ハッシュベース署名とビットコインのポスト量子パス

量子攻撃によるBitcoinのECDSA/Schnorr署名への影響は、依然として理論的かつ長期的なリスクであり、専門家の合意では、慎重かつ非破壊的な準備のために数十年のリードタイムが必要とされています。

ハッシュベースの署名方式は、SPHINCS+のようなNIST標準化された構成を含め、強力なポスト量子安全性を提供しつつ、Bitcoinの保守的でハッシュ中心の基盤と哲学的およびアーキテクチャ的に一貫性を保っています。

署名サイズの増加や状態管理の複雑さといった課題は残るものの、ソフトフォーク、ウォレットレベルのアップグレード、ハイブリッド署名モデルなどの段階的移行アプローチは、ポスト量子耐性に向けた現実的で管理可能な道筋を提供します。

Bitcoinの長期的な量子コンピュータへの曝露は、ハッシュベース署名(HBS)を信頼できるポスト量子アップグレードパスとして浮上させています。これは、これらがBitcoinの既存のプロトコル設計と密接に一致するハッシュ関数の安全性仮定に依存しているためです。

量子脅威

量子コンピュータの進展に伴い、量子マシンがBitcoinを破ることができるかどうかの疑問が再度注目されています。ほとんどの研究者や業界アナリストは、量子コンピュータはまだBitcoinのコア署名アルゴリズムを破るには遠いと認めているものの、理論的な可能性は存在します。Bitcoinの所有モデルはECDSA/Schnorr署名に依存しており、量子コンピュータはShorのアルゴリズムを用いて離散対数問題の解決を加速させる可能性があります。これにより、十分に強力な量子マシンは、理論上、公開鍵から秘密鍵を導き出し、署名を偽造して資金を移動させることが可能になるということです。この長期的リスクは、エコシステムが突発的な危機を待つのではなく、積極的にポスト量子防御策を計画するきっかけとなっています。

BlockstreamのCEOアダム・バックは、Bitcoinは量子攻撃が現実的な脅威となるまでにおそらく20年以上の余裕があると指摘しており、多くの悲観的な予測よりもはるかに長い準備期間を提供しています。

図1：BitcoinのECDSA/Schnorr署名における秘密鍵の量子脆弱性の概略図

提案の出所

この議論は、Blockstreamの研究者ミハイル・キデノフとジョナス・ニックによる改訂論文に由来し、彼らはBitcoinのためのいくつかの潜在的なポスト量子安全性の道筋を分析しています。この論文は、これらの方式が有望であると主張しており、その安全性は主にハッシュ関数の仮定に依存しているためです。これらの仮定はすでにBitcoinの設計に深く組み込まれているとしています。この互換性が、ハッシュベース署名をポスト量子時代の信頼できる選択肢にしていると彼らは述べています。

ハッシュベース署名

ハッシュベース署名(HBS)は、楕円曲線離散対数のような数学的仮定ではなく、ハッシュ関数の性質—一方向性と衝突耐性—に依存したデジタル署名の一種です。SPHINCS+のような方式は、現在NISTのポスト量子署名標準の一部となっており、広範な暗号学的レビューを経ており、量子耐性の設計に堅固な理論的基盤を持つと一般的に見なされています。ハッシュ出力長を増やし、十分に研究された構成を使用することで、これらの方式は量子によるブルートフォース攻撃に対しても強固な安全性を維持できます。

互換性に関する議論

HBSは概念的にはクリーンなポスト量子の代替案ですが、Bitcoin内への技術的統合は未解決の議論です。研究やメディアで提起される主要な質問は以下の通りです。

• 署名サイズとオンチェーンデータコストのバランスはどう取るべきか？
• Bitcoinは複数のHBSバリアントをサポートすべきか、それとも一つに標準化すべきか？
• 過去の検証や追加の状態追跡は必要か？

これらの問題は活発な議論の対象であり、エンジニアリングの合意には至っていません。

コアの利点

支持者は以下のような利点を強調します。

• 一致した安全性仮定 — HBSはハッシュ関数のみに依存し、これはすでにBitcoinのアーキテクチャの基礎となっています。
• 広範な暗号解析 — いくつかのハッシュベース方式はNISTの標準化を経ており、多年にわたる検証を受けており、その長期的な耐性に対する信頼性を高めています。
• プロトコルとの互換性 — 原則として、ハッシュベース署名はソフトフォークによる出力タイプの追加を通じて導入可能であり、既存のコンセンサスルールを破壊しません。

格子ベースの方式と比較すると、これらは複雑な新しい数学的仮定や大きな実装負担を伴うため、HBSはBitcoinの最小限主義で保守的な設計原則とより哲学的に整合していると見なされることが多いです。

誤解と誤った認識

メディアの見出しはしばしば、「サトシのウォレットが量子攻撃の最初のターゲットになる」と恐怖を煽ることがあります。早期のPay-To-Public-Key(P2PK)ウォレットは公開鍵を露出させており、理論的には高い量子リスクに直面していますが、状況はより複雑です。すべての初期ウォレットがこの設計を共有しているわけではなく、これらのリスクは移行ツールや再署名メカニズム、調整されたウォレットレベルのアップグレードによって緩和可能です。問題は深刻ですが、克服できないものではなく、即座の危機ではありません。

実装の課題

BitcoinにHBSを展開するには、実際のエンジニアリング上の課題があります。

• 大きな署名 — ハッシュベース署名は、今日のSchnorr署名よりもかなり大きく、しばしば数キロバイトに達します。これは、ブロック伝播、検証、ユーザ料金に影響します。
• 状態管理 — 一部のHBS方式は、鍵の使用状態を追跡する必要があり、マルチデバイスやオフライン署名のワークフローを複雑にします。

これらの問題は解決可能ですが、慎重な設計、多年にわたる議論、厳格なテストを必要とします。

移行の道筋

メディアや開発者コミュニティは、いくつかの潜在的な移行パスを示しています。

• プロトコルレベルのアップグレード — ソフトフォークを通じてポスト量子署名をサポートする新しい出力タイプを導入。
• ウォレットレベルの移行 — ユーザに対し、潜在的に露出したレガシーアドレスから新しい量子耐性アドレスへ資金を移動させるよう促す。
• ハイブリッドメカニズム — 一時的に従来の署名とポスト量子署名の両方を必要とし、移行期間中の脆弱性ウィンドウを縮小。

これらのパスは議論と実験の対象ですが、エコシステムが長期的な量子リスクに積極的に対応していることを示しています。

図2：Bitcoin署名システム移行の概略図(Old → New)

合意とタイムライン

Bitcoinコミュニティは保守的な設計思想を持ち、あらゆるプロトコルアップグレード、特に署名システムの変更には長期にわたる公開レビュー、テスト、社会的合意が必要です。ほとんどの専門家は、Bitcoinの署名を破ることができる量子コンピュータは長期的な懸念であり、即時の脅威ではないと考えています。この長いタイムラインにより、エコシステムは慎重に準備を進めることが可能となっています。

結論

ハッシュベース署名は、Bitcoinの既存の安全性モデルと設計思想に密接に一致するポスト量子の方向性を示しています。その登場は、業界の議論において、投機的な恐怖に基づく物語から具体的なエンジニアリングやプロトコルのガバナンス計画への転換を示しています。

HBSは一つの万能解ではなく、長期的な進化の道筋です。プロトコル研究、移行ツール、コミュニティ調整、標準化を通じて成熟していきます。

量子コンピュータの最終的な現実に直面するにあたり、Bitcoinエコシステムはすでに測定された技術的根拠に基づく措置を講じており、これはネットワークの長期的な耐性の指標となっています。

続きを読む:

量子の脅威：Bitcoinは破られるのか？

技術的なトラブルによりQuantum Catsの販売遅延

〈ハッシュベース署名とBitcoinのポスト量子の道筋〉この論文は最初に《CoinRank》で発表されました。