量子コンピューティングがブロックチェーンに与えうる脅威

ブロックチェーン技術が新たなイノベーションとして台頭する一方で、暗号通貨や非代替性トークン（NFT）などのデジタル資産、およびそれによって駆動される分散型アプリケーション（DApps）のエコシステム全体は、量子コンピューティングが提示する課題に直面しています。急速に進歩している量子コンピューティングは、量子力学の原理を利用して、古典的またはバイナリコンピュータでは解くのが複雑すぎると見なされていた問題を解決できるコンピュータを構築します。

スーパーコンピュータ（従来のコンピュータと比較して著しく優れたパフォーマンスを示す古典的コンピュータ）を超え、次世代のコンピューティング時代を担うものとして宣伝されている量子コンピュータは、その計算能力の優位性により、既存のセキュリティ規範に疑問を投げかける可能性があります。また、非常に複雑な問題を解決する能力は、ブロックチェーン技術の不変性に対する現在の認識を脅かすかもしれません。

デジタルセキュリティプロトコルを不安定にする可能性を秘めた量子コンピューティングは、技術がまだ初期開発段階にあるにもかかわらず、悪意のある主体が暗号通貨や各種ブロックチェーンアプリケーションに対する攻撃を仕掛けるのを助ける可能性があります。 

したがって、量子コンピュータがどれほど強力であるかを理解し、将来ブロックチェーン駆動型アプリケーションにどのような脅威をもたらすかを識別することが不可欠です。グローバルな暗号資産エコシステムが主流受容の瀬戸際に立たされている今、開発者や起業家は暗号アルゴリズムに関する未開の領域を.navigateし、量子コンピューティング由来の脅威を軽減するために革新を行う必要があります。

量子コンピュータの動作原理 

量子コンピュータと古典的またはバイナリコンピュータの主な違いは、複雑な計算において数値を表すために状態を利用するアプローチにあります。古典的コンピュータはビットを使用して情報をバイナリ形式（0または1）でエンコードしますが、量子コンピュータは量子ビット、すなわち「キュービット」を活用し、量子もつれや量子重ね合わせなどの性質を利用して、複数の状態を同時に表します。

0から255までの数値を表す基本的な例を考えてみましょう。古典的コンピュータでは、この範囲内の任意の数値を表すために8ビットが必要です。一方、量子コンピュータは8つのキュービットを使用して、256個のすべての数値を同時に表すことができます。

この特性により、量子コンピュータは多数の組み合わせを検討し、最も進んだスーパーコンピュータの能力をはるかに超える速度で複雑な計算を実行できます。絶対零度以下の温度に冷却すると電子の流れに対する抵抗が極めて低くなる超伝導素子を利用しているため、量子コンピュータは本質的に熱、電磁波、さらには空気への暴露に敏感であり、最適でない環境では計算損失を引き起こします。

したがって、日常的な使用に適した量子コンピュータの作成において顕著な進歩が実現されない限り、次世代のコンピューティング時代は、現在の古典的コンピュータの能力と高度な量子コンピュータの能力の間に位置する可能性があります。

IBMは127量子ビットプロセッサを備えた統合量子コンピューティングシステム「Quantum System One」を開発しました。しかし、量子コンピューティングが驚異的なペースで進展しているため、1,000量子ビットの量子コンピュータの実現は不可能ではありません。

IBMは2023年までに1,121量子ビットの量子コンピュータプロセッサを発表することを期待しており、これは産業規模でのアプリケーションを可能にし、世界で最も強力なスーパーコンピュータを大幅に上回る計算能力を提供すると予想されています。

暗号通貨は量子コンピューティングの攻撃に対して脆弱ですか？

市場における純粋な量子コンピュータデバイスの出現を見越して、次に来るコンピューティングの波は、古典的および量子ワークフローを融合させた量子強化スーパーコンピュータによって主導される可能性があります。

これらのデバイスは、2022年11月9日に127量子ビットのEagleプロセッサのデビューから1年未満で433量子ビットのIBM Quantum Ospreyが発表されたことを考慮すると、特に50から1,000量子ビットの計算能力を持つ可能性があります。

現在の量子コンピュータの大きな力と限られた可用性を考えると、量子コンピュータが暗号通貨に対して実質的な脅威となるまでにはまだ十分な時間があるという結論を容易に導き出すことができます。

豊富な可能性が提示されているにもかかわらず、高度なエラー抑制技術が開発され、問題なく計算速度が向上しない限り、量子優位性の達成は困難なままとなります。

量子コンピューティングが暗号通貨を支える暗号を克服するというシナリオを仮に検討しても、公開鍵を持つウォレットアドレスを対象として内部の資金を盗むストレージ攻撃を引き起こすには、天文学的な計算パワーが必要です。イーサリアムネットワークのようなブロックチェーンでは、そのようなストレージ攻撃を実行するために、1,000万キュービット以上の計算パワーが必要です。

トランジット攻撃の場合、悪意のある行為者がブロック時間内にトランザクションの制御を乗っ取るために膨大な量子コンピュータパワーを使用するため、規模は大幅に大きくなります。これはすべてのノードを対象とすることに関わります。しかし、ブロックチェーンネットワークへの新しいブロックの追加前に攻撃を実行する必要があるため、攻撃者はビットコインの場合数分、イーサリアムの場合数秒以内にトランジット攻撃を完了する制約を受けます。

そのような攻撃を成功させるために数十億の量子ビットの量子コンピュータパワーを必要とするため、ブロックチェーン開発者には、量子攻撃に耐性のある新しい暗号署名アルゴリズムを考案し実装するための十分な時間が与えられます。

ビットコインは量子コンピュータによる盗難のリスクにさらされていますか？

ビットコインを保護する暗号を解読するには、盗難を企てる単一の主体が調整する下で、膨大な量子コンピュータパワーの展開が必要です。

サセックス大学の研究者によると、10分以内にビットコインネットワークに侵入するには、処理能力19億キュービットを備えた量子コンピュータが必要です。この状況は、ハッカーが数百万台の量子コンピュータを動員する必要があることを意味し、これは近未来にはあり得ないシナリオのように思えます。

計算能力を低下させて展開した場合、攻撃の実行に必要な時間は指数関数的に延長され、影響を受けたノードを無効化しネットワークを回復するための十分な機会が提供されます。ストレージ攻撃はより現実的に見えるかもしれませんが、ビットコインを含む暗号通貨は、そのような事態に対処するために、基盤となるブロックチェーンプロトコルの変更を不可避免地に開始する必要があります。

この戦略はビットコインウォレットを将来の攻撃に対して脆弱なままにする可能性がありますが、そのような変更は新しい暗号アルゴリズムを導入するよりも実装が容易です。現在、ビットコインは楕円曲線デジタル署名アルゴリズム（ECDSA）を採用しており、これはユーザーの秘密鍵、公開鍵、および署名を使用して、資金が本人のみによって支出されることを保証する、個別の署名および検証アルゴリズムを特徴とする暗号手法です。

それでも、パブリックブロックチェーンはプロトコルへの変更を承認するために主要ユーザー間のコンセンサスを必要とするため、ビットコインのプロトコルへの変更でさえ、予想よりも多くの時間を要する可能性があります。量子耐性のあるソフトウェアおよび暗号ソリューションの必要性を認識し、暗号資産分野の多くのプロジェクトがこの目標を熱心に追求しています。

量子コンピューティングが主流に浸透した時代におけるビットコインの未来は、画期的な暗号アルゴリズムによって調整される、より高度で量子耐性のある台帳システムへの移行を必要とする可能性があります。

量子コンピューティングは暗号通貨の終焉を意味しますか？

量子コンピュータは、分子シミュレーションの支援、省エネルギー材料やより強力な医薬品の開発促進、触媒の強化などにより、さまざまな分野を革命化することが確実であり、それによって多くの製造業に利益をもたらす可能性があります。

量子コンピュータの基礎的な動機が世界の最も難解な問題の解決にあるにもかかわらず、これらのマシンは悪意のある主体によってパブリックブロックチェーンや暗号通貨ネットワークに混沌をもたらすために利用される可能性があります。

量子コンピューティングの脅威に対するブロックチェーンの長寿に関する質問に答えるには、今後10年以内に技術が量子耐性のある台帳システムに進化することが必要です。この進化は、量子コンピュータが今後10〜15年以内に暗号通貨を攻撃するのに十分なパワーを蓄積する可能性があるため、主に重要です。

一つの可能な解決策は鍵のサイズを増やすことですが、永遠に強化される量子コンピュータに対する対策として鍵の数を永遠に倍増させることが実現可能かどうかは、まだ確認されていません。

数学的ノイズを暗号化に組み込んで量子コンピュータを混乱させる格子ベース暗号など、革新的な暗号理論や、数学的問題に基づいた量子耐性アルゴリズムが、将来への可能性のある道筋として浮上しています。

後者の方法は、古典的コンピュータと量子コンピュータの両方を阻害するように設計されており、それによって両方の計算ドメインでその関連性とセキュリティを維持します。暗号通貨が構造化された格子またはハッシュベースのアルゴリズムを採用するかどうかに関わらず、重要な要素は量子コンピュータの能力を常に上回ることです。

したがって、量子コンピューティングは現在、既存の形態の暗号通貨に対して直接的な脅威を及ぼしていませんが、量子スーパーコンピュータの迫り来る脅威から分散型ガバナンス構造を保護する一連の変更を導入するには、統一された取り組みが必要です。

量子コンピュータはPoWマイニングを混乱させますか？

ビットコインを含む多くの一般的な暗号通貨は、基盤となるブロックチェーンプロトコルのセキュリティを強化するために、ワーク証明（PoW）マイニングに依存しています。PoWアプローチでは、ネットワーク参加者（マイナーと呼ばれる）が、ブロックチェーン上の新しいトランザクションを検証するために、複雑な数学的パズルの最優先解決者となるための競争的な探求に参加する必要があります。この計算コンテストの勝者には、暗号通貨（ブロック報酬として知られる）が授与されます。

やがて、量子コンピュータは現在のマイニング装置と比較してマイニングパズルの解決を指数関数的に加速させ、量子コンピュータの能力を持つ者がマイニング報酬を多量に蓄積することを可能にします。さらに、それはネットワークの計算力の大部分を掌握することでトランザクション検証プロセスを支配することを可能にし、これは51%攻撃として認識されるシナリオです。 

一部の研究者は、量子コンピュータが少なくとも2028年までビットコインに対して51%攻撃を実行することは現実的ではないと主張していますが、新たな証拠はこのような出来事がより早く発生する可能性を示唆しています。

結論

量子コンピューティングとブロックチェーン技術の交差点は、サイバーセキュリティとデジタル資産の分野において新たな戦場を明らかにします。深い計算能力を備えた量子コンピュータは、ブロックチェーン技術と暗号通貨にとって前例のない味方であり、かつ潜在的な敵対者です。それらはさまざまな分野で最も複雑な問題のいくつかを解決する可能性を秘めていますが、現在安全な暗号システムを侵害する能力は否定できません。 

したがって、量子が支配する未来におけるブロックチェーンと暗号通貨の生存は、量子マシンの強力な能力に耐性のある、暗号アルゴリズムとセキュリティメカニズムの能動的な進化にかかっています。次の10年は、開発者、暗号学者、業界の利害関係者による真摯で集団的な取り組みを要求し、量子コンピューティングと intertwined な未来において、暗号通貨とブロックチェーン技術の持続可能な存続とセキュリティを確保するために、革新し、適応し、分散型デジタル資産を新たな量子脅威から守る必要があります。