準同型暗号

暗号資産における準同型暗号とは？

準同型暗号とは、データを復号せずに暗号化されたまま計算できる暗号技術です。

簡単に言えば、情報を隠したまま、その情報を使って計算できる仕組みです。

暗号資産やブロックチェーンにおいて、準同型暗号は重要です。パブリックブロックチェーンは設計上透明ですが、実際の金融用途ではプライバシーが必要になることが多いためです。

通常のブロックチェーントランザクションでは、アドレス、トークン数量、残高、スマートコントラクトの利用状況、タイミングなどが明らかになる場合があります。

準同型暗号を使うと、値を暗号化したままアプリケーションで利用できるシステムを開発しやすくなります。

NISTの完全準同型暗号に関するページでは、完全準同型暗号を、秘密鍵を知らなくても暗号化データ上で任意の関数を計算できる技術として説明しています。

スマートコントラクトでは通常、ロジックを処理するために読み取り可能な入力が必要です。そのため、この技術は暗号資産分野で大きな可能性を持ちます。

暗号化されたデータを使った計算が可能になれば、プログラム可能性を損なわずにプライバシーを保護するブロックチェーンアプリケーションを実現できます。

準同型暗号そのものは、暗号資産、トークン、ウォレット、取引所、ブロックチェーンではありません。

ブロックチェーンプロトコル、機密性を備えたスマートコントラクト、ウォレット、IDシステム、DeFiアプリケーションなどで利用できる、プライバシー保護型の暗号技術です。

ブロックチェーンで準同型暗号が重要な理由

ブロックチェーンでは、透明性とプライバシーがしばしば相反するため、準同型暗号が重要です。

パブリック台帳は誰でもトランザクションや状態の変化を確認できるため、検証を容易にします。

一方、公開情報によって、金融行動、事業活動、取引戦略、給与情報、投票内容、健康記録、本人確認情報、ポートフォリオ残高などが明らかになる可能性があります。

多くのユーザーや機関にとって、これほどの透明性は過剰です。

同時に、すべてを隠すと監査可能性や信頼性が低下する場合があります。

準同型暗号は、暗号化された情報を使った有用な計算を可能にし、その中間的な解決策となります。

スマートコントラクトは、生の値を知らなくても、暗号化された値の比較、加算、更新、検証を行える場合があります。

HomomorphicEncryption.org標準化コンソーシアムは、準同型暗号を、データを暗号化したまま計算する機能を提供する技術と説明しています。

暗号資産分野では、信頼できる仲介者だけに任せるのではなく、分散型システムの一部としてプライベートな計算を実現できることを意味します。

そのため、準同型暗号は機密性を備えたスマートコントラクト、プライベートDeFi、暗号化残高、プライベートガバナンス、コンプライアンスに対応したプライバシーツールなどとともに語られます。

準同型暗号の仕組み

準同型暗号は、暗号文に対する演算を行うと、復号後に意味のある結果が得られる特殊な暗号方式を使います。

暗号文とは、正しい鍵を持たない人には読み取れない暗号化データです。

通常の暗号システムでは、処理する前にデータを復号する必要があります。

準同型暗号では、暗号文を直接処理できます。

たとえば、プログラムで2つの暗号化された数値を加算できます。

プログラムから元の数値を読み取ることはできません。

後で正しい鍵を持つ人が結果を復号すると、元の数値を足した結果と一致します。

この基本的な考え方は、より複雑な計算にも応用できます。

完全準同型暗号では、データを暗号化したまま一般的な関数を計算できるだけの演算に対応できます。

ただし、すべての計算が簡単または低コストになるわけではありません。

準同型暗号による計算は、通常の平文での計算よりも依然として大きな負荷がかかります。

このコストは、ブロックチェーンでの利用方法を慎重に設計しなければならない主な理由の1つです。

準同型暗号の簡単な例

借り手の担保が十分か確認する必要があるDeFiレンディングシステムを考えてみましょう。

通常のパブリックスマートコントラクトでは、担保額が誰にでも見える場合があります。

準同型暗号を使えば、借り手の担保額を暗号化したままにできます。

コントラクトや関連する計算システムは、暗号化された担保が必要な基準を上回っているかを引き続き確認できます。

パブリックネットワークに正確な残高を見せる必要はありません。

ユーザーはすべてを明かさずに、必要な計算を証明したり実行可能にしたりできます。

これは簡略化した例ですが、基本的な考え方を示しています。

準同型暗号を使うと、プライベートデータ上で有用なルールを実行できます。

暗号資産分野では、残高、入札、リスクスコア、投票権、支払額、コンプライアンス確認などを非公開にできます。

価値があるのは、単に情報を隠せることだけではありません。

秘密を保ちながら、検証可能な計算ができることに価値があります。

完全準同型暗号

完全準同型暗号（FHE）は、最も高機能な準同型暗号です。

FHEは暗号化データ上で汎用的な計算を可能にします。複雑なプログラムを実行できるよう、加算に相当する演算と乗算に相当する演算の両方に対応できます。

NISTは、完全準同型暗号を、マルチパーティ計算、ゼロ知識証明、プライベート集合交差などと並ぶ、プライバシー強化型暗号技術の主要な手段として挙げています。

スマートコントラクトでは単純な算術演算以上の処理が必要になることが多いため、FHEは重要です。

機密性を備えたスマートコントラクトは、値の比較、残高の更新、権限の確認、利息計算、ゲームロジックの実行、投票ルールの適用、強制決済ルールの実施などを行う場合があります。

FHEは、入力を暗号化したまま、こうしたプライベートな計算を可能にする可能性があります。

ただし、性能とのトレードオフがあります。

FHEによる計算は、通常の計算より遅く、コストが高く、複雑になる場合があります。

そのため、多くのブロックチェーン設計では、すべてのトランザクションを暗号化するのではなく、FHEを必要な部分に限って使います。

FHEは、実際の技術的制約を伴う強力なプライバシーツールとして理解するのが適切です。

部分準同型暗号

部分準同型暗号は、暗号化データに対する1種類の演算だけに対応します。

たとえば、繰り返しの加算に対応する方式もあれば、繰り返しの乗算に対応する方式もあります。

限定的なタスクには役立ちますが、汎用的なスマートコントラクトのロジックには不十分です。

暗号資産分野では、部分準同型方式でも、プライバシーを保護した簡単な計算に役立つ場合があります。

暗号化された投票の集計、暗号化残高の合計、限定的なプライベート統計の計算だけでよいシステムもあります。

用途が単純なら、部分準同型暗号の方が完全準同型暗号より効率的な場合があります。

制約となるのは柔軟性です。

DeFiプロトコル、ゲーム、IDシステム、金融アプリケーションでは、通常さまざまな演算が必要です。

機密性を備えたスマートコントラクトでFHEが注目されるのはそのためです。

ただし、すべての暗号資産のプライバシー課題にプログラム可能な完全暗号化が必要なわけではなく、部分準同型方式も重要です。

限定準同型暗号

限定準同型暗号は、暗号文のノイズが大きくなりすぎて正しく復号できなくなるまで、限られた回数の演算に対応します。

ノイズとは、暗号化データに演算を行うと蓄積する技術的な副産物です。

ノイズが大きくなりすぎると、暗号化された結果を正しく復号できなくなる場合があります。

計算の深さが既知で限られている場合、限定準同型方式が役立ちます。

暗号資産では、数段階だけの単純なプライベート計算に使える場合があります。

多くの演算を必要とする複雑なスマートコントラクトには適さない可能性があります。

完全準同型方式では、ブートストラッピングなどの手法で暗号文を更新し、より深い計算を可能にします。

ブートストラッピングには大きなコストがかかることがあるため、開発者はプライバシー上の利点がコストに見合うか検討する必要があります。

準同型暗号が期待される一方で難しい技術でもあるのは、このためです。

数学的にはプライベートな計算が可能でも、実際に利用できるかどうかは性能設計に左右されます。

準同型暗号と機密性を備えたスマートコントラクト

機密性を備えたスマートコントラクトとは、プライベートな状態や暗号化された状態を処理できるスマートコントラクトです。

従来のスマートコントラクトは、検証ノードが実行を確認できるよう、状態や入力を通常公開します。

準同型暗号を使うと、暗号化された値をコントラクトのロジックで利用でき、設計の選択肢が広がります。

Zama Confidential Blockchain Protocolのライトペーパーでは、完全準同型暗号を使い、パブリックブロックチェーンで機密性を備えたスマートコントラクトを実現するプロトコルの方法が説明されています。

残高、入札、投票、上限などのコントラクト変数を暗号化したまま、正しく更新できることが基本的な考え方です。

これにより、パブリックブロックチェーンアプリケーションを、金融や機関での用途に適したものにできる可能性があります。

たとえば、企業は競合他社にすべての支払額を知られることなく、ブロックチェーン決済を利用したいと考える場合があります。

DAOは、最終結果を隠さずに非公開投票を実施したいと考える場合があります。

DeFiプロトコルは、各トレーダーのポジションを公開せずにリスクを確認したい場合があります。

機密性を備えたスマートコントラクトは、暗号資産分野における準同型暗号の最も重要な用途の1つです。

準同型暗号とプライベートDeFi

プライベートDeFiとは、スマートコントラクトの機能を維持しながら、ユーザーの機密情報を保護する分散型金融です。

通常のDeFiでは、スワップ、ローン、担保、強制決済、ウォレット残高などがオンチェーンで公開されることが多く、透明性が高くなっています。

この透明性は監査可能性を高める一方、ユーザーの戦略を露呈させる可能性があります。

トレーダーは、未決済のポジションを競合に見られたくない場合があります。

借り手は、正確な担保額を公開したくない場合があります。

流動性プロバイダーは、ポートフォリオの変動をすべて公開したくない場合があります。

準同型暗号を使うと、暗号化された残高、注文、与信限度額、リスク値などを処理でき、プライベートDeFiを実現しやすくなります。

Ethereumの機関向けプライバシー資料では、仲介者に平文を見せるべきでない機密性の高い分析において、完全準同型暗号を暗号化データ上の計算手段として説明しています。

こうしたプライバシーは、機密性を必要とする企業、ファンド、決済ネットワーク、ユーザーにとって、DeFiをより有用にする可能性があります。

ただし、プライベートDeFiでも、不正、隠れた支払能力不足、不公正な特権アクセスを防ぐため、十分な透明性が必要です。

準同型暗号とプライベート決済

プライベート決済は、暗号資産における準同型暗号の用途として特に分かりやすい例です。

多くのパブリックブロックチェーンでは、支払額やアドレスを誰でも分析できます。

これは個人や企業のプライバシー上の問題につながる可能性があります。

販売業者は、仕入先に収益の流れを知られたくない場合があります。

従業員は、給与額を一般公開したくない場合があります。

ユーザーは、購入履歴をすべて公開ウォレットの履歴と結び付けられたくない場合があります。

準同型暗号を使うと、残高や金額を暗号化したまま正しく更新できる決済システムを構築できます。

残高を明らかにせず、送金者に暗号化された残高が十分あることをネットワークが検証できます。

あるアカウントから暗号化された金額を差し引き、別のアカウントに加算することもできます。

権限を持つ当事者が復号すれば、必要な場所でのみ正しい値を確認できます。

この設計により、プログラム可能な決済を維持しながら、金融プライバシーを高められる可能性があります。

課題は、効率的で監査可能かつ実際のユーザーにとって安全な仕組みを作ることです。

準同型暗号とプライベート投票

プライベート投票も、暗号資産のガバナンスにおける準同型暗号の重要な用途です。

多くのDAOでは投票内容が公開されています。

ガバナンスの透明性を高める一方で、圧力、買収、報復、戦略の模倣につながる可能性があります。

準同型暗号を使えば、最終的な集計を可能にしながら、投票を暗号化できます。

たとえば、個々の投票を明かさずに、暗号化された票を合算できます。

投票期間終了後、システムのルールに従って最終結果を復号または検証できます。

公開結果を維持しながら、投票者のプライバシーを守れる可能性があります。

DAO、バリデーター選挙、助成金の決定、トレジャリーへの投票、プロトコルのアップグレードなどで、プライベート投票が役立つ場合があります。

ただし、投票システムでは二重投票、シビル攻撃、買収、強制、不適切な参加資格ルールへの対策も必要です。

準同型暗号は投票内容を保護できますが、すべてのガバナンス上の問題を解決するわけではありません。

ID、参加資格、監査、参加保護の仕組みと組み合わせる必要があります。

準同型暗号と封印入札オークション

封印入札オークションとは、オークションの適切な段階まで入札額が非公開となるオークションです。

透明性の高いブロックチェーンでは、オークション終了前に入札額が見える場合があるため、封印入札は困難です。

その結果、他の参加者が入札を模倣したり、先回りしたり、競合を出し抜くために戦略的に入札額を変えたりする可能性があります。

準同型暗号を使うと、入札を暗号化したまま、オークションのロジックで比較・処理できます。

スマートコントラクトは、暗号化された入札を評価し、最終的な落札者や落札価格だけを公開できます。

NFTオークション、トークンオークション、ブロックスペースオークション、強制決済オークション、非公開の調達などに役立つ場合があります。

不公正な市場行動につながる情報漏えいを減らすこともできます。

ただし、封印入札システムには慎重な設計が必要です。

偽の入札、無効な入札、選択的な復号、管理者による隠れた操作を防がなければなりません。

準同型暗号はプライバシーを保護する手段ですが、オークションプロトコル自体も安全かつ経済的に健全である必要があります。

準同型暗号とMEV対策

MEV（最大抽出可能価値）とは、トランザクションの順序、包含、除外を変更することで獲得できる価値を指します。

公開されたトランザクション情報をサーチャーが確認して先回りできるため、情報の可視性によってMEVが発生しやすくなることがあります。

準同型暗号は、適切な実行段階までトランザクションの詳細を暗号化することで、一部のMEVを減らせる可能性があります。

取引額、売買の方向、条件が隠されれば、フロントランやサンドイッチ攻撃が難しくなる可能性があります。

スワップ、強制決済、オークション、注文マッチングシステムの公正性向上につながる可能性があります。

ただし、トランザクションを暗号化しても、すべてのMEVがなくなるわけではありません。

シーケンサー、ブロックビルダー、バリデーター、リレイヤー、アプリケーションの設計者は、依然として順序に影響を与える可能性があります。

暗号化された計算には、遅延や連携上の課題もあります。

MEV対策には暗号化だけではなく、市場構造全体の設計が必要です。

プライベートなトランザクションロジックが必要な場合、準同型暗号をその設計の一部として活用できます。

準同型暗号とID

暗号資産のIDシステムでは、個人情報を過剰に開示せずに事実を証明する必要があることがよくあります。

ユーザーは、一定年齢以上であること、利用可能な法域にいること、制限対象リストに載っていないこと、サービスの利用資格があることなどを証明する必要がある場合があります。

準同型暗号は、生の情報を公開せずに暗号化した属性を処理することで、プライベートなID確認を支援できます。

たとえば、ユーザーの完全なプロフィールを公開せずに、暗号化されたリスクスコアや適格性の値をシステムで評価できます。

ウォレット、DeFi、トークン化資産、規制対象アプリケーション、DAOのアクセスシステムなどでプライバシー保護に役立つ可能性があります。

プライバシー上の誤りは、ユーザーに長期的な損害を与える可能性があるため、ID関連の用途には慎重さが求められます。

暗号化されたIDシステムでは、不正、偽の認証情報、リプレイ攻撃、不正な復号も防ぐ必要があります。

準同型暗号はデータの露出を減らせますが、鍵管理と認証情報のガバナンスも欠かせません。

プライベートIDシステムの強度は、全体の設計に左右されます。

準同型暗号とコンプライアンス

暗号資産のコンプライアンスでは、不要な個人情報や事業データを公開せずにルールを確認する必要があることがよくあります。

たとえば、取引上限、資金源のリスク、法域による制限、機関のポリシー要件などをアプリケーションで確認する場合があります。

準同型暗号を使うと、暗号化データに対してこうした確認の一部を実行できます。

必要な情報を一般公開せず、必要事項の証明や計算を行う選択的なプライバシーの実現に役立ちます。

多くの機関は、機密性の高い顧客情報をパブリックブロックチェーンに直接記録できないため、重要な技術です。

一方で、ブロックチェーンの決済、プログラム可能性、監査可能性の利点を活用したいと考える場合があります。

準同型暗号は、コンプライアンス確認で開示するデータを減らすのに役立ちます。

ただし、法的義務がなくなるわけではありません。

必要に応じて、適切なポリシー、アクセス制御、記録管理、合法的な情報開示手続きをアプリケーションに整備する必要があります。

プライバシー技術は、コンプライアンスを不要と見なすのではなく、コンプライアンス設計を支えるべきです。

準同型暗号とゼロ知識証明の違い

準同型暗号とゼロ知識証明は、どちらもプライバシーを強化する暗号技術ですが、解決する課題は異なります。

ゼロ知識証明では、元のデータを明かさずに、ある主張が正しいことを証明できます。

準同型暗号では、データを復号せずに暗号化データを計算できます。

暗号資産分野では、ゼロ知識証明は妥当性、メンバーシップ、支払能力、コンプライアンス条件などの証明に使われることがよくあります。

準同型暗号は、暗号化された値を使ったプライベートな計算に重点を置きます。

たとえば、ゼロ知識証明を使い、残高を明かさずにユーザーが十分な残高を持つことを証明できます。

準同型暗号を使うと、取引後にその暗号化された残高を更新できる場合があります。

この2つの技術は組み合わせて利用できます。

プライバシー重視のブロックチェーンアプリケーションでは、FHEで暗号化された状態を更新し、ゼロ知識証明で検証やアクセス制御を行う場合があります。

証明、計算、秘匿、集計、ルール適用のどれを目的とするかによって、最適な技術は異なります。

準同型暗号とマルチパーティ計算の違い

マルチパーティ計算（MPC）では、複数の当事者が互いの入力を明かさずに共同で結果を計算できます。

準同型暗号では、異なる信頼モデルや鍵管理モデルのもとで、暗号化データを使った計算を行います。

どちらもプライバシーを保護する暗号資産システムを支援できます。

MPCは、ウォレットのセキュリティ、分散型鍵管理、プライベート計算、機関投資家向けカストディのワークフローなどに使われることがよくあります。

準同型暗号は、暗号化されたスマートコントラクトの状態や、オンチェーンでのプライベート計算に使われることがよくあります。

MPCでは、複数の当事者がオンライン状態を保ち、プロトコルに参加する必要がある場合があります。

準同型暗号では、信頼されていない当事者が暗号文を計算できる場合がありますが、処理には大規模な証明や復号のインフラが必要になることがあります。

どちらかが常に優れているわけではありません。

異なる暗号技術の構成要素です。

強固な暗号資産のプライバシー設計では、準同型暗号、MPC、ゼロ知識証明、またはこれらの組み合わせを利用できます。

準同型暗号と信頼実行環境の違い

信頼実行環境（TEE）とは、コードを隔離された環境で実行できる、セキュアなハードウェアベースの環境です。

TEEは処理中のデータを保護できますが、ユーザーはハードウェアの設計とセキュリティ上の前提を信頼する必要があります。

準同型暗号では、暗号化データ上で直接計算するため、計算環境に平文を見せる必要性を減らせます。

これにより、計算を行う機器の運用者への信頼を減らせる可能性があります。

ただし、TEEによる計算より遅く、コストが高くなる場合があります。

TEEは高速な場合がありますが、ハードウェアの脆弱性やメーカーへの信頼が問題になることがあります。

暗号資産分野では、TEEは機密性の高い計算、プライベートな注文フロー、鍵管理、オラクルシステムなどに使われる場合があります。

準同型暗号は、より暗号技術に基づいたプライバシーモデルを提供する点で魅力があります。

その一方で、完全に暗号化された計算には技術的な難しさが伴います。

開発者は脅威モデル、コスト、性能、信頼に関する前提に基づいて、両方の技術を比較する必要があります。

準同型暗号と暗号化残高

暗号化残高は、暗号資産における準同型暗号を理解するうえで、最も実用的な例の1つです。

通常のトークンコントラクトでは、残高は誰でも確認できる公開変数です。

暗号化残高のシステムでは、ユーザーの残高を暗号文として保存できます。

送金が発生しても、システムは残高を更新できます。

たとえば、送信者から暗号化された金額を差し引き、受信者に加算できます。

監視者にはトランザクションが発生したことは分かっても、正確な金額や残高は分からない場合があります。

これにより、ユーザーのプライバシーを大幅に高められる可能性があります。

ただし、選択的開示や証明の仕組みがなければ、監査やコンプライアンスが難しくなる場合もあります。

暗号化残高は有用ですが、慎重な設計が必要です。

誰が復号できるか、どのような場合に復号できるか、異議申し立てをどう扱うかを決める必要があります。

準同型暗号と暗号化されたオーダーブック

暗号化されたオーダーブックを使えば、トレーダーは約定前に価格、数量、戦略を明かさずに注文できます。

従来のパブリックオーダーブックでは、多くの情報が公開されます。

DeFiでは、パブリックメンプールや透明なコントラクト状態によって、取引意図がさらに明らかになる場合があります。

準同型暗号は、暗号化された注文を使って注文マッチング、相殺、リスク確認を行うシステムの構築に役立ちます。

フロントラン、コピートレード、戦略の漏えいを減らせる可能性があります。

機関投資家向け取引、プライベートオークション、大口取引、クロスチェーン決済などに役立つ場合があります。

ただし、性能と公正性は大きな課題です。

システムは注文を正しくマッチングし、無効な注文を防ぎ、キャンセルを処理し、執行が公正だったことを証明する必要があります。

取引システムは速度に敏感なため、遅延にも対処しなければなりません。

準同型暗号で機密性を高められますが、取引市場の設計自体も堅牢である必要があります。

準同型暗号とウォレット

ウォレットでは、特定のワークフローに準同型暗号を使うことで、プライバシーやセキュリティを高められる可能性があります。

ウォレットは、残高、リスク、取引パターン、利用上限などを、元のデータをサーバーに見せずに分析したい場合があります。

たとえば、ウォレットサービスが暗号化されたユーザーデータに基づいて、プライベートなリスク警告を計算できます。

企業向けウォレットでは、外部サービス提供者に社内の機密金額を見せずに支出ポリシーを適用できる可能性があります。

スマートアカウントでは、プライベートな上限、復旧条件、認証ルールに暗号化されたパラメーターを使える場合があります。

これは、シードフレーズや秘密鍵を保存時に暗号化する基本的なウォレット暗号化とは異なります。

準同型暗号は、暗号化データを単に保存するのではなく、そのデータを使って計算します。

ウォレットでの用途には期待が寄せられていますが、慎重な設計が必要です。

ウォレットのユーザーには、分かりやすい復旧手段、強固な鍵保護、理解しやすいトランザクション確認画面が必要です。

プライバシー機能によって、ユーザー自身がウォレットの動作を監査できなくなることは避けるべきです。

準同型暗号とオラクル

オラクルは、外部データをブロックチェーンアプリケーションに取り込みます。

プライベートな金融情報、機関のリスク値、信用スコア、ID情報、機密性の高い市場データなど、機微なデータがオラクルで扱われることがあります。

準同型暗号は、ブロックチェーンに結果を送信する前に、暗号化データをオラクルで処理または集約するのに役立つ可能性があります。

たとえば、複数のデータ提供者が暗号化された値を集約計算に提供できます。

個々の入力を隠したまま、最終結果だけを公開できます。

プライベートなベンチマーク、リスク情報、価格計算、コンプライアンス指標などに活用できる可能性があります。

ただし、オラクルシステムには暗号化以外の対策も必要です。

データ品質、改ざん、停止、インセンティブ、ガバナンスにも対処しなければなりません。

データが誤っていれば、プライベートオラクルは役に立ちません。

準同型暗号は機密性を守れますが、オラクルの完全性には依然として強固な設計が必要です。

準同型暗号とLayer 2ネットワーク

Layer 2ネットワークは、ブロックチェーン実行コストを下げ、準同型暗号の実用性を高める可能性があります。

すべての処理をベースレイヤー上で行う場合、FHEの計算コストが高くなることがあります。

Layer 2システムは、最も高コストな決済環境の外に計算を移しつつ、決済や検証のためにメインチェーンと接続できます。

研究者や開発者は、FHEロールアップや暗号化実行レイヤーなどのアイデアを検討してきました。

FHEロールアップに関する研究では、ロールアップ型アーキテクチャを通じて機密性を備えたスマートコントラクトをスケーリングする方法が論じられています。

機密性を備えた計算には、プライバシーとスケーラビリティの両方が必要であるため、重要なテーマです。

プライベートでも遅すぎるシステムは、普及しない可能性があります。

高速でもプライバシーがないシステムでは、根本的な課題を解決できない場合があります。

Layer 2の設計は、暗号化された計算をより多くの暗号資産アプリケーションで利用可能にする可能性があります。

それでも、データ可用性、証明システム、ブリッジ、シーケンサー、アップグレード権限を評価する必要があります。

準同型暗号とデータ可用性

暗号化されたブロックチェーンシステムでは、状態の検証、復旧、異議申し立てに必要な情報をユーザーが利用できるよう、データ可用性が重要です。

暗号化で値を隠せても、必要な暗号文、コミットメント、証明、状態更新などを利用可能にする必要があります。

暗号化データを利用できなければ、ユーザーは自身の状態を復号したり、何が起きたかを証明したりできない場合があります。

これはロールアップや機密性を備えたスマートコントラクトで特に重要です。

データ可用性の設計では、暗号化データをどこに保存するか、誰がアクセスできるか、運用者がいなくなった場合にユーザーがどう復旧するかを明確にする必要があります。

プライバシーが必要でも、データ可用性の必要性はなくなりません。

むしろ、ユーザーが暗号化された残高やポジションを再構築するために特定の暗号文を必要とする場合があるため、データ可用性はさらに重要になります。

優れた準同型暗号ブロックチェーン設計では、データ可用性モデルを明確に説明する必要があります。

暗号化された状態を利用するために必要なデータにアクセスできるか確認せずに、安全だと考えてはいけません。

プライベートな計算と復旧可能性は、併せて設計する必要があります。

準同型暗号と鍵管理

鍵管理は、暗号資産で準同型暗号を利用するうえで最も難しい課題の1つです。

暗号化された結果を明らかにする復号鍵を、誰かが保有または管理する必要があります。

1つの当事者が復号鍵を管理すると、その当事者がプライバシーや検閲のリスクになる可能性があります。

鍵を複数の当事者に分割する場合、システムはしきい値復号を調整し、障害にも対応しなければなりません。

ユーザーが自分の鍵を保有する場合は、アプリケーションのワークフローが複雑になる可能性があります。

用途ごとに適した鍵のモデルは異なります。

プライベート決済システムでは、ユーザーごとの復号が必要になる場合があります。

プライベートオークションでは、終了後に限って復号する必要がある場合があります。

コンプライアンスシステムでは、定義済みのルールに基づく選択的開示が必要な場合があります。

DAO投票では、個々の投票を明かさずに公開集計を復号する必要がある場合があります。

準同型暗号は強力ですが、鍵管理が不適切であれば、プライバシー上の利点が損なわれます。

準同型暗号と選択的開示

選択的開示とは、開示が必要な情報だけを明らかにすることです。

暗号資産では、通常はプライバシーを保ちながら、特定の事実を証明する必要が生じる場合があるため、重要な考え方です。

たとえば、ユーザーは取引額を監査人には開示しても、一般公開はしない場合があります。

企業は給与総額を規制当局に開示しても、個別の給与額を競合他社には公開しない場合があります。

DeFiプロトコルは、ユーザーの個別ポジションを明かさずに強制決済の対象となる条件を開示できます。

準同型暗号は、適切な鍵や証明の設計と組み合わせることで、選択的開示を支援できます。

完全な秘匿は、説明責任と衝突する可能性があるため重要です。

優れたプライバシーシステムでは、すべてを公開せずに、ユーザー、監査人、権限を持つ当事者が必要な事項を検証できるべきです。

選択的開示は、トークン化資産、機関投資家向けDeFi、ID、規制対象の暗号資産商品で特に重要です。

目指すのは、管理された透明性を伴うプライバシーです。

準同型暗号のメリット

1つ目のメリットは、プライバシーを保護しながら計算できることです。

生の値を公開せずに、暗号化データを有用な状態に保てます。

2つ目は、信頼できる仲介者への依存を減らせることです。

暗号文上で計算できれば、計算を行う当事者が元のデータを見る必要はありません。

3つ目は、パブリックブロックチェーンのプライバシーを向上できることです。

暗号化された残高、投票、入札、注文により、不要な情報公開を減らせます。

4つ目は、機関での利用可能性を高められることです。

多くの機関は、機密性の高い業務でパブリックブロックチェーンを利用する前に、機密性を確保する必要があります。

5つ目は、他の暗号技術と組み合わせられることです。

準同型暗号は、ゼロ知識証明、MPC、しきい値復号、スマートコントラクトと連携できます。

6つ目は、透明なスマートコントラクトだけでは難しい、新しいアプリケーション設計を支援できることです。

準同型暗号の限界

1つ目の限界は性能です。

暗号化された計算は通常、平文での計算より遅く、より多くのリソースを必要とします。

2つ目は複雑さです。

FHEシステムには、暗号技術に関する専門知識、慎重なパラメーター選択、実装の厳格なレビューが必要です。

3つ目は鍵管理です。

復号鍵が適切に保護され、管理されなければ、プライベートな計算は役に立ちません。

4つ目はユーザー体験です。

何が暗号化され、誰が復号でき、実際にどのようなプライバシーが保証されるのか、ユーザーが理解しにくい場合があります。

5つ目は監査可能性です。

選択的開示の設計が不十分だと、プライバシーによって不正やシステム障害を検知しにくくなる場合があります。

6つ目は成熟度です。

ブロックチェーン向けFHEは急速に進歩していますが、多くのシステムは従来の透明なスマートコントラクトと比べて、まだ新しいものです。

準同型暗号は有望なインフラ技術として扱うべきであり、魔法のようなプライバシー手段ではありません。

暗号資産における準同型暗号のセキュリティリスク

準同型暗号はプライバシーを高められますが、新たなセキュリティリスクも生じます。

暗号パラメーターが不適切であれば、セキュリティが弱まる可能性があります。

実装に欠陥があれば、情報が漏えいすることがあります。

鍵生成セレモニーに問題があると、復号権限が侵害される可能性があります。

コントラクトの設計が不適切だと、金額が暗号化されていてもメタデータが露呈することがあります。

ユーザーインターフェースが、実際に保護されている範囲について誤解を招く可能性もあります。

アップグレード可能なプロトコルでは、ユーザー参加後にプライバシールールが変更される場合があります。

サイドチャネルによって、タイミング、アクセス、取引パターンに関する情報が漏れることがあります。

悪意のある運用者は、暗号化されたトランザクションを読めなくても、検閲する可能性があります。

これらのリスクがあるため、準同型暗号は暗号技術、スマートコントラクト、アプリケーションセキュリティの専門家がレビューする必要があります。

強固なプライバシーを実現するには、暗号方式だけでなくシステム全体を安全に設計する必要があります。

準同型暗号とメタデータのプライバシー

メタデータとは、主要な情報が暗号化されていても、トランザクションややり取りに関して見える場合がある情報です。

ウォレットアドレス、取引のタイミング、ガス使用量、コントラクト呼び出し、ネットワーク経路、利用頻度などが例です。

準同型暗号は値を隠せますが、メタデータまで自動的に隠すとは限りません。

残高が暗号化されていても、ウォレットの行動パターンは簡単に分析される可能性があります。

送金額が非公開でも、送信者と受信者が見える場合があります。

DeFiのポジションが暗号化されていても、特定プロトコルの利用状況が公開される場合があります。

ブロックチェーン分析では、パターンから機密情報を推測できることがあるため、重要な論点です。

したがって、プライバシーシステムでは、内容とメタデータの両方を考慮する必要があります。

準同型暗号は暗号化データを保護しますが、アドレス、タイミング、ネットワークのプライバシーには別の技術が必要な場合があります。

メタデータについて説明せずに完全なプライバシーをうたうプロジェクトには注意してください。

準同型暗号とスマートコントラクト監査

準同型暗号システムでは、高度な暗号技術と金融ロジックを組み合わせることが多いため、スマートコントラクト監査が特に重要です。

監査では、アクセス制御、アップグレード可能性、リエントランシー、算術処理、権限設計など、一般的なスマートコントラクトのリスクを確認する必要があります。

さらに、暗号技術との統合、暗号化データ型の処理、証明の検証、復号のワークフロー、鍵管理の前提も確認する必要があります。

Solidityのセキュリティに関する考慮事項は、スマートコントラクトのセキュリティには、既知の落とし穴や変化する条件への慎重な対応が必要だと開発者に注意を促しています。

FHEを用いたコントラクトでは、開発者がブロックチェーンの実行と暗号化計算の両方を理解しなければならないため、リスク範囲が広がります。

監査人に暗号技術の専門知識がなければ、通常の監査だけでは不十分な場合があります。

プロジェクトは、監査対象、レビューしたコントラクト、FHEロジックが監査に含まれたかを説明する必要があります。

曖昧な監査の主張には注意してください。

機密性を備えたコントラクトでは、セキュリティプロセスに関する透明性が一層求められます。

プライバシーを、エンジニアリングの不備を隠す口実にしてはいけません。

準同型暗号とトークン化資産

トークン化資産は、実世界の資産、金融上の権利、預金、証券、請求書、商品、その他の権利をブロックチェーン上で表すことができます。

事業取引に機密情報が含まれるため、多くのトークン化資産の用途でプライバシーが必要です。

準同型暗号を使うと、決済ロジックを実行しながら、残高、所有権の詳細、送金額などをトークン化資産システムで非公開にできる可能性があります。

公開情報によって顧客データ、取引活動、トレジャリーのポジション、取引関係が露呈する可能性があるため、機関の業務では重要です。

同時に、トークン化資産にはコンプライアンス、監査、法的執行可能性が必要な場合があります。

完全に隠されたシステムでは、そうした要件を満たせない可能性があります。

暗号化計算に選択的開示と検証済みアクセス制御を組み合わせるのが、適切な設計となる場合があります。

すべての人に機密情報を公開せず、権限のある確認を可能にできます。

そのため、準同型暗号はパブリックブロックチェーン上でトークン化資産をより実用的にする可能性があります。

重要なのは、機密性と法的・運用上の要件のバランスです。

準同型暗号と価値安定型資産

価値安定型資産は、決済、清算、DeFiの担保、トレジャリー管理などに広く利用されています。

公開された送金は、企業の資金の流れやユーザーの行動を明らかにする可能性があります。

準同型暗号を使えば、残高や送金額を暗号化した価値安定型資産を実現できる可能性があります。

すべての金額を公開せずに決済できるようになります。

企業は仕入先への支払い、給与、顧客への返金、トレジャリー業務に活用できる場合があります。

ユーザーにとっては、日常的な金融プライバシーの確保に役立つ可能性があります。

ただし、価値安定型資産には強固なコンプライアンス管理や償還の透明性が必要な場合が多くあります。

暗号化された送金は、発行者の義務、監査要件、該当する場合は合法的なアクセス規則と両立しなければなりません。

このため、選択的開示と鍵のガバナンスが特に重要です。

準同型暗号でプライバシーを守れますが、資産の設計では準備金、償還、管理に対する信頼も確保する必要があります。

準同型暗号とプライバシーコイン

プライバシーコインとは、プライバシー技術を使ってトランザクション情報を隠すよう設計された暗号資産です。

準同型暗号はプライバシーを守る手段の1つですが、唯一の方法ではありません。

プライバシー重視のシステムでは、リング署名、ステルスアドレス、コミットメント、ゼロ知識証明、機密性の高いトランザクション、ミキシング設計、その他の暗号技術が使われる場合があります。

準同型暗号は、送金を隠すだけでなく、暗号化されたデータ上での計算を目的とする場合に特に有用です。

そのため、スマートコントラクトやプログラム可能な金融との関連性が高くなっています。

決済だけを対象とするプライバシーシステムには、完全準同型暗号が不要な場合があります。

プライベートDeFiプロトコルや機密性を備えたスマートコントラクトプラットフォームでは、より直接的な利点が得られる可能性があります。

すべてのプライバシーコインが準同型暗号を利用していると考えてはいけません。

実際の暗号設計を確認してください。

プライバシー技術によって、保護されるトランザクションやアプリケーションの段階は異なります。

準同型暗号と開発者体験

暗号資産分野で準同型暗号を普及させるには、開発者体験が重要です。

スマートコントラクト開発者の大半は、暗号技術の専門家ではありません。

暗号化計算が難しすぎると、安全に利用できるチームが限られます。

開発ツールには、分かりやすい暗号化データ型、安全なライブラリ、テストフレームワーク、シミュレーションツール、ドキュメント、安全な初期設定が必要です。

計算コスト、復号の流れ、証明要件、ユーザー体験への影響を見積もる手段も必要です。

FHEVM Solidityガイドは、暗号化データ型とFHEベースのロジックを使って、機密性を備えたスマートコントラクトを開発できるツールの一例です。

この種のツールは、FHEを一般的なスマートコントラクト開発に近づけるうえで重要です。

ただし、ツールが改善されても、セキュリティレビューが不要になるわけではありません。

開発者がプライバシーモデルを誤解していると、暗号化されたスマートコントラクトでも見落としやすい問題が発生する場合があります。

安全な導入には、開発者教育も必要です。

準同型暗号を利用する暗号資産プロジェクトの評価方法

まず、プロジェクトが実際に準同型暗号を利用しているのか、それともマーケティングでプライバシーをうたっているだけなのか確認します。

次に、部分準同型、限定準同型、段階的準同型、完全準同型のどれを利用しているかを確認します。

3つ目に、どのデータが暗号化され、どのメタデータが公開されたままかを把握します。

4つ目に、誰が復号鍵を管理しているか、しきい値復号を使っているかを確認します。

5つ目に、選択的開示に対応しているか確認します。

6つ目に、監査や暗号技術レビューを確認します。

7つ目に、性能、手数料、ユーザー体験を評価します。

8つ目に、アップグレード権限とガバナンスを調べます。

9つ目に、プライバシーの主張が本番環境で実証されているか、ロードマップで説明されているだけかを確認します。

10個目に、大きな価値を新しい暗号化アプリケーションで扱う前に、少額でテストします。

準同型暗号に関するよくある誤解

よくある誤解の1つは、準同型暗号を使えば自動的にすべての情報が非公開になるというものです。

メタデータ、アドレス、タイミング、アクセスパターンから情報が漏れる可能性があるため、そうではありません。

もう1つの誤解は、FHEを使えばスマートコントラクト監査が不要になるというものです。

機密性を備えたコントラクトでも、ロジックのバグ、不適切な権限、安全でないアップグレードが起こり得るため、監査は必要です。

3つ目の誤解は、準同型暗号とゼロ知識証明が同じ技術だというものです。

これらは異なる技術であり、相互に補完できます。

4つ目の誤解は、暗号化すればシステムが自動的にコンプライアンスに対応するというものです。

コンプライアンスは暗号技術だけでなく、法律、ポリシー、記録管理、情報開示、ガバナンスによって決まります。

5つ目の誤解は、準同型暗号には性能コストがないというものです。

実際には、暗号化された計算は通常の計算より大幅に高コストになる場合があります。

こうした制約を理解すると、プライバシーに関する主張をより現実的に評価できます。

ユーザー向けベストプラクティス

完全なプライバシーがあると考える前に、プロジェクトが何を暗号化すると説明しているか確認してください。

誰がどのような条件でプライベートデータを復号できるか調べましょう。

取引額、ウォレットアドレス、コントラクト呼び出し、タイミングが隠されるのか、公開されるのか理解してください。

暗号技術の専門知識を持つチームによる監査を受けているか確認しましょう。

まずテストせずに、実験段階のプライバシーシステムへ機密性の高い資産を預けることは避けてください。

プライバシー機能によって複雑さやユーザーの操作ミスのリスクが高まる場合があることを理解してください。

アプリケーション内の暗号化では秘密鍵の盗難を防げないため、ウォレットのセキュリティを強化しましょう。

技術的な説明がないまま「完全なプライバシー」や「軍事レベルの暗号化」をうたう曖昧な主張を信用しないでください。

プライバシーに関する前提を変える可能性があるアップグレードの発表にも注意してください。

準同型暗号は有用ですが、万能ではないと理解しましょう。

開発者向けベストプラクティス

準同型暗号を追加する前に、明確な脅威モデルを定義してください。

プライバシーが必要なデータだけを暗号化し、システムをできるだけシンプルに保ちましょう。

何が公開されたままになるかを文書化してください。

ローンチ後ではなく、ローンチ前に鍵管理を設計してください。

十分にレビューされたライブラリを使い、独自の暗号技術を発明することは避けましょう。

現実的な負荷やトランザクションパターンのもとで、暗号化ロジックをテストしてください。

選択的開示と復旧経路を慎重に設計しましょう。

スマートコントラクト監査と暗号技術レビューの両方を受けてください。

ユーザー向けのプライバシーに関する主張は、正確かつ限定的にしてください。

優れた暗号技術であっても、使い勝手が悪ければ機能しなくなることを忘れないでください。

FAQ

準同型暗号とは何ですか？

準同型暗号とは、データを復号せずに暗号化されたデータ上で計算できる暗号技術です。

暗号資産における準同型暗号とは何を意味しますか？

暗号資産分野では、機密性の高い値を隠したまま、スマートコントラクトや関連システムが暗号化されたブロックチェーンデータを処理できることを意味します。

完全準同型暗号とは何ですか？

完全準同型暗号（FHE）では、元の平文を明かさずに、暗号化データ上で汎用的な計算を行えます。

準同型暗号はゼロ知識証明技術と同じですか？

いいえ。準同型暗号は暗号化データ上の計算を可能にし、ゼロ知識証明は、その背後にあるプライベートデータを明かさずに主張を証明します。

スマートコントラクトで準同型暗号を利用できますか？

利用できます。準同型暗号を使うと、暗号化された残高、投票、入札、その他のプライベートな値を処理する機密性を備えたスマートコントラクトを構築できます。

準同型暗号によってブロックチェーンは完全に非公開になりますか？

いいえ。特定のデータを隠せますが、アドレス、タイミング、ガス使用量、コントラクトとのやり取りなどのメタデータから情報が漏れる可能性があります。

準同型暗号がDeFiで役立つ理由は何ですか？

暗号化された残高、ポジション、注文、リスク確認などを処理し、すべてのユーザー情報を公開せずに済む可能性があります。

準同型暗号の最大の制約は何ですか？

暗号化された計算は通常の計算より遅く、コストも高くなるため、最大の制約は性能です。

暗号資産における準同型暗号の最大のセキュリティリスクは何ですか？

鍵管理の不備、コントラクトの欠陥、安全でないアップグレード、誤解を招くプライバシーの主張など、システム設計の不備が最大のリスクです。

準同型暗号はプライベート投票に役立ちますか？

投票システムが適切に設計されていれば、個々の投票を明かさずに暗号化された票を集計できます。

準同型暗号はMEV対策に役立ちますか？

トランザクションの詳細を隠すことで一部のMEVリスクを減らせますが、順序付け、シーケンス、市場構造に関するすべてのリスクがなくなるわけではありません。

ユーザーはFHEを使う暗号資産プロジェクトをどう評価すべきですか？

何が暗号化されるか、誰が復号できるか、何が公開されたままか、監査を受けているか、システムが稼働中か構想段階かを確認してください。

まとめ

準同型暗号は、次世代の暗号資産・ブロックチェーンアプリケーションにとって重要なプライバシー技術の1つです。

暗号化されたデータ上で計算できるため、デジタルシステム内で有用性を保ちながら、プライベートな値を隠すことができます。

パブリックブロックチェーンは透明ですが、実際の金融活動には機密性が必要なことが多いため、暗号資産分野で大きな可能性があります。

準同型暗号は、暗号化残高、プライベート決済、プライベート投票、封印入札オークション、機密性を備えたDeFi、プライベートなID確認、暗号化されたオーダーブック、機関向けのブロックチェーン業務などを支援できます。

完全準同型暗号は、暗号化データ上で汎用的な計算を可能にするため、特に重要です。

ただし、FHEは単純でも、低コストでも、自動的に安全でもありません。

性能コスト、鍵管理の課題、メタデータのリスク、監査の複雑さ、ユーザー体験の課題が生じます。

また、ゼロ知識証明、MPC、TEE、ウォレットのセキュリティ、適切なスマートコントラクト設計に取って代わるものでもありません。

むしろ、準同型暗号は、より大きなプライバシーアーキテクチャを構成する強力な要素の1つと考えるべきです。

最も強固な暗号資産のプライバシーシステムでは、暗号化計算、選択的開示、証明システム、慎重なガバナンス、強力なユーザー管理など、複数の技術が組み合わされる可能性があります。

ユーザーにとって重要なのは、プライバシーに関する流行語に惑わされず、実際にどのデータが保護されるかを確認することです。

開発者にとって重要なのは、明確な脅威モデル、信頼できるライブラリ、慎重な監査、誠実なプライバシーの説明のもとでのみ、準同型暗号を利用することです。

準同型暗号は、ブロックチェーンアプリケーションのプライバシー、有用性、機関での利用可能性を高める可能性があります。ただし、システム全体をセキュリティ、透明性、使いやすさに配慮して設計することが条件です。