フィデリティは、ビットコインの秘密鍵が将来的に量子コンピュータの脅威にさらされる可能性があると警告しています。

フィデリティ、ビットコインの量子脆弱性を検証

9月1日に公開されたフィデリティ・デジタル・アセットズの分析によると、ビットコインの秘密鍵保護策は将来的には置き換えや補強が必要になる可能性があります。現在、暗号学的に関連性のある量子コンピュータ（CRQC）は存在しませんが、十分な能力を持つシステムが登場すれば、取引の承認を担保している数学的仮定を揺るがし、資金を危険にさらす恐れがあります。

フィデリティ・デジタル・アセット・リサーチは、将来のビットコインのセキュリティアップグレードにおける中心的な制約として、トランザクションのスループットを挙げています：

「ビットコインのトランザクション処理能力を維持するために鍵サイズを最小限に抑えることは、依然として重要な課題である。ただし、現在のメンプールがほぼ空の状態であることを考慮すると、その影響はそれほど顕著ではないかもしれない。」

秘密鍵により、ビットコイン所有者は仲介者に依存することなく取引を承認できます。ウォレットは秘密鍵を使用してデジタル署名を生成し、秘密鍵を明かすことなく所有権を証明します。秘密鍵、公開鍵、取引署名間のこの関係が、ビットコインの所有権と自己管理の基盤を形成しています。

ビットコインの現行の署名方式が将来的な脅威に直面

標準的なビットコイン取引の多くは、楕円曲線デジタル署名アルゴリズム（ECDSA）またはシュノール署名を採用しています。シュノール署名はTaprootを通じて利用可能となり、ビットコイン改善提案（BIP）340でその仕様が規定され、BIP 341によってTaprootの支出ルールが確立されました。 BIP 341は、2021年にアップグレードが有効化される前の2020年1月に割り当てられました。どちらの方式も、従来のコンピュータで楕円曲線離散対数問題を解くことが困難であることに依存しています。

ショアのアルゴリズムを実行できる十分な処理能力を持つ量子コンピュータであれば、この問題を解き、対応する公開鍵から秘密鍵を導き出すことが可能となります。研究の進展により、楕円曲線暗号を攻撃するために必要なリソースに関する一部の推定値が下方修正されたことで、ビットコインの量子セキュリティをめぐる議論がさらに注目を集めています。とはいえ、既存の量子システムは、暗号学的に意味のある処理能力にはまだほど遠い水準にとどまっています。

SHRINCS：効率性と復旧経路を両立

研究者たちは、楕円曲線暗号ではなくハッシュ関数に依存する量子耐性のある署名システムの評価を進めています。 SHRINCSの仕様草案では、コンパクトなステートフル署名パスと、より大規模なステートレスなフォールバックを組み合わせています。現在の設計では、48バイトの公開鍵、548～4,619バイトのステートフル署名、および5,777バイトのステートレス署名が規定されています。

ステートフルなパスでは、署名デバイスがどのワンタイム署名鍵がすでに使用されたかを追跡する必要があります。状態が失われたり破損したりすると、ウォレットはそのパスを安全に継続できなくなりますが、SHRINCSのフォールバックは2024年8月13日に公開された米国国立標準技術研究所（NIST）のSLH-DSA規格のアルゴリズムを採用しています。 ステートレスな代替案はアクセス権を維持しますが、ブロックスペースを大幅に多く消費します。 フィデリティ・デジタル・アセット・リサーチは、将来の量子耐性ビットコインのアップグレードが、さまざまなセキュリティ要件にどのように対応できるかを次のように説明しています：

「SHRINCSは最近正式に策定されたBIPであり、将来に向けた一つの可能性を示すものです。しかし、ビットコインの技術的制約や、より大規模な量子耐性署名に伴う非効率性を考慮すると、将来の解決策はビットコインの現状に近いものになる可能性があります。」

署名のサイズが大きくなるとビットコインの処理能力が低下する

ビットコインの既存の署名は主要なポスト量子代替案よりもはるかに小さいため、将来のセキュリティとネットワーク容量の間に直接的なトレードオフが生じます。 署名のサイズが大きくなると、ブロックスペースをより多く消費し、ネットワークが混雑している期間の取引コストを押し上げ、マイナーが確認できる送金件数を制限することになる。他の評価では、一部の量子耐性署名システムによって取引データが急激に膨れ上がる可能性があることが判明している。SHRINCSやその他の量子耐性システムを導入するには、後方互換性のあるソフトフォークなどを通じて、新たなコンセンサスルールが必要となる。 また、ウォレットプロバイダー、マイナー、ノードオペレーター、取引所、カストディアンもこの移行に対応する必要があります。フィデリティは7月、他の8社の金融・暗号資産企業と共同で、量子耐性研究を含む1,500万ドルのビットコインセキュリティイニシアチブへの資金提供に参画しました。