Coinbaseのポスト量子ビットコインアップグレード構想

量子の脅威に対処するための5段階の移行、古いアドレスの公開鍵が漏洩、数百万枚の休眠ビットコインはどうなる？

執筆：David Christopher、Bankless

翻訳：Saoirse、Foresight News

10月21日、ブライアン・アームストロングは、量子コンピュータ攻撃に対抗し、ビットコインの安全性を強化するためのCoinbaseの最新の考えを発表しました。

関連する準備作業は今年の1月に始まりました：Coinbaseは独立した量子顧問委員会を設立し、委員会のメンバーにはスコット・アーロンソン、ダン・ボーネ、ジャスティン・ドレイクなどの暗号学研究者が含まれています。同年7月、Coinbaseはブラックロック、フィデリティ、ストラテジーなどの機関と共同でビットコインセキュリティアライアンスを設立し、今後3年間で1500万ドルをビットコインの安全性研究に投資することを約束しました。現在、Coinbaseは量子耐性ビットコインを構築するための完全な構想を詳述しており、新しいアドレス、署名スキーム、既存資産の移行スキームを含んでいます。

イテレータブルなアップグレードを可能にする基盤設計

Coinbaseの核心理念：ビットコインを保存するアドレスコンテナと、資産を解放する署名メカニズムを分離する。アドレスコンテナはビットコインを保存するために使用され、署名メカニズムは資産の解放方法です。

現在、長期的にどの量子耐性署名スキームが最高の安全性と実用性を兼ね備えているかを予測することはできません。したがって、Coinbaseは、さまざまな署名アルゴリズムに対応できるアドレスを設計したいと考えています。今後、暗号学的スキームを変更する際に、アドレスシステム全体を再開発する必要はありません。

Coinbaseは2つの代替技術ルートを提案しています：BIP-360（P2MR）、このアップグレード草案は新しいビットコインアドレスを導入し、量子攻撃の露出リスクを低下させます；もう一つのスキームはP2TRv2で、このアドレス構造は量子耐性署名をサポートします。

どちらのスキームもCoinbaseが追求する柔軟性を満たしていますが、単独で使用することは完全な解決策とは言えません。特にBIP-360は、量子耐性署名をサポートするために追加のアップグレードが必要です。

Coinbaseは混合アドレスの構想も提案しています：ユーザーは既存の署名を使用することも、量子耐性署名を使用して同じ資金を支出することもできます。しかし、このスキームには短所があります：古い署名方式がまだ使用可能である限り、この資金は依然として量子攻撃の脅威にさらされます。混合アドレスは一時的な手段に過ぎず、長期的な解決策ではありません。

適切な署名アルゴリズムの選定
アドレス設計が柔軟性を持つべきという核心原則を確定した後、次の重要な問題は、ビットコインがどの量子耐性署名アルゴリズムを選択すべきかです。

Coinbaseは4つの候補スキームを挙げています：

• ML-DSA：格子ベースの暗号に基づき、標準化が完了しており、総合的なパフォーマンスが均衡しています；欠点は署名データのサイズが大きいことです。
• SLH-DSA：同様に標準化されており、成熟したハッシュ関数に基づいて構築されています；署名サイズはML-DSAよりも大きいです。
• FN-DSA（Falcon）：署名サイズは小さいですが、安全な実装の難易度が高く、まだ標準化が完了していません。
• SHRINCS：ビットコイン専用に設計された実験的なスキームで、署名サイズは小さいですが、キー管理に対する要求が非常に厳しいです。

Coinbaseが提案するビットコイン評価の4つの量子耐性署名候補アルゴリズム：格子ベースのML-DSA、FN-DSA（Falcon）、ハッシュベースのSLH-DSA、SHRINCSは、それぞれ署名サイズ、実装の難易度、NIST標準の有無において長所と短所があります。

スキームの選択における最大の矛盾は署名のサイズから来ています。量子耐性署名のデータサイズは、ビットコインが現在使用している署名よりもはるかに大きく、より多くのブロックスペースを占有し、ネットワークの取引スループットを低下させ、取引手数料を引き上げる可能性があります。

したがって、Coinbaseは、安全性、使用コスト、処理速度、ハードウェアウォレットの互換性、高リスクビットコイン資産の移行期間など、さまざまな観点から異なるスキームを評価することを提案しています。

考慮すべきもう一つの要素は、キー管理のモデルです。

状態あり署名：ユーザーは各署名キーの使用履歴を記録する必要があります。古いウォレットのバックアップから復元した場合に、誤ってキーを再使用すると、攻撃者は署名を偽造し、資産を盗むことができます。リスクがあるのに、なぜ考慮する必要があるのでしょうか？効率性が利点です。状態あり署名のサイズは小さくでき、低手数料を維持できる可能性がありますが、リスクが増加します。したがって、Coinbaseはビットコインが状態なし署名も同時にサポートすることを提案しています。

さらに、Coinbaseは署名スキームが機関の保管サービスプロバイダーに適応できることを望んでいます。多くの機関保管ビジネスはマルチシグネチャ構造を採用しており、秘密鍵は複数のサーバーに分割して保存されます。一部の格子暗号スキームはこのような構造により適合し、互換性も重要な評価指標です。

もちろん、Coinbase自身には商業的な考慮もあります。ビットコインの最大の保管機関の一つとして、彼らはアップグレードスキームが自社の安全基盤に適合することを望んでいます。しかし、機関は大量のビットコインを保有しており、彼らのニーズはビットコインエコシステム全体にとっても無視できません。

段階的な資産移行の推進

署名スキームを選定した後、Coinbaseの目標は、ビットコイン資産を段階的に量子耐性アドレスに移行するための明確なロードマップを策定することです。

スキームは5つの潜在的な実施段階を計画しています：

1. 早期試用段階：ユーザーが自発的に資産を量子耐性アドレスに移転することを許可します。
2. 混合アドレス段階：混合アドレスを有効にし、従来の署名と量子耐性署名を同時に互換させ、スムーズな移行を実現します。
3. 安全な移行段階：転送時に公開鍵を隠す技術手段を探求し、量子攻撃の露出面を縮小します。
4. 新しいルールの実施段階：安全上のリスクがある古いアドレスへの送金を段階的に制限し、最終的には古いアドレスからの資産支出を禁止します。
5. 最終的な締めくくり段階：古いアドレス内の残余資産の処理ルールを策定し、移行の締切を設定する、資産を凍結する、取引限度を制限する、または資産回復メカニズムを構築するなどの選択肢があります。

Coinbaseが提案するビットコインを量子耐性アドレスに移行するための5つの段階の選択肢：ユーザーの自発的なアップグレード、混合アドレスの移行、公開鍵の隠蔽によるリスクの低減、古いアドレスの段階的制限、最後に古いアドレスの資産処理方法の決定。

Coinbaseはまだ最終的なスキームを決定していません。現段階での最優先事項は、各種スキームの実現可能性を評価することであり、アップグレードされていないウォレットとノードの互換性を含め、最終的なスキームを決定するための基準とします。

休眠および紛失したビットコインの個別処理

次に最も議論を呼ぶトピックは、長期間静置されているビットコインをどのように処理するかです。

数百万枚のビットコインが公開鍵が漏洩した古いアドレスに保存されており、その中には中本聡が採掘したブロック報酬が含まれています。一部は長期保有者に属し、他の一部は永久に失われている可能性があります。

このような資産は量子攻撃の主要なターゲットです。誰かが秘密裏に高性能な量子コンピュータを開発すれば、業界全体がリスクを察知する前にこれらのビットコインを盗む可能性があります。

Coinbaseは直接凍結または強制回収を主張せず、放置することも推奨していません。むしろ、休眠コインの問題と署名のアップグレードを別々に議論することを提案し、休眠ビットコインに関する意見の相違が全体のユーザーの量子安全アップグレードプロセスを妨げることを避けるべきだとしています。

資産回復メカニズムを構築する場合、Coinbaseは2つの厳格な前提条件を提案しています：

• メカニズム自体は量子耐性を持つ必要があります：攻撃者は漏洩した公開鍵だけを使って、この回復メカニズムを利用して資産を盗むことはできません。
• 様々な極端なシナリオをカバーする必要があります：所有者が回復証明書を失った場合、システムが高負荷の場合、ユーザーが締切を逃した場合などに対する対策が必要です。

要するに、Coinbaseはこの提案を公開討論の参考資料と見なしており、最終的な実施計画ではありません。どの企業や開発者もビットコインの発展方向を一方的に決定することはできず、全体のエコシステムで合意に達する難しさは、暗号技術の開発自体の難しさを超えています。

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