ランポート署名(Lamport Signature)は、量子コンピュータにも有効であるといわれる仕組みです。

5年後に実用化するとの予測もある量子コンピュータは、スーパーコンピュータの約1億倍の処理能力があるとされ、AI(人工知能)やIoT(モノのインターネット)と組み合わせ人々の生活を豊かにすることが期待されています。

その一方で、その計算能力・処理能力の高さから、仮想通貨の秘密鍵を解読してしまい仮想通貨のセキュリティを脅かすとの懸念もあります。

そんな量子コンピュータへの耐性を持つのがランポート署名という仕組みです。

この記事ではランポート署名の仕組みについて詳しく解説します!


​ランポート署名とは?

​安全性の高い電子署名

量子コンピュータへの対策の一つとしてあげられるのがランポート署名(Lamport Signature)です。

乱数ハッシュを複雑に組み合わせて作られていて、従来の署名方法よりも安全性の高い署名方法だとされています。

秘密鍵・公開鍵の作成署名署名の検証という大きく分けて3つの仕組みで成り立っています。

ランポート署名のメリット

​量子コンピュータの悪用に耐えうる

近年話題になっている量子コンピュータは、IoT(モノのインターネット)AI(人工知能)の応用と組み合わせることで、生活の利便性を何倍にも向上させるとされています。

事実、量子コンピュータの処理速度は、今の時点で最速の計算速度をもつスーパーコンピュータの約1億倍ともいわれています。

人間の生活を豊かにする量子コンピュータですが、その処理能力・計算速度が悪用された際は、甚大な被害をもたらします。

量子コンピュータの処理能力だと、インターネット上の取引で使われる暗号も解読されてしまうのではという懸念もあります。

しかし、従来の署名方法よりも安全なランポート署名は複雑に組み合わされて作られているので、量子耐性があるといわれています。

仮想通貨の量子耐性のために使われる

​量子コンピュータが登場すると、その計算能力により仮想通貨の秘密鍵も解読される危険もあります。

量子コンピュータが悪用された際、つまり量子コンピュータによるハッキングが行われた際に、セキュリティを守れることを量子耐性といいます。

5年後には実用化されるともいわれている量子コンピュータにそなえて、各通貨は対策をする必要があります。

実際、NEOCardanoIOTA等の量子コンピュータに対応するとロードマップで発表している仮想通貨があります。

ランポート署名の仕組み

ランポート署名は大きく分けて3つのステップで成り立っています。

ランポート署名の仕組み

  • 秘密鍵と公開鍵の生成
  • 署名を行う
  • 署名を検証する

そもそも仮想通貨を送金する時に送金者が電子署名するのは、送金者本人が送金をしていることを証明するため、送金したことは事実であり否認できないことを証明するため、という二つの理由があります。​

 今回は送金者がアリス署名を受け取るのがボブという設定で解説していきます。

秘密鍵と公開鍵の生成

​「秘密鍵と公開鍵って何?」という方は以下の記事をご覧ください!

​「公開鍵・秘密鍵って何だろう?」「どうして鍵が2つもあるの?」このような疑問を持ったことはありませんか?この記事を読めば公開鍵・秘密鍵の基本を理解することができます。普通に考えれば、1つの錠に対して鍵は1つです。しかし、仮想通貨取引において用いられるこの2つの鍵は性質が全く異なります。鍵が2つあることは情報を保護する上で非常に重要な意味を持っています。一般の鍵のイメージは公開鍵・秘密鍵を理解する中で邪魔になるかもしれません。一旦はそのイメージを脇において読むといいと思います!目次公開鍵・秘密鍵とは​​​​秘密鍵の管理に注意!​秘密鍵の管理方法は?​まとめ​仮想通貨の公開鍵・秘密鍵とは​​​​​公開鍵​公開鍵とは一般に公開されている鍵で、後で説明する秘密鍵から作成されます。流れとしては秘密鍵→公開鍵→アドレスという感じです。しばしば公開鍵とアドレスは同じものとして扱われるのですが、違うものなので注意してください。アドレスは銀行口座で例えるなら口座番号です。例えばA君からB君に1BTC送るとしましょう。B君は1BTCを受け取る際、自分のアドレスをA君に教えればいいだけです。このトランザクションではB君の秘密鍵も公開鍵も必要ありません。現在の銀行を介した取引と仕組みは同じです。一方で、公開鍵は取引の検証のために用いるものです。つまり公開鍵でトランザクション内容が本当に正しいのかを検証することができるということです。上の例でA君の公開鍵を使えば、「A君が自分の秘密鍵を使って送金したこと」「送金額が1BTCのままであること」「B君のアドレスに送金されていること」を誰もが確認することができます。詳しくは電子署名の図で説明します。秘密鍵から公開鍵を作ることは比較的容易にできますが、公開鍵から元の秘密鍵を類推することは非常に困難です。​公開鍵から秘密鍵を作れてしまってはこの暗号方式の意味がありません。この一方向性が非常に重要で、歴史的にみると1960年代、一方向性をもつアルゴリズムが見つからなかったので、公開鍵と秘密鍵を用いた暗号方式は理論の段階にとどまっていました。しかし条件を満たすアルゴリズムが見つかったことで、現在の2つの鍵を用いた暗号方式が可能になりました。とにかく公開鍵を知られたと言って、別に自分のお金が盗まれるというわけではないので安心してください!​秘密鍵​秘密鍵は

 まず、アリスが秘密鍵と公開鍵を生成します。

アリスはまず256対512個の乱数(乱数A、乱数B)を作成します。これが秘密鍵となります。

次に、アリスはこれら512個の乱数のハッシュを作ります​。これが公開鍵となります。

そして彼女は公開鍵を公開します。

署名を行う

送金するときには、秘密鍵を使用して署名します。

最初にアリスはメッセージのハッシュを作成します。そしてそれを二進数に変換します。

次に表に従って置換します。第1ビットが0なら秘密鍵の第1群の1番目の数を選び、1なら秘密鍵の第2群の1番目の数を選びます。

これを256対すべてのビットぶん行います。そうすると、256個の乱数を得ることができます。

そして、アリスはメッセージと一緒にボブにこの署名を送ります。

つまり、512個ある乱数のうち半分だけ公開することになります。この時点では、まだメッセージは暗号化されていません。

まとめると以下のようになります。

  1. メッセージをハッシュ化する
  2. ハッシュ値を二進数にする
  3. 表に従って置換する(256ビット)

署名を検証する

ボブが署名を受け取ります。

まず、アリスと同じようにメッセージのハッシュを作成し、二進数に変換します。

そして、メッセージのハッシュ値に対して、アリスの秘密鍵のハッシュを計算します。アリスがこの作業に必要な乱数を署名として公開しているのでそれに従います。

ハッシュ関数の計算方法も公開されているので、ボブもハッシュ計算をすることが可能なのです。

ボブはアリスの公開鍵256個の乱数(秘密鍵)による署名の値を照合します。これらが完全に一致すれば、署名が正しいと認められ、署名をしたのはアリスだということが証明されます。

ランポート署名まとめ

​この記事では、ランポート署名の安全性とその仕組みについて紹介しました!

ランポート署名について、まとめると、

  1. 量子コンピュータへの耐性を持つと言われる署名方法
  2. 量子耐性を持つので仮想通貨のセキュリティを守れる
  3. 秘密鍵・公開鍵の生成​、署名署名の検証の3ステップで成り立つ

といった特徴があげられます。

5年後に実用化されるともいわれる量子コンピュータにそなえて、ランポート署名の名前は頭に入れておけるといいですね。

量子コンピュータと量子耐性については、最前線の課題であるのでこれからも目が離せません!


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