Google の Willow 量子チップとビットコインのセキュリティ — 何が問題になっているのでしょうか?

量子コンピューティングと古典的コンピューティングの比較

量子コンピューティングと古典的コンピューティングの根本的な違いは、情報の処理方法にあります。

違いをもう少し詳しく理解してみましょう。

• 古典的なコンピューティング: バイナリ ビット (0 と 1) を使用して動作し、計算を順番に実行します。最速の古典的なスーパーコンピューターでさえ、線形進行を通じて問題を解決します。
• 量子コンピューティング: 重ね合わせ状態 (0 と 1 の両方) で存在できる量子ビットを使用します。量子ビットがもつれると、それらは瞬時に相互に影響を及ぼし、システムが複数の計算を並行して処理できるようになります。

この並列性により、量子コンピューターは、最適化問題、分子シミュレーション、暗号テストなど、古典的なシステムでは線形制約のために不十分な特殊なタスクで優れた性能を発揮できるようになります。

Willow の計算能力の実例:

• 創薬と材料科学: Willow の量子状態をシミュレートできる機能により、研究者は複雑な分子相互作用を研究できます。たとえば、タンパク質のフォールディングのシミュレーション（計算集約型タスク）は、量子システムを使用するとより効率的に実行できます。
• 気候モデリング: Willow は非線形方程式を量子速度で解くことで、複雑な環境システムをモデル化し、気候変動緩和戦略についての洞察を提供します。
• 最適化問題: Willow の機能は、サプライ チェーンの最適化や財務モデリングなどの物流上の課題の解決にまで拡張され、従来の手法と比較して解決までの時間を大幅に短縮します。

Reveal Willow は、量子コンピューティングの進歩の証として機能し、さらに、以前は不可能と考えられていた困難に取り組む能力を強調します。

量子コンピューターは理論的にどのようにして暗号アルゴリズムを破ることができるのか

ショールやグローバーのアルゴリズムなどの技術を備えた量子コンピューターは、複雑な問題を指数関数的な速度で解決することで、従来の暗号化手法を打ち破る可能性があります。

「Willow」のような強力な量子コンピュータの出現は、暗号の安全性に対する影響の可能性についての議論を引き起こしており、特に「Willowチップ」はビットコインやその他のブロックチェーンシステムなどのデジタル通貨への影響について疑問を引き起こしている。これらのシステムは主に、従来の脅威に対抗するように設計された暗号アルゴリズムに依存しています。しかし、量子コンピューティングの台頭により、暗号セキュリティに対する潜在的な影響に関する懸念が生じています。

ビットコインのセキュリティにおける公開鍵と秘密鍵の重要性

ビットコインのセキュリティは、楕円曲線暗号 (ECC)、特に楕円曲線デジタル署名アルゴリズム (ECDSA) に基づいて構築されており、量子チップとビットコインのセキュリティの観点から懸念が生じています。公開キーと秘密キーの関係は非常に重要です。

• 公開キー: ビットコイン (BTC) を受け取るアドレスとして公開で共有されます。
• 秘密キー: 秘密に保たれ、トランザクションの署名、所有権の証明、資金の移動の承認に使用されます。

ECDSA の背後にあるセキュリティの前提は、古典的なコンピューターでは計算的に解決できない楕円曲線離散対数問題 (ECDLP) にあります。ユーザーの秘密キーにアクセスできなければ、有効な署名を偽造したり、資金にアクセスしたりすることは事実上不可能になります。

量子アルゴリズムが暗号化をどのように脅かすか

一方、量子コンピューターは、現在のセキュリティ構造に脅威をもたらす可能性があります。 2 つの重要な量子アルゴリズムは、これらの危険性を強調しています。

• Shor のアルゴリズム: 整数因数分解などの問題を迅速に解決することで ECC などの暗号化システムを破り、公開鍵から秘密鍵を導出できるようにします。
• Grover のアルゴリズム: ブルート フォース ハッシュ関数の二次的な高速化を実現します。ビットコインの場合、これにより SHA-256 (Proof-of-Work コンセンサスで使用される) の有効強度が 256 ビットから 128 ビットに減少します。これは今日の基準では安全ですが、ハッシュ関数が弱い他のシステムには潜在的な脆弱性があることが浮き彫りになります。 

ビットコインを破るには量子力が必要

デジタル通貨の領域を詳しく調査する研究者として、評判の高いレジャー・ジャーナルに掲載された研究が示唆しているように、ビットコインの堅牢な暗号障壁を突破することは、Willow のような量子コンピューターの現在の到達範囲をはるかに超えていると表明しなければなりません。

• 必要な論理量子ビット: Shor のアルゴリズムを効果的に実行するには、少なくとも 1,500 ～ 3,000 個のフォールト トレラント論理量子ビットが必要です。
• 必要な物理量子ビット: 現在の誤り率を考慮すると、これは誤り訂正を考慮すると数千万の物理量子ビットに相当します。

As Alan Watts highlights, today’s systems are still in the “noisy intermediate-scale quantum” (NISQ) phase — a term introduced by American theoretical physicist John Preskill — where errors and instability restrict their practical applications.

ビットコインの現在の防御メカニズム

ビットコインのセキュリティは、従来の方法では解読が難しい複雑な暗号化技術に基づいており、すべてのトランザクションとブロックチェーン システムの完全性に対して強力な保護手段を提供します。

ビットコインの独自の暗号構造を調査すると、ビットコインが最も安全な分散システムの 1 つであることがわかります。そのセキュリティは、従来のコンピューティング能力を使用しても事実上解読できない複雑なアルゴリズムに根ざしています。その保護策を詳しく調べる中で、Google の Willow 量子チップがこれらの安全装置を回避できる可能性があるかどうかを考えてみましょう。

ECDSA と SHA-256: ビットコインのセキュリティの中核

前述したように、ビットコインのトランザクション プロセスは、デジタル署名の作成と確認に楕円曲線デジタル署名アルゴリズム (ECDSA) を利用しています。さらに、ビットコインのプルーフ・オブ・ワーク・コンセンサス・メカニズムは、ブロックチェーンを保護するために、暗号化ハッシュ関数の一種である SHA-256 を採用しています。

• マイナーは SHA-256 を含む計算パズルを解き、新しいブロックをブロックチェーンに追加します。
• ハッシュ関数は不可逆的になるように設計されており、ハッシュされた出力から入力データをリバース エンジニアリングすることは計算上不可能です。

Willowはビットコインにとって脅威となるのでしょうか?

105 量子ビットと量子コンピューティングの顕著な進歩を誇る Google の Willow 量子チップは、現時点ではビットコインの暗号基盤に差し迫った危険をもたらすものではありませんが、ビットコインの ECDSA または SHA-256 暗号化を解読するには相当な数の暗号化が必要になることに注意することが不可欠です。フォールトトレラントな論理量子ビット (1,500 ～ 3,000 の範囲) Willow が現在達成できることをはるかに超えています。前述したように、現在の量子システムには、ビットコインの強力な防御に重大な挑戦をもたらすのに必要なスケーラビリティが欠けています。

ECDSA と SHA-256 を組み込んだ複数の暗号化層により、ビットコインは最新の量子技術に対する耐性が高くなります。現段階 (NISQ) では、Willow のエラーと不安定性により実際の使用が制限され、ビットコインの暗号化保護の現在のセキュリティを維持する一時的なギャップが生じています。

Willow 対ビットコインのセキュリティに対する暗号コミュニティと暗号学者の反応

量子コンピューティングがもたらす可能性のある潜在的な危険性を認識し、暗号通貨セクターは研究を開始し、量子に安全な暗号手法を作成することで対策を講じています。

ポスト量子暗号における継続的な取り組み

米国国立標準技術研究所 (NIST) は、ポスト量子暗号方式 (PQC) の統一標準の開発を主導しています。これらの技術は、従来の攻撃と量子ベースの攻撃の両方に耐えられるように作られています。現在のところ、最終的な選択肢は次のとおりです。

• 格子ベースの暗号化: CRYSTALS-Dilithium や Kyber などのアルゴリズムは、量子攻撃に対して安全な格子構造に依存しています。
• ハッシュベースの署名: これらは、Shor や Grover のような量子アルゴリズムに対してより耐性のある暗号ハッシュを使用します。

これらの標準は、確立された後、ビットコインやその他のさまざまなブロックチェーン ネットワークに組み込まれ、長期的なセキュリティの回復力を強化することができます。

Vitalik Buterin によるイーサリアムのセキュリティに関する提案

イーサリアムの背後にある重要人物であるヴィタリック・ブテリン氏は、潜在的な量子コンピューティングの脅威に備えることの重要性について頻繁に議論しています。彼の主な提案には次のものが含まれます。

• Lamport 署名: 実装は簡単ですが、より大きなストレージを必要とする耐量子性のワンタイム署名スキーム。
• 移行の柔軟性: イーサリアムのモジュール構造により、ビットコインよりも迅速に新しい暗号標準を採用できます。たとえば、イーサリアムはコンセンサスメカニズムの更新を通じてポスト量子アルゴリズムを統合する可能性があります。

ブテリンの積極的なアプローチは、他のブロックチェーン プロジェクトの青写真を提供します。

より広範な業界調査

暗号化と研究の第一線の専門家が、量子安全技術ソリューションの作成において重要な役割を果たしています。

• アダム バック: ブロックチェーン暗号化のパイオニアであるバック氏は、分散型の性質を損なうことなく PQC (ポスト量子暗号) をビットコインのプロトコルに統合することの重要性を強調しました。
• ビル ブキャナン: 格子ベースの暗号化と安全なシステムにおける彼の研究は、量子攻撃に対抗するための堅牢なソリューションを提供します。

いくつかのブロックチェーン イニシアチブでは、従来の暗号化手法と量子安全アルゴリズムを組み合わせたハイブリッド システムを研究しています。これは、量子コンピューターが実用化され始めた後、容易な移行を促進するために行われます。

何が問題になっているのか: 量子のブレークスルーがもたらす潜在的な影響

量子コンピューティングの画期的な進歩は、ブロックチェーンのセキュリティに脅威をもたらす可能性があり、デジタルウォレットの侵害や市場の不安定化につながる可能性があります。良い面としては、これにより、堅牢な暗号防御の開発の進歩が加速する可能性もあります。

量子コンピューティングの成長を探求するということは、ビットコインと暗号通貨セクター全体に対する潜在的な脅威と利益にも直面することを意味します。これらは意思決定プロセスにとって極めて重要であるため、関係者全員がこれらの結果を把握することが不可欠です。

潜在的なリスク

侵害されたウォレット:

• 完全にスケーラブルでフォールトトレラントな量子コンピューターは、公開鍵から秘密鍵を導出し、ウォレットへの不正アクセスを可能にする可能性があります。
• これが発生した場合、資金が盗まれ、ビットコインのセキュリティの信頼が損なわれる可能性があります。

ネットワークが不安定:

• 量子の脆弱性に対する恐怖は市場のパニックを引き起こし、ビットコインの価格と採用に影響を与える可能性があります。
• 歴史的には、技術的リスク（フォークやプロトコルのバグなど）が認識されている場合でも、ビットコインの価格に大きな変動を引き起こす可能性があります。

遅れたコンセンサス:

• 量子攻撃によってビットコインの PoW メカニズムが破壊された場合、トランザクション検証の遅延やネットワークの分割が発生する可能性があります。

前向きな展開

かなりのリスクが伴いますが、暗号通貨分野における暗号化技術のダイナミックな取り組みと進歩は楽観的な見通しを与えてくれます。

• タイムラインは暗号通貨に有利: 専門家は、暗号関連の量子コンピューターが登場するのは少なくとも 10 ～ 20 年先であり、暗号通貨コミュニティが耐量子規格に移行するのに十分な時間が与えられるということに広く同意しています。
• 暗号化の進歩: ポスト量子アルゴリズムは静的なものではなく、急速に進化しています。研究者らは、暗号技術の革新のペースが量子の進歩を上回ると確信している。
• セキュリティ体制の強化: PQC をブロックチェーン システムに統合すると、量子脅威と従来の脅威の両方に対するシステムの安全性が高まり、ビットコイン セキュリティの量子脅威に対処し、分散型金融への信頼が強化される可能性があります。

市場の安定性と機会

• 移行計画: 量子移行戦略の概要を透明に示すプロジェクトは、投資家の信頼をさらに高める可能性があります。
• イノベーションの促進: 量子のブレークスルーは、量子チップがブロックチェーンに及ぼす影響に対処する、量子安全ウォレットやポスト量子環境に最適化された分散システムなどのブロックチェーン イノベーションを推進する可能性があります。

結局のところ、量子コンピューターの実用化にはまだ数年かかるため、暗号セクターには調整する時間があり、より堅牢で安全な分散型の未来につながります。