Coinbase幹部がビットコインの量子リスクとネットワークセキュリティへの長期的な脅威を説明

将来の暗号技術の進歩に関する懸念が、長期的なビットコインのセキュリティについてのアナリストの考え方を変えつつあり、ビットコインの量子リスクが主要な取引所のレーダーに入っています。

量子コンピューティングとビットコインの主なリスク

量子コンピューティングの進歩は、最終的にはビットコインの秘密鍵のセキュリティだけでなく、ネットワークの経済的およびセキュリティの基盤に疑問を投げかける可能性があります。ただし、現行のハードウェアはまだビットコインの防御を破るには遠く、これらは長期的なリスクであり即時の脅威ではありません。

主な危険は、仮想的な未来の「Q-day」に結びついています。その時、量子マシンがShorのアルゴリズムやGroverのアルゴリズムを十分な規模で実行できる可能性があります。その時点で、ビットコインの暗号のコアコンポーネントが破られる可能性があります。さらに、このシナリオは取引のセキュリティとマイニングの両方に影響を与えます。

ビットコインは現在、2つの主要なプリミティブに依存しています：ECDSAは取引署名を保護し所有権を確立し、SHA-256はプルーフ・オブ・ワークのマイニングをサポートしブロックチェーンの整合性を保護します。つまり、量子システムは理論的には署名とハッシュの2つの異なる攻撃クラスを仕掛けることが可能です。

署名攻撃と公開ビットコインアドレスの露出

署名側では、量子対応システムは秘密鍵を保護する暗号シールドを弱め、脆弱なアドレスからの不正な支出を可能にするリスクがあります。このリスクは2つの側面に分かれます：既にオンチェーンに公開されている公開鍵に対する長距離攻撃と、キーがメモリプールに現れた後のフロントラン支出を狙った短距離攻撃です。

Coinbaseは、約651万ビットコイン、つまりブロック900,000時点の総供給量の約32.7％が長距離量子攻撃にさらされている可能性があると推定しています。この数字は、アドレスの再利用の脆弱性や特定のスクリプトタイプなどの過去の行動が、ネットワーク全体のリスクを高めることを示しています。

長距離の脅威は、公開鍵を直接オンチェーンに公開している出力に関連しています。これにはPay-to-Public-Key (P2PK)、裸のマルチシグネチャ (P2MS)、およびTaproot (P2TR)フォーマットが含まれます。サトシ時代に関連付けられる初期のビットコイン保有は、古いP2PK出力の中で顕著な割合を占めており、潜在的なターゲットのクラスターとなっています。

すべての出力は、支出時に公開鍵が明らかになる瞬間に短距離攻撃の脆弱性を持ちます。現状の量子ハードウェアでは成功確率は非常に低いものの、このダイナミクスは、業界が量子耐性署名への移行にますます焦点を当てている理由の一つです。

経済的影響とマイニングへのリスク

署名の盗難を超えて、もう一つの主要な懸念はビットコインのマイニング経済とコンセンサスのセキュリティに関わります。量子対応デバイスは、最終的にはプルーフ・オブ・ワークの効率性に優位性を持つようになり、マイナー間の現在のバランスを崩す可能性があります。ただし、研究者はこれを秘密鍵の侵害に比べて二次的な問題と見なしています。

理論的には、最適化された量子対応マイニングはハッシュパワーの分布を変え、新たな中央集権圧力を生み出す可能性があります。しかし、スケーリングの制約と実用的な量子ハードウェアの初期段階により、このシナリオはまだ未来の話です。現時点では、署名の移行が最優先の技術的および政策的課題です。

一部の専門家は、ビットコインの量子リスクに対する信頼できる道筋は、SHA-256のマイニングよりも公開鍵の露出に対する攻撃から始まる可能性が高いと主張しています。さらに、マイニングアルゴリズムの変更は、ユーザーがコインを保護する方法の全面的な変更よりも技術的に調整しやすいため、暗号化と署名が現在の議論の中心となっています。

ポスト量子暗号の選択肢の検討

これらのシナリオに備えるために、開発者や研究者はポスト量子暗号やその他の防御技術を研究しています。長期的な主な緩和策は、量子耐性署名スキームをビットコインのプロトコルに直接組み込むことです。ただし、この移行には数年の研究、テスト、合意形成が必要です。

米国標準技術研究所 (NIST)は、標準化のためのポスト量子暗号アルゴリズムを選定するための複数年にわたるプロセスを進めています。現在の候補にはCRYSTALS-Dilithium、SPHINCS+、FALCONが含まれ、それぞれセキュリティ、サイズ、パフォーマンスの面で異なるトレードオフを提供しています。

これらのNIST候補は、ビットコインにおける次世代署名のイメージの参考となるものです。ただし、実用的なハードルもあります。多くの量子安全スキームは署名が大きくなり検証が遅くなるため、ブロックスペースの使用、手数料市場、ノードのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。さらに、ウォレットソフトウェアやインフラストラクチャの提供者はシステムの再構築を余儀なくされるでしょう。

移行のタイムラインと潜在的なアップグレードパス

現在の研究では、量子コンピューティングの進展速度に応じて2つの大まかな移行パスが示されています。急速なブレークスルーがあった場合、約2年で実行可能な緊急計画が必要となり、速度と後方互換性を優先します。ただし、そのシナリオは、マイナー、ノード運営者、ウォレット間の強力な調整を前提としています。

進展が緩やかな場合、より慎重なアプローチは最大7年かかる可能性があります。その場合、ビットコインはソフトフォークを通じて量子安全署名を導入し、ユーザーが段階的に採用できるようにします。この方法は、設計を洗練し、実世界の条件下で新しいスキームをテストする余裕をもたらします。

BIP-360、BIP-347、Hourglassなどの技術提案は、すでに鍵のローテーション、移行、スクリプトのアップグレードを量子対応で管理する方法を模索しています。これらの努力は、脆弱な出力を安全なエンコーディングに移すことで、破壊的な影響を最小限に抑えることも目的としています。

ビットコイン保有者のための運用ベストプラクティス

プロトコルレベルの変更が到来するまで、既存のベストプラクティスもリスクを低減できます。アドレスの再利用を避けること、脆弱なUTXOを定期的に新しい宛先に移すこと、アドレスごとの残高を制限することは、集中リスクを軽減するのに役立ちます。ただし、これらの習慣は広く採用される必要があります。

機関やサービス提供者も、量子対応操作を標準化したクライアント向け資料の作成を推奨されます。古い出力、スクリプトタイプ、移行スケジュールの管理に関する明確なガイダンスは、緊急事態が発生する前にユーザーの準備を助けるでしょう。さらに、多くの脆弱なスクリプトが現代の運用環境ではあまり使用されていないことは、ささやかな利点と見なされています。

これらの措置は、根本的な数学的脅威を排除することはできませんが、時間を稼ぐことができます。また、量子安全スキームへの移行が緊急となった場合でも、移動や調整が難しいレガシースクリプトにロックされたコインの数を減らすのに役立ちます。

業界の見解と将来展望

業界全体では、量子コンピューティングはビットコインのセキュリティに差し迫った危険とは一般的に見なされていません。ほとんどの専門家は、今日のデバイスはECDSAやSHA-256を大規模に脅かすにはあまりにも弱いと考えています。ただし、どれだけ早く状況が変わるかについては意見が分かれています。

一部の研究者やプロジェクトチームは、ハードウェアの進歩に有利な仮定の下では、数年以内に実用的な妥協が到来する可能性を警告しています。さまざまな取り組みは、ビットコインの秘密鍵リスクが具体的なものとなる可能な日付を示唆しています。さらに、量子研究への継続的な投資は、セキュリティ志向の開発者にとってこのトピックを重要なものにし続けています。

現時点では、ビットコインの防御は堅牢ですが、標準化団体、プロトコル研究、ウォレットエンジニアリングの分野でポスト量子世界への準備が進められています。積極的な移行戦略、より良いユーザープラクティス、量子安全暗号の継続的な革新の組み合わせが、将来の突破口に対してネットワークの耐性を決定づけるでしょう。

要約すると、量子の進歩はビットコインの署名とマイニングに長期的な課題をもたらしますが、慎重な準備、プロトコルの研究、運用の改善により、エコシステムは時間をかけて適応する明確な道筋を持っています。