マイニング、さらには分散型保険プロトコルが含まれます。

ただし、ネットワークの制限により、ブロックチェーンは、高レベルの計算問題解決能力を必要とする問題の解決に必ずしも適しているわけではありません。実際、トランザクション速度の遅さは今日のブロックチェーンにおける最大の問題の 1 つであり、新しいブロックチェーンはより高い 1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) で実行できるソリューションの提供を競っています。対照的に、量子コンピューティングは、科学技術に存在する大きな難題のいくつかを解決する大きな可能性を秘めていますが、一般の人が使用する消費者向けアプリケーションを作成するには必ずしも良いツールではありません。

したがって、量子コンピューティングは 2 つのまったく異なるテクノロジーであると言っても過言ではありませんが、それらの相互作用は両方の業界を永遠に変える可能性があります。

量子コンピューティングはブロックチェーンを破壊し、暗号通貨を終わらせるでしょうか?

量子コンピューティングとブロックチェーンに関して言えば、主な懸念は、量子コンピューターがブロックチェーン暗号化を圧倒し、私たちが知っている安全な暗号通貨の終焉につながる可能性があるということです。量子暗号がブロックチェーン暗号を圧倒する可能性がある場合、暗号業界全体が崩壊しないとしても、大規模な暗号通貨の盗難や大規模な混乱につながる可能性があります。

デロイトの調査によると、攻撃によりビットコイン全体の 25% が盗まれる可能性があります。これは2022年1月までに約3,000億ドルに達すると予想されており、仮想通貨市場の規模は劇的に成長し続けるため、量子コンピューターベースの暗号ハッカーが最終的に数兆ドルを盗み、世界経済を混乱に陥れ、その過程で破壊される可能性がある。ブロックチェーン全体。

具体的には、ショール関数と呼ばれるよく知られた理論的なコンピューター アルゴリズムを量子コンピューターで実装すると、現在楕円曲線の乗算によって隠されている素因数を理論的に解決できる可能性があります。これはハッシュに使用される乗算の形式であり、元に戻すこと（つまり、秘密キーを形成するために乗算された元の数値を発見すること）は（現時点では）ほぼ不可能です。

たとえば、研究者らは、古典的なコンピューターが楕円曲線乗算を使用して公開鍵に関連付けられた秘密鍵を決定するには、340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 回の基本演算が必要であると計算しました。理論的には、これには数千年かかる可能性があります。

対照的に、ショール関数を使用する量子コンピューターでは、同じ計算に基づいて、公開鍵に関連付けられた秘密鍵を決定するために 2,097,152 の基本演算のみが必要になります。対照的に、これには数時間しかかからない場合があります。ただし、ショールの機能を活用する機能は主流の量子コンピューターではまだ開発されておらず、この機能がいつ完全に開発されるかは不明であることを認識することが重要です。

ブロックチェーン暗号化の解読に加えて、もう一つの懸念は、量子コンピューターが従来のコンピューターに代わって暗号通貨マイニングを行う可能性があることです。理論どおり、これらのコンピューターが ASIC などの従来のマイニング機器よりも高速にマイニングできる場合、資産価格の不安定化、51% 攻撃、マイニング能力の極端な集中化につながる可能性があります。ただし、これは主にビットコインなどのプルーフ・オブ・ワーク・ブロックチェーンに関する懸念事項であり、一般にプルーフ・オブ・ステークベースのコンセンサスモデルには影響しないことに注意する必要があります。環境への懸念やその他の要因により、イーサリアムなどのほとんどのプルーフ・オブ・ワーク・ブロックチェーンは、計算集約型のマイニングを含まないプルーフ・オブ・ステークやその他のコンセンサスモデルに移行しつつあります。

これらの計算と推定にもかかわらず、すべての専門家が量子コンピューティングが効果的にブロックチェーンを解読し、従来の暗号を時代遅れにすることができると確信しているわけではありません。たとえば、ビットコインで使用されている SHA-256 暗号化には量子耐性がある可能性があると考える人もいます。たとえ量子コンピューターが現在のブロックチェーン暗号化方式を破ることができたとしても、それには 10 ～ 20 年かかる可能性があり、ブロックチェーン暗号学者は新しく強力な暗号化方式の開発において有利なスタートを切ることができます。

さらに、楕円曲線暗号に代わる最も一般的な RSA 暗号化も、ある程度量子耐性がある可能性があります。従来の復号化に関しては、楕円曲線暗号化は RSA 暗号化よりも安全であると考えられていますが、専門家は、量子復号化に関しては逆が当てはまる可能性があると示唆しています。さらに、RSA が最終的に「量子ハッキング可能」になったとしても、ソフト フォークと常に変更されるウォレット アドレスによって、ブロックチェーンを破壊したり暗号通貨を盗んだりする量子コンピューターの実際的な能力の多くを軽減できる可能性があります。

量子コンピューティングは将来のブロックチェーンと統合または強化できますか?

量子コンピューティングが私たちが知っているブロックチェーンや暗号通貨を破壊する可能性があると考える人もいますが、量子暗号をブロックチェーンと組み合わせて、現在のプロトコルよりも安全なブロックチェーンを作成できると考える人もいます。理論的には、これらのブロックチェーンは従来のハッキングや量子コンピューター攻撃に対して非常に耐性があります。

具体的には、非対称鍵アルゴリズムや前述の楕円曲線乗算を利用したハッシュ関数などの従来のブロックチェーン暗号化手法が量子鍵に置き換えられる可能性があると専門家は考えている。

量子鍵配布 (QKD) としても知られる量子鍵暗号は、光リンクを介して光子の形で光の「量子粒子」を送信することによって機能します。前に述べたように、送信されている光子を盗聴者が閲覧しようとすると、トランザクションは事実上無効になります。

実際に使用するには、これらの量子キーをワンタイム パスワード (OTP) 暗号化で使用する必要があります。OTP 暗号化により、1 回のみ使用できるキーが生成されます。

量子コンピューティングについては、Journal of Quantum Computing Applications in future blockchains に掲載された Chuntang Li、yingsong Xu、Jiahao Tang、Wenjie Liu による「量子ブロックチェーン: 量子力学に基づく分散型、暗号化、分散型データベース」という興味深い論文で詳しく説明されています。その他の利点、特に現在ブロックチェーンの大きな問題となっているノード選択のランダム化。現在のランダム化手法を利用する代わりに、量子ブロックチェーン プロトコルは量子乱数生成器を利用して、ランダムに選択された検証ノードを選択することができます。

この論文では、量子ブロックチェーンは、古典的なビザンチン協定プロトコルを、量子暗号化を採用した新しいタイプの量子ビザンチン協定プロトコルに置き換える可能性があると主張しています。現時点では非常に理論的ですが、これは 51% 攻撃の防止と、量子暗号に基づいた安全性の高い新しい暗号通貨の作成の両方に役立つ可能性があります。

上記の多くは新しい量子ブロックチェーンの作成に言及していますが、量子技術を既存のブロックチェーンに適用できる可能性もあり、これにより分散化が促進され、ビットコイン、イーサリアム、ソラナなどの主要なブロックチェーンの複雑さが軽減されます。トランザクション時間。

曖昧で参考論文では取り上げられていない根本的な問題は、量子鍵生成を含む量子コンピューティング機能がノード オペレーターを介してどのように分散されるかということです。現在、ほとんどの量子コンピューターは高度に実験的であり、非常に高価です。これは、真の分散型ブロックチェーンに必要な多数のノード オペレーターを実装することが困難であることを意味します。しかし状況は変わる可能性があり、中国の企業が、現在の完全なイーサリアムノードの実行コストよりもはるかに低い、わずか5,000ドルの小型量子コンピューターを発表した。

耐量子性台帳とは何ですか?

これまでのところ、完全な量子耐性を主張するパブリック ブロックチェーン プロジェクトは、Quantum-Resistant Ledger と Bitcoin Post-Quantum の 2 つだけです。 Quantum Resistant Ledger (QRL) は、「ステートフルな署名スキームと比類のないセキュリティを備えたポスト量子セキュア ブロックチェーン」を自称しています。

この目的を達成するために、QRL プロトコルは、「IETF が指定した XMSS、最小限のセキュリティ前提を備えたハッシュベースの前方安全署名スキーム」を使用します。XMSS は、マークル ツリーを利用した拡張マークル署名スキームです。これらは、各ノードがデータ ブロックの暗号ハッシュでタグ付けされているツリーです。

マークル ツリーは、「既存のブロックチェーン ネットワーク内の単一ブロック内のすべてのトランザクションのすべてのハッシュの完全なハッシュ」として定義できます。

マークル署名などの状態ベースのハッシュ署名スキームは、RSA や楕円曲線暗号よりも量子ハッキングに対する耐性が高いと考えられています。ただし、XMSS などのハッシュ状態ベースの署名スキームは、キーが複数回使用されると脆弱になる可能性があり、他の形式の暗号化と比べて不利になります。

現在、国立情報技術研究所 (NIST) コンピューター セキュリティ リソース センターは、民間および政府での使用における潜在的な長所と短所を評価するために、これらの暗号化技術の研究とレビューを積極的に募集しています。 XMSS に加えて、NIST は現在、「ポスト量子暗号」の 70 近くの新しい手法を評価しています。

Quantum Resistant Ledger は、その「拡張」マークル署名スキームが従来のマークル署名スキームよりも効率的で安全であると主張していますが、これをテストするための実際に効率的な量子コンピューターがなければ証明するのは困難です。

独自のブロックチェーンの開発に加えて、このグループは独自の暗号通貨 (QRL) を発行しており、2022 年 1 月時点での価格は 0.20 ドル未満、時価総額は 1,400 万ドルをわずかに上回っています。ベースとなっているブロックチェーンと同様に、QRL の作成者らは、暗号通貨自体が量子ハッキングの影響を完全に受けない初めての通貨であると主張しています。他の暗号通貨と同様に、QRL は単一ノードから、または参加しているマイニング プールの一部としてマイニングできます。

ポスト量子ビットコインとは何ですか?

やや人気のある QRL プロジェクトに加えて、別のブロックチェーン プロジェクトである Bitcoin Post-Quantum も、量子コンピューティング攻撃から身を守るためにハッシュ状態ベースの拡張マークル署名スキーム (XMSS) を使用すると主張しています。具体的には、BPQ はビットコインのメイン ブロックチェーンの実験的フォークであり、従来の暗号化技術の代わりに量子安全なデジタル署名を使用します。 BPQ が実施した研究は、今後数年間にビットコインのメインネットに耐量子暗号を導入するための基礎となる可能性があります。

QRL とは異なり、BPQ は現在研究段階にあり、その計画通貨である BitcoinPQ は現在マイニングされていません。

量子コンピューティングとブロックチェーンの将来はどうなるでしょうか?

量子コンピューティングとブロックチェーンの将来は非常に不確実であり、それがコンピューター サイエンスの将来を決定する要因の 1 つになる可能性があります。ブロックチェーンはインターネットの民主化に貢献し、暗号通貨を作成し、ビットコインやイーサリアムなどの人気のあるブロックチェーンの形で世界最大の分散型コンピューター ネットワークを生み出しました。

対照的に、量子コンピューティングは、まだ初期段階にありますが、現代の最も影響力のある科学的および技術的問題の多くを解決するのに役立つ可能性があり、私たちが予見できなかった方法でテクノロジーを進歩させます。量子コンピューティングとブロックチェーンが衝突すると、大惨事になる可能性があります。しかし、暗号化が進化し続けて、より多くの量子耐性暗号化方式が作成される場合、または量子暗号化自体がブロックチェーンに統合される場合、これらの有望なテクノロジーの組み合わせは、より安全で民主化されたインターネットの構築に役立ち、より多くの暗号化が実現される可能性が高くなります。世界にポジティブな影響を与えます。

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