特集ーンエコシステム

NTT Research：Upgrade Realityをめざした3つのオープンコラボレーション ブロックチェ

スマートクトコントラプルーフ・オブ・ワーク・メカニズム

ブロックチェーンエコシステムの安全性，性能，持続可能性を高める
ブロックチェーン技術は，インターネット上に，一定数の計算機が故障したり，悪意を持った行動をしても安全性を保つ新たなタイプの信頼を提供する技術として，大きな注目を浴びています．その理論は革新的である一方で，現在のブロックチェーン技術を支える数学的根拠や実装が，本当に持続的に有効で，私たちがすぐにこの技術を活用できるかというと，未成熟な点が数多くあります．本稿では，ブロックチェーン技術の安全性，持続性への研究課題について紹介します．

まつお

松尾しんいちろう

真一郎

NTT Research, Inc. Cryptography and Informatics Lab

ネットを介したエコシステムの現在の問題は，影響力のある大手テクノロジ企業がまさに SPOF になっている点です．そのため，こうしたリスキーな弱点のない，拡張可能な信頼の基盤をインターネット上に構築することが求められています．ブロックチェーンは，インターネットの現在のアーキテク
チャ上で，障害に耐性のあるシステムや自動的に運営されるシステムの実装に使用されます．障害への耐性を持つメカニズムをプロトコルの設計の一部に組み込むことで，システム全体を良好な状態を保つことをねらっています．
ブロックチェーンには現在のインターネットエコシステム関連の問題を解決できる可能性があるものの，ブブロックチェーンの可能性と課題
ブロックチェーンに関心があるかどうかにかかわらず，ブロックチェーン38した技術に依存しており，グローバル

ロックチェーンエコシステム自体にもなネットワーキングや IT 企業，イン対処すべき問題がいくつかあります．

ターネット全体に革命的な影響をもた

例えば，セキュリティ，性能向上と分らす可能性があります．

散化のトレードオフ，持続可能性などに関与する理由はいくつかあります．

例えば，初期のインターネットは，暗号通貨，スマートコントラクト，非単一障害点（SPOF）なしでグローバ

代替性トークン（NFT）は，このブロッルなネットワーク構造を実現するためクチェーン（分散型台帳）をベースとに設計されました．しかし，インター2021.11です．

セキュリティと暗号化
既存のブロックチェーンのセキュリ特集ティ要件と安全性を明らかにする研究る運用実績もありません．

り越えることができる，という種類の問題ではありません．のほとんどは，技術全体とシステム全量子計算機による暗号解読の可能性体を考慮していません．これは必ずしが，長期的な視点では脅威としてのしこの場合，ブロックの仕様を変更しもセキュリティの不在を示唆する事実

かかる中，ブロックチェーン技術で使てブロックサイズを大きくするというではありませんが，ブロックチェーン用されるデジタル署名スキームも，遠解決策もあります．一方で，この解決に脆弱性がないことを明言することはい将来安全ではなくなる可能性があり方法では，すべてのユーザノードに保できません．

ます．一方で，量子計算機が登場した存されるデータ量が増加することになリスクは，ブロックチェーンの仕様として，安全性を保つ暗号化技術につります．その結果，リソースに余裕のだけでなく，その実装にも存在しまいても開発が進んでいます．例えば，ある裕福な個人やグループしかノードす．分散型自律組織（DAO）に対す

米国国立標準技術研究所（NIST）は，を運用できなくなり，ノード数は逆にる2016年の攻撃では，Ethereum ブ

公開鍵の暗号化とデジタル署名を扱う減ります．ノード数が減少するこの解

ロックチェーンコードの脆弱性が悪用

耐量子計算機暗号の最終候補を選出し決策は，許可が不要な当初の「分散型」されました．ブロックチェーンは社会ています．ブロックチェーンアプリ

ブロックチェーンの理念とは矛盾する的インフラを構成するための基盤技術

ケーションは長期的な運用を想定してため，ブロックチェーンのセキュリティとして幅広い役割を担うことが期待さいるため，同様に長期的で安全な暗号は低下します．

れているため，セキュリティインシデ化テクニックに移行することが重要で性能向上と分散化のトレードオフは，ントの影響は大幅に拡大する可能性がす．暗号技術に脆弱性が見つかった際元々のブロックチェーン技術の設計理あります．そのため，コードの品質をに，より安全な暗号に置き換えられる念に関連しています．性能を向上させ確保し，攻撃が発生したときに確実に性質は，基盤となる暗号化の侵害が発るために，同じクラウドコンピュータ対処できるように，脆弱性に対する処生した場合の継続的な安全性に影響しでノード数を減らしたり，複数のノー理手順を導入する必要があります．

ます．そのため，この性質をブロックドを設定したりすると，パブリックブ同時に，暗号化の使用に関連する標チェーン技術，運用，ガバナンスメカ

ロックチェーンの主なメリットの 1 つ準的な運用モデルも必要です．2004年

ニズムに組み込む必要があります．

である，単一障害点の除去という効果に暗号学的ハッシュアルゴリズム（SHA）- 1 の不正アクセスが報じられ性能向上と分散化が失われます．そのため，アプリケーションによっては，分散型ブロックたことを受けて，IT 業界が数年前にブロックチェーンの台帳は，指定さチェーンの導入によるコストメリット

SHA- 1 から SHA- 2 に移行を完了しれた処理速度のルールに従って処理さのバランスを考慮することが重要になましたが，ビットコインをはじめとすれます（ビットコインの場合，10分ごります．

るほとんどの暗号資産およびブロックとに1 MB のデータブロックが追加さチェーンエンジニアリングコミュニティれます）．この上限値は，単位時間当には，そのような移行の経験がなく，りの最大トランザクション数を実質的環境的な観点では，ビットコインでまた，現在のブロックチェーンのソフに決めるため，性能向上の壁となりま使用されているプルーフ・オブ・ワー

トウェアには，移行のためのメカニズ

す．ブロックチェーンの場合，この壁ク（POW）ブロックチェーンコンセ

ムがなく，暗号技術の脆弱性に関連すは単純に計算機の処理能力を高めて乗ンサスメカニズムが，こうしたデジタ

持続可能性2021.1139

特集

NTT Research：Upgrade Realityをめざした3つのオープンコラボレーション

障害に強い新たなパブリックインターネットインフラに関心がある場合は，ブロックチェーン自体のアップグレードが必要になるかもしれません．

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ル資産のマイニング（採掘）に投じら与えるからです．資本成長理論分析でれる膨大な量のエネルギーに対して持は，ブロックチェーンシステムは通常続可能なのかという懸念があります．

は持続可能ですが，特定の標準ビジネ代替となるプルーフ・オブ・ステーク

スルール（税金，エネルギーコスト，（POS）メカニズムは，はるかにエネ破産のリスクなど）に制約されない利

ルギー効率に優れていますが，POS害関係者がいる場合，チェーンの持続は確認遅延など，実装上の課題に直面性が損なわれる可能性があります．同しています．また，運用条件によって様に，POW メカニズムに対するいわは，POS のメカニズムでは真に分散

ゆるセルフィッシュマイニング攻撃は，化したガバナンスと認められないため，ブロックチェーンの支え手であるマイ規制上有価証券として取り扱われ，よナーのインセンティブに影響を与える

り厳しい規制の下での運用を強いられ可能性があり，持続可能性のもう 1 つることになります．の制約になります．また，NFT や自ビジネスの観点では，ビットコイン動発効契約などでブロックチェーンをなどのパブリックブロックチェーンシ単独で使用しても，公平とみなされるステムは障害に対する耐性があるとみ成果は保証されません．公平な成果をなされています．なぜなら，自らが発得るには，設計を適切に考慮する必要行する暗号資産を通じて運用手数料をがあります．

生み出し，ブロックチェーンネットワー

この分野に何らかの規制が必要にな

クを安全に維持するインセンティブをることも考えられます．前述のとおり，

2021.11松尾真一郎

ブロックチェーン技術は，まだ技術が成熟していない段階で大きな注目を浴びていますが，一方で，その安全性，持続性については，基礎理論においても未解
明 な と こ ろ が 数 多 く 残 さ れ て い ま す．
NTT Research, Inc. では，誰もがブロッ
クチェーンを安全に使うための理論の研究を進めています．

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ntt-research.com