ICPで用いられる暗号技術
インターネットコンピューター（Internet Computer、略してICP）は、ブロックチェーン技術の一つであり、次世代の分散型インターネットを目指すプロジェクトです。ICPの特徴は、ブロックチェーンを利用して、インターネット上でアプリケーションやウェブサービスを分散的に運営できることです。これにより、中央集権的なデータセンターやサーバーを使わずに、インターネット上のサービスを安全かつスケーラブルに提供できる仕組みを作り出そうとしています。
ICPが実現するために、さまざまな暗号技術が使われており、これらの技術によってセキュリティが確保されています。今回は、その暗号技術について、高校生にも理解できるように解説します。
1. 公開鍵暗号（公開鍵と秘密鍵）
インターネットコンピューターで使われている基本的な暗号技術の一つに「公開鍵暗号」があります。この技術は、イーサリアムやビットコインといった他のブロックチェーンでも使われています。
公開鍵暗号では、「公開鍵」と「秘密鍵」という2つの鍵を使います。この鍵は、ICPネットワーク内でデータのやり取りを安全に行うために使われます。
– 公開鍵: これは誰でも見ることができる鍵です。例えば、あなたがインターネット上である人にデータを送りたいとき、その人の公開鍵を使ってデータを暗号化します。
– 秘密鍵: これはデータの受け取り手しか知らない鍵です。受け取り手は秘密鍵を使って暗号化されたデータを復号（暗号を解くこと）します。
公開鍵と秘密鍵はペアになっていて、公開鍵で暗号化されたデータは、対応する秘密鍵でしか復号できません。この仕組みにより、ネットワーク上で安全に情報をやり取りすることができます。
例えば、ICPネットワークで取引を行う際、ユーザーは秘密鍵を使って取引に「署名」を行います。署名された取引は、そのユーザーが確かに取引を行ったものであることが証明され、ネットワーク全体にその取引が信頼されます。
2. ハッシュ関数
次に重要なのが「ハッシュ関数」です。ハッシュ関数は、データの安全性を確保するために使われる数学的な変換の一種です。
ハッシュ関数は、入力されたデータを特定の長さの文字列（ハッシュ値）に変換します。この変換には次のような特徴があります。
1. 一方向性: ハッシュ値から元のデータを逆に計算することはほぼ不可能です。つまり、一度ハッシュ化されたデータは元に戻せません。
2. 同じデータは常に同じハッシュ値になる: 同じ内容のデータなら、いつでも同じハッシュ値に変換されます。これにより、データの一貫性を確認できます。
3. 少しでもデータが変わるとハッシュ値が大きく変わる: ほんの小さな変更でもハッシュ値は全く異なるものになります。これにより、データが改ざんされていないことを確認できます。
ICPでは、ハッシュ関数を使ってデータの一貫性や取引が改ざんされていないかどうかを確認します。例えば、ブロックチェーン上の各ブロックは、その中のデータをハッシュ化したハッシュ値を持っています。もし誰かが過去のデータを改ざんしようとすると、ハッシュ値が変わってしまい、すぐに不正が発見されます。
3. デジタル署名
デジタル署名は、ICPネットワーク内で非常に重要な役割を果たします。これは、電子的に署名を行う技術であり、取引の正当性を証明するために使われます。
デジタル署名は、公開鍵暗号と秘密鍵を使って実現されます。具体的には、あるユーザーが取引を行うとき、その取引データに対して秘密鍵を使って「署名」を行います。署名されたデータは、対応する公開鍵を使って誰でも検証することができます。これにより、その取引が確かにそのユーザーによって行われたものであることが確認されます。
デジタル署名の仕組みは、インターネット上での通信の安全性を確保するためにも使われています。例えば、ウェブサイトのSSL証明書もデジタル署名を使って通信の安全性を保証しています。
4. ニズケロック（NiDKRoK）プロトコル
ICPで使われる暗号技術の一つに、「ニズケロック（NiDKRoK）」と呼ばれるプロトコルがあります。これは、データの一貫性を保つための新しい技術で、特にICPのスピードとスケーラビリティ（処理能力の拡張性）を支える重要な要素です。
ニズケロックは、複数のノード（ネットワーク内のコンピュータ）間でデータの一貫性を保ちながら、データを高速にやり取りするためのプロトコルです。
従来のブロックチェーンでは、各ノードがデータを確認して合意を取るのに時間がかかることがありましたが、ニズケロックを使うことでこの合意形成を高速化し、ネットワーク全体のスループット（処理能力）を向上させています。
5. チャンク暗号化
ICPでは、データが「チャンク」と呼ばれる小さな単位に分割され、ネットワーク全体で暗号化して保存されます。このチャンク暗号化によって、データの安全性とプライバシーが確保されます。
通常のブロックチェーンでは、すべてのデータが完全な形で保存されるため、プライバシーが侵害される可能性があります。しかし、
ICPのチャンク暗号化では、データは分割されて複数のノードに分散されるため、一つのノードが全てのデータを持っていることはありません。これにより、データが改ざんされるリスクや不正アクセスのリスクが大幅に減少します。
また、データが暗号化されているため、たとえ一部のデータが盗まれたとしても、そのデータは暗号化されていて解読することができません。この仕組みによって、ICPネットワーク上でやり取りされるデータの安全性が非常に高く保たれています。
6. コンセンサスアルゴリズム
ICPでは、ネットワーク全体が正しいデータを共有し、改ざんされないようにするために「コンセンサスアルゴリズム」が使われています。コンセンサスアルゴリズムとは、複数のノードが合意を形成するための仕組みです。ICPで使われているのは、独自の「Threshold Relay」という方式です。
Threshold Relayは、特定のノードがランダムに選ばれ、そのノードがブロックを生成します。この方式では、ブロックの生成にかかる時間が短縮され、ネットワーク全体のスピードが向上します。また、ランダムにノードが選ばれるため、特定のノードによる不正行為が難しくなっています。
さらに、Threshold Relayは、暗号技術を使ってブロックの正当性を保証します。各ブロックは、選ばれたノードによって生成され、他のノードによって検証されます。これにより、改ざんされたブロックが追加されることを防ぎ、ネットワークの信頼性を保つことができます。
7. ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）
ICPでも「ゼロ知識証明」という技術が注目されています。ゼロ知識証明は、ある情報を相手に教えなくても、その情報が正しいことを証明できる技術です。
例えば、あなたがオンラインショッピングをするとき、クレジットカード番号や住所をショップに教えなければなりませんが、ゼロ知識証明を使えば、その情報を相手に知らせずに取引を完了できる可能性があります。つまり、プライバシーを守りながら安全な取引を行うことができます。
ICPでは、このゼロ知識証明を利用することで、ユーザーのプライバシーを保護しながら、取引やデータのやり取りを安全に行うことができるようになります。例えば、ブロックチェーン上で個人情報をやり取りする際にも、ゼロ知識証明を使うことで、誰かがその情報を盗み見ることがないようにすることができます。
8. DFINITYのBLS署名
ICPを運営するDFINITYでは、独自の暗号技術「BLS署名」を使っています。BLS署名は、複数の署名をまとめて一つの署名にすることができる特殊な技術です。これにより、ネットワーク上で大量の取引を効率的に処理することが可能になります。
BLS署名は、通常のデジタル署名に比べてデータのサイズが小さく、ネットワーク全体の負荷を軽減します。さらに、複数の取引や署名をまとめて一つにすることで、処理のスピードも向上します。
これにより、ICPは他のブロックチェーンと比べて高速かつ効率的に動作することが可能になります。
9. ポスト量子暗号
量子コンピュータの登場は、現在の暗号技術に大きな影響を与えると考えられています。量子コンピュータは、従来のコンピュータでは解けないような複雑な計算問題を高速に解くことができ、これによって現在使われている公開鍵暗号が破られてしまう可能性があります。
ICPでは、この量子コンピュータの脅威に備えて「ポスト量子暗号」と呼ばれる新しい暗号技術の研究も進められています。ポスト量子暗号は、量子コンピュータでも破れないような新しい暗号方式で、将来的なセキュリティリスクに対応するための技術です。
結論
インターネットコンピューター（ICP）は、次世代の分散型インターネットを実現するために、さまざまな暗号技術を駆使しています。公開鍵暗号やハッシュ関数といった基本的な技術から、ニズケロックプロトコルやBLS署名、ゼロ知識証明などの最新技術まで、これらの仕組みがICPの安全性と効率性を支えています。
ICPの暗号技術は、データの安全性を確保し、プライバシーを守りながら高速な取引を実現するために重要な役割を果たしており、これからの分散型インターネットの基盤として期待されています。