アルゴランド:ブロックチェーンでFalconポスト量子テクノロジーを開拓する by アルゴランド財団CTO ジョン・ウッズ



アルゴランド:ブロックチェーンでFalconポスト量子テクノロジーを開拓する

by アルゴランド財団CTO ジョン・ウッズ



量子コンピュータとは?


現代の生活にはコンピューティングが浸透していますが、GoogleやIBMといった世界有数のコンピュータ科学者が積極的に開発している量子コンピュータという全く新しいカテゴリーのコンピュータがあることをご存知でしょうか?


量子コンピュータは、古典的なコンピュータとは異なり、量子力学(exotic Physics)を利用し、「量子並列処理(Quantum parallelism)」によって飛躍的な処理能力向上を実現するコンピュータです。



量子コンピュータは暗号技術にどのような挑戦をしているのか?


量子並列計算機を用いると、現在私たちが暗号の安全性を確保するために用いている数学的問題を、効率的に解くことができるかもしれません。具体的には、現代の暗号アルゴリズムは、ある種の数学的問題は古典的なコンピュータが合理的な時間内に解くにはあまりにも難しいという仮定に依存しています。例えば、大きな数の因数分解や離散対数を解くような数学的問題です。


このような問題を素早く解くのは、量子コンピュータの得意とするところです つまり、現在の暗号標準の多く、特にブロックチェーンにとって、存亡の危機をもたらす存在なのです。量子アドベントがいつ起こるかは議論の分かれるところですが、この出現した脅威に対処するために、私たちは今行動する必要があります。



Falcon(ファルコン)が救う!


量子コンピュータの出現に対抗するため、NIST(米国標準技術研究所)は、量子攻撃に対して安全な暗号アルゴリズムを開発するために、この分野の最も優秀な頭脳を誘致するグローバル・コンペを開催しました。


このコンペティションは熾烈を極めました。世界中の暗号技術者や科学者から50種類以上のアルゴリズムが候補としてエントリーされました。6年近くにわたる厳密な暗号解析、検査、テストの結果、一握りのアルゴリズムがこのコンペティションの勝者に選ばれ、先日発表されました。つまり、量子的な安全性を持つ暗号の標準がついにできたのです


NISTの発表の前に、アルゴランドはすでにアルゴランド・ブロックチェーンに量子セキュリティを提供する選択肢としてFalconを選んでいました。実際、アルゴランド・チームは以前、Falconにつながる技術的な歴史の中で先駆的な役割を果たし、その強さに自信を抱いていました。



Falconの特徴


暗号アルゴリズムの設計と実装のプロセスは、予想通り高度な技術的作業であり、量子的な安全性を必要とするアルゴリズムを構築する場合は、さらに難易度が高くなります。古典的な暗号アルゴリズムでは当然と思われる特性も、量子的な文脈では一桁以上難しくなることがあるのです。このため、典型的な量子安全暗号は、効率と安全性を引き換えにすることを余儀なくされます。簡単な選択ではありません。


理想的には、量子安全アルゴリズムは次のような特徴を備えている必要があります。


  • 鍵や署名のサイズが小さく、かつ安全であること。

  • 古典的なコンピュータが携帯電話でも使用・検証できるほど高速であること。

  • アルゴリズムが長持ちするように柔軟であること。


これらは、まさにFalconの特徴であり、ファルコンがNISTのコンペティションで勝利を収めた理由でもあります。



Falconの歴史


Falconは、Fouqueらによって設計された技術的な芸術品です。設計者が述べているように、彼らのソリューションは、(GPV:以下3名の頭文字)Gentry(アルゴランド財団の前メンバー)、Peikert(アルゴランド・インクの暗号技術責任者)、Vaikuntanathan(MIT、アルゴランド・インクの科学顧問)の先駆的研究であるTrapdoors for Hard Lattices and New Cryptographic Constructionsに基づいています。


格子ベースの署名では、すべてのメッセージは多くの有効な署名の可能性を持っており、署名アルゴリズムは最終的にそのうちの1つだけを選択しなければなりません。残念ながら、先行提案の手法では、古典的なコンピュータを用いても、わずかな数の署名付きメッセージから署名鍵を復元することが可能でした!


Falconが採用したGPVの決定的な革新は、秘密の署名鍵に関する情報を一切明らかにしない方法で有効な署名を選択する厳密な方法です。この方法を用いれば、膨大な数のメッセージに安全に署名することができます。さらにGPVは、古典・量子を問わずすべてのコンピュータで解くことが困難な格子問題を解かない限り、署名方式を破ることは不可能であることを示したのです!



アルゴランド内でのFalconの活用


すべてのブロックチェーンは、量子安全なデジタル署名スキームから恩恵を受けるでしょう。また、アルゴランドでは、様々なアプリケーションでFalcon署名を使用します。特に、アルゴランド・ブロックチェーンの最新の技術的成果であるState Proofsの根幹をなすものです。


State Proofsは、アルゴランド・ブロックチェーンが他のブロックチェーンと分散的に相互運用することを可能にし、量子コンピュータがいつ出現しても、チェーンを遡及的にフォークすることを防止することができます。



元記事:https://www.algorand.foundation/news/pioneering-falcon-post-quantum-technology-on-blockchain