暗号資産（仮想通貨）で使われる主要な暗号アルゴリズム一覧
暗号資産（仮想通貨）の安全性と効率性は、その基盤となる暗号アルゴリズムに大きく依存します。これらのアルゴリズムは、取引の検証、ブロックの生成、そしてネットワーク全体のセキュリティを維持するために不可欠です。本稿では、暗号資産で広く使用されている主要な暗号アルゴリズムについて、その原理、特徴、そして具体的な利用例を詳細に解説します。
ハッシュ関数
ハッシュ関数は、任意の長さのデータを固定長のハッシュ値に変換する関数です。暗号資産においては、主にデータの整合性検証や、ブロックチェーンにおけるブロックの識別に使用されます。代表的なハッシュ関数には以下のようなものがあります。
SHA-256
Secure Hash Algorithm 256-bitの略で、ビットコインをはじめとする多くの暗号資産で使用されています。入力データから256ビットのハッシュ値を生成し、衝突耐性（異なる入力から同じハッシュ値が生成されることが極めて困難であること）に優れています。ビットコインのマイニングプロセスにおいて、ナンス値を変化させながらSHA-256ハッシュ関数を繰り返し適用し、特定の条件を満たすハッシュ値を見つけることでブロックを生成します。
Scrypt
SHA-256と同様にハッシュ関数ですが、メモリハードな特性を持っています。つまり、計算に必要なメモリ容量が大きく、専用のハードウェア（ASIC）によるマイニングを困難にすることで、マイニングの分散化を促進する目的で使用されます。ライトコインなどがScryptを採用しています。
Keccak-256
SHA-3コンテストの勝者であり、イーサリアムで使用されています。SHA-256と比較して、より複雑な構造を持ち、セキュリティ面で優れているとされています。イーサリアムのスマートコントラクトのハッシュ化や、Merkleツリーの構築などに利用されます。
BLAKE2
BLAKEハッシュ関数ファミリーの一員で、高速性とセキュリティを両立しています。SHA-3よりも高速であり、より少ないリソースで効率的なハッシュ計算が可能です。暗号資産以外にも、様々な分野で利用されています。
暗号化アルゴリズム
暗号化アルゴリズムは、データを暗号化し、第三者による不正なアクセスを防ぐために使用されます。暗号資産においては、ウォレットの秘密鍵の保護や、通信の暗号化などに利用されます。代表的な暗号化アルゴリズムには以下のようなものがあります。
RSA
Rivest-Shamir-Adlemanの略で、公開鍵暗号方式の代表的なアルゴリズムです。公開鍵と秘密鍵のペアを使用し、公開鍵で暗号化されたデータは、対応する秘密鍵でのみ復号化できます。暗号資産においては、ウォレットの秘密鍵を保護するために使用されることがあります。
ECC (Elliptic Curve Cryptography)
楕円曲線暗号の略で、RSAよりも短い鍵長で同等のセキュリティ強度を実現できるため、リソースが限られた環境に適しています。ビットコインやイーサリアムなどの多くの暗号資産で使用されており、デジタル署名の生成や検証に利用されます。特に、secp256k1という楕円曲線が広く採用されています。
AES (Advanced Encryption Standard)
共通鍵暗号方式の代表的なアルゴリズムで、高速性とセキュリティに優れています。暗号資産においては、ウォレットの暗号化や、通信の暗号化などに使用されます。鍵長は128ビット、192ビット、256ビットから選択できます。
デジタル署名アルゴリズム
デジタル署名アルゴリズムは、データの送信者が本人であることを証明し、データの改ざんを検知するために使用されます。暗号資産においては、取引の署名や、ブロックの検証などに利用されます。代表的なデジタル署名アルゴリズムには以下のようなものがあります。
ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)
ECCを基盤としたデジタル署名アルゴリズムで、ビットコインやイーサリアムなどの多くの暗号資産で使用されています。ECCの特性を活かし、短い署名長で高いセキュリティ強度を実現しています。取引の署名には、送信者の秘密鍵を使用して署名を作成し、受信者は送信者の公開鍵を使用して署名を検証します。
Schnorr署名
ECDSAよりも効率的なデジタル署名アルゴリズムで、複数の署名をまとめて検証できるマルチシグネチャ機能が容易に実装できます。ビットコインのTaprootアップグレードで導入され、プライバシーの向上やトランザクションサイズの削減に貢献しています。
EdDSA (Edwards-curve Digital Signature Algorithm)
ECDSAよりも高速で安全なデジタル署名アルゴリズムで、Curve25519という楕円曲線を使用します。Moneroなどのプライバシー重視の暗号資産で使用されています。
その他の暗号アルゴリズム
上記以外にも、暗号資産では様々な暗号アルゴリズムが使用されています。以下にいくつかの例を挙げます。
Merkle Tree
複数のデータを効率的に検証するためのデータ構造です。ブロックチェーンにおいては、ブロック内のトランザクションをまとめてハッシュ化し、Merkle Rootを生成することで、ブロック全体の整合性を検証します。Merkle Treeを使用することで、特定のトランザクションのみを検証することが可能になり、効率的なデータ検証を実現します。
Zero-Knowledge Proof
ある情報を持っていることを、その情報を明らかにすることなく証明するための技術です。プライバシー保護を重視する暗号資産（Zcashなど）で使用されており、取引の詳細を隠蔽しながら、取引の正当性を検証することができます。
Homomorphic Encryption
暗号化されたデータのまま計算を実行できる暗号技術です。プライバシー保護とデータ分析を両立させるために使用され、暗号資産におけるスマートコントラクトのプライバシー保護などに応用が期待されています。
コンセンサスアルゴリズム
ブロックチェーンネットワークにおいて、新しいブロックを生成し、取引を検証するための合意形成メカニズムです。厳密には暗号アルゴリズムではありませんが、暗号技術を基盤としており、暗号資産の安全性と信頼性を確保するために不可欠です。代表的なコンセンサスアルゴリズムには以下のようなものがあります。
Proof of Work (PoW)
ビットコインで採用されているコンセンサスアルゴリズムで、マイナーが複雑な計算問題を解くことでブロックを生成する権利を得ます。計算には大量の電力が必要であり、ネットワークのセキュリティを維持する上で重要な役割を果たします。
Proof of Stake (PoS)
イーサリアム2.0で採用されているコンセンサスアルゴリズムで、暗号資産の保有量に応じてブロックを生成する権利を得ます。PoWと比較して、電力消費量が少なく、より環境に優しいとされています。
Delegated Proof of Stake (DPoS)
PoSの派生型で、暗号資産の保有者が代表者を選出し、代表者がブロックを生成します。PoSよりも高速なトランザクション処理が可能ですが、中央集権化のリスクがあります。
まとめ
暗号資産の安全性と効率性は、様々な暗号アルゴリズムによって支えられています。ハッシュ関数、暗号化アルゴリズム、デジタル署名アルゴリズム、そしてコンセンサスアルゴリズムは、それぞれ異なる役割を果たし、暗号資産の基盤を形成しています。これらのアルゴリズムの理解は、暗号資産の技術的な側面を理解する上で不可欠であり、今後の暗号資産技術の発展を予測するためにも重要です。暗号資産技術は常に進化しており、新しいアルゴリズムや技術が登場する可能性があります。常に最新の情報を収集し、理解を深めることが重要です。
