AmericanFortressの研究者は、ビットコインやその他のブロックチェーンウォレットを将来の量子コンピューティング攻撃から保護しつつ、ユーザーが既存のウォレットアドレスを変更する必要がない暗号システムを提案した。

ブロックチェーンセキュリティ、耐量子暗号、デジタル資産インフラを専門とするワイオミング州拠点の企業AmericanFortressは、「ZKPoSP: Post-Quantum Zero-Knowledge Proofs for Hierarchical Deterministic Wallets」と題された論文でそのアプローチを概説した。同システムは、従来の楕円曲線デジタル署名をゼロ知識証明に置き換えつつ、最新の暗号通貨ウォレットの基盤である階層的決定性ウォレット規格との完全な互換性を維持する。

この研究は、専門家が「Q-Day」と呼ぶ概念を中心に展開されている。Q-Dayとは、フォールトトレラントな量子コンピュータがShorのアルゴリズムを実行して公開鍵から秘密鍵を導出できるようになる予想される時点を指す。そのようなブレイクスルーは、ビットコインや他の多くのブロックチェーンを保護する楕円曲線暗号を脅かすことになる。暗号学的に意味のある量子コンピュータはまだ存在しないが、米国国立標準技術研究所（NIST）は2024年8月に初の耐量子暗号標準を最終化し、政府と産業界がこの脅威を広範な準備を始めるに足る深刻なものと見なしていることを示している。

「GoogleのWillowプロセッサを含む量子ハードウェアの最近の進歩は、暗号学的に意味のある量子コンピュータの実現時期を大幅に早めた」と研究者らは記している。「BIP32、BIP44、SLIP-10などのアドレスと鍵導出規格がウォレット管理の主要なインフラであるブロックチェーンの環境において、Shorのアルゴリズムを実行する量子コンピュータは対応する公開鍵から任意の楕円曲線秘密鍵を復元でき、現在稼働中のすべてのウォレットを脅かす可能性がある。」

提案されたシステムは、ユーザーに新たな耐量子アドレスへの資金移行を強いるのではなく、デジタル署名をウォレットのシードフレーズの所有権を検証するゼロ知識証明に置き換える。シードフレーズ自体は秘密のままであるため、個々の秘密鍵が量子攻撃者によって侵害された場合でも、正当な所有者は依然としてウォレットの管理権を証明できると著者らは主張する。

論文は2つの主要コンポーネントを紹介している。ZKPoSP（Zero-Knowledge Proof of Seed Provenance）と、既存の階層的決定性ウォレットと互換性を保ちつつ複数の楕円曲線をサポートするよう設計された鍵導出スキームQBIP32である。研究によると、AmericanFortressチームはRISC Zeroゼロ知識仮想マシンを使用してRustでシステムを実装した。プロトタイプのベンチマークでは、証明生成時間が約12〜13秒、検証時間が約9〜10ミリ秒であった。論文はまた、特定の操作において証明時間を短縮するQ-Day後の動作モードについても詳述している。

この研究はまだどのブロックチェーンネットワークにも採用されていない。実環境での展開には、開発者、ウォレットプロバイダー、取引所、マイナー、エンドユーザー間の協調的な採用が必要となる。これは歴史的に、2017年のSegWit活性化に先立つ長年にわたる議論のように、Bitcoinプロトコルの控えめな変更でさえ深く対立を生んだハードルであった。

ビットコインは特に深刻な量子の脆弱性に直面している。コインを使用すると公開鍵がオンチェーンで公開されるためである。十分に強力な量子コンピュータは、これらの公開された公開鍵を利用して秘密鍵を導出し、有効な取引署名を偽造する可能性がある。

本論文は、ブロックチェーンネットワークをポスト量子時代に備える業界主導のイニシアチブの波の中で最新のものである。今月初め、Project ElevenはQ-Day後にデジタル署名ではなくシードフレーズを通じてビットコインウォレットの所有権を証明できるようにする耐量子リカバリメカニズムを提案した。3月には、BTQ Technologiesが専用の「Bitcoin Quantum」テストネット上でBIP-360の最初の実装をリリースし、耐量子トランザクションフォーマットを評価した。

5月には、ブロックチェーン分析企業のGlassnodeが、約604万ビットコイン、すなわち流通量の約30%がすでに公開鍵を露出していると推定した。同月、米国商務省は量子コンピューティング企業と製造イニシアチブに対して20億ドル以上の資金提供を発表した。

先週、BlackRock、Coinbase、Strategy、Fidelity Digital Assets、Galaxyなどの主要な業界参加者がBitcoin Security Consortiumを結成し、ビットコインのセキュリティ研究と量子攻撃に対する防御を支援するために3年間で1500万ドルを拠出することを約束した。