ビットコインが近い将来の量子脅威に直面していない理由

ビットコインの夜明け以来、さまざまなFUD（恐怖、不確実性、疑念）キャンペーンがその終焉を告げようとしてきました。しかし、この暗号通貨は数兆ドル規模の資産となり、世界の金融システムにおける役割を築き始めています。最近、そのFUDの新しいバージョンが再浮上しています。それは、暗号学的に関連する量子コンピュータ（CRQC）が公開鍵から秘密鍵を導き出し、他人のコインを移動させる取引に署名できるという考えです。それがビットコインの拡大にとって現実的な障害となるのでしょうか？簡単に言えば、いいえ。CRQCが今後10年以内に実現するという証拠はなく、それが構築されるかどうかも不明です。量子の懸念は依然として単なるFUDにすぎません。

最先端技術の現状

現時点では、一台の量子マシンも、早熟な6歳児の能力を超える計算を実行したことはありません。これは実験によって確認されています。量子コンピュータは、現代技術のSFにも近い可能性を示す印象的な工学の産物です。それらは、光ピンセット、レーザー冷却、超伝導磁束量子ビット、電磁トラップ、希釈冷凍などの技術に依存しています。マシン内部では、個々の量子ビットは（技術に応じて）特定の亜原子状態に強制され、重ね合わせに絡められ、操作されて計算を実行し、その後、亜原子属性が読み取られ解釈されます。注目すべき事実は、これらのデバイスが存在し、少数の入力に対して有用な計算を行うように操ることができるということです。そして、冷静になるべき対照的な点は、ある候補技術において、小さな子供でもできる計算を実行するのに、テキサス州の高校を冷やすのに十分な電力を必要とし、何時間もの準備とさらに何時間もの後処理が必要だということです。

未来を読む

あなたはこう考えているかもしれません。「でも、量子コンピューティングには大量のお金が流れ込んでいる」。投資は実際に技術の進歩の速さと相関するのでしょうか？そうとは限りません。適切な基盤技術が存在せず、プロダクトマーケットフィットが証明される前に、お金を注ぎ込むことは、応用可能な技術が開発される可能性と逆相関するとさえ主張できます。これは、NASAのスペースシャトル計画とSpaceXのFalcon 9を比較すると明らかです。SpaceXは主に既知の科学を、信頼性が高く低コストな宇宙へのアクセスという明確な市場ニーズを満たす実用的なシステムに変え、最初の有人飛行を達成するのに$5 billion未満を費やしました。一方、スペースシャトルは最初の有人打ち上げに約$50 billionかかりました。Falcon 9は開発コストが一桁安いだけでなく、これまで完璧な乗組員の安全記録を持っています。多くの要因が違いを説明しますが、これは、どんなに資金を投入しても、準備ができていない技術を実用的にすることはできないことを示しています。これを量子コンピューティングに当てはめると、問題に多額のお金が投じられ、技術の高額な実証が可能になっています。しかし、それは、より多くのお金が安定した低エラーの量子ビット（Falcon 9の信頼性のような）という聖杯をもたらすかどうかについて、何も教えてくれません。スペースシャトルにどれだけ継続して取り組んでも、Falcon 9の低コストと高信頼性を生み出すことは決してできなかったでしょう。そして、現在のいかなる量子技術も、単一の鍵ペアを破るのに十分な信頼性を持つようにするために、どれだけの努力を、どのようなコストで継続しても、決して不可能かもしれないということは十分にあり得ます。

あなたはこう考えているかもしれません。「でも、最近の進歩についてはどうなのか？」最近発表された画期的な成果について、二つの重要な点があります。第一に、それらの多くは純粋な数学の進歩にすぎないということです。最近のGoogleの論文を考えてみてください。その論文は、著者たちが重要な暗号システムを破る恐れがあるとして理論上の量子回路を削除したほど重要でした。それはCRQCへの大きな進歩のように見えるかもしれませんが、実際には何も変わりませんでした。量子ハードウェアがFalcon 9の瞬間に達するまで、その削除された回路を実行できる安定性と規模を備えたデバイスは存在しません。それは、存在しないかもしれない機械のために意図された回路を隠すための純粋なパフォーマンスにすぎません。第二に、ハードウェア側では、毎年多くの新しい結果と漸進的な進歩が発表されていますが、そのうちのいくつかが同じ候補量子技術に関するものでしょうか？そのうちのいくつかは、以前の結果が行き詰まりになった後の単なる再スタートにすぎないのでしょうか？真実は、これらの進歩は最終的な成功への線形の道筋を表していないということです。それらは無限の可能性空間の幅優先探索であり、量子研究者は、別の行き詰まりにぶつからずに少しでも進めるルートを見つけることを期待しているのです。

量子コンピューティングの実際の将来を見ると、せいぜいかなり不透明です。私の見解では、特に中性原子デバイスにおいては有望な発展があります。しかし、現在のどの分岐に沿ってCRQCへの道が存在するのか、あるいはさらに再スタートが待ち受けているのかを知るには、まだ時期尚早です。もし最終的に、同じ候補技術の複数のイテレーションが徐々に高性能なマシンを構築し、早熟な子供でも計算できないような意味のある結果を生み出すのを目撃すれば、新しい証拠を持って会話を再開することができます。

理論上

量子研究が何十年にもわたってCRQCを生み出すことに繰り返し失敗してきた理由には、二つの説明が可能です。一つは、それが単に非常に難しい問題であり、私たちはそれを解決するために科学と工学を適用し続けており、最終的に人間の創意工夫が成功するだろうというものです。インターネット、スマートフォン、ソーシャルメディア、そしてビットコイン（どれが有益かは読者に委ねられます）でそうであったように。一方で、CRQCの構築は不可能であるか、または常に私たちの手の届かないところにあるかもしれないということです。CRQCが何を必要とするか考えてみてください。そのマシンは、その重ね合わせの中に、解決しようとする暗号問題の複雑さと同じ大きさの可能性の場を表現する必要があります。つまり、ビットコインのsecp256k1曲線上の楕円曲線離散対数の128-bitの安全性を破るには、量子重ね合わせは128-bit数のすべての可能な値を表現しなければなりません。古典的なコンピューティングでは、これらすべての値を表現するには、人類がこれまでに作ったすべてのストレージよりも（何桁も）多くのストレージが必要になります。もし量子重ね合わせに何らかの粒状性があるなら、つまり、すべての可能な値にわたって完全に連続していないなら、量子コンピュータは決して暗号学的に関連することはできません。重ね合わせを保持するために必要なエネルギーが、表現される場の複雑さに比例するなら、量子コンピュータは決して暗号学的に関連することはできません。現在の量子物理学の理解は、これらのシナリオのどちらも排除していません。

結論: ビットコインは休んではいられない

上記のすべてにもかかわらず、ビットコインの開発は新しい暗号アルゴリズムで前進しなければなりません。ビットコインの暗号に対する量子攻撃はすぐそこにあるわけではありませんが、他の経路から別の脆弱性が発見される可能性は十分にあります。いくつかの楕円曲線はすでに弱さが発見されており、secp256k1もその可能性があります。ビットコインはこれまで、システムへの攻撃によって強くなりながら生き延びてきました。そして、量子FUD攻撃がそのコースを進むにつれて、それは続くでしょう。P2MRやP2TRv2、SHRINCS、SPHINCS、IBC、ML-DSA、その他のポスト量子署名スキームの開発は、たとえ現実のCRQCが決して構築されなくても、将来の攻撃に対するビットコインの回復力を向上させるでしょう。