ネム【XEM】で使われる暗号技術の基礎知識
ネム（NEM）は、ブロックチェーン技術を活用したプラットフォームであり、その基盤となる暗号技術は、セキュリティと信頼性を確保する上で極めて重要です。本稿では、ネム【XEM】で使用される主要な暗号技術について、その基礎知識を詳細に解説します。対象読者は、ブロックチェーン技術に関心のある技術者、開発者、およびネムプラットフォームの利用を検討している方々です。
1. 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。ネムでは、主にSHA3-256が使用されています。ハッシュ関数は、データの改ざん検知、パスワードの保存、データのインデックス作成など、様々な用途に利用されます。SHA3-256は、SHA-2系列の脆弱性を克服するために開発された新しいハッシュ関数であり、高いセキュリティ強度を持っています。ハッシュ関数の重要な特性として、以下の点が挙げられます。
- 一方向性： ハッシュ値から元のデータを復元することは極めて困難です。
- 衝突耐性： 異なるデータから同じハッシュ値が生成される可能性は極めて低いです。
- 雪崩効果： 入力データがわずかに変更された場合でも、ハッシュ値は大きく変化します。
ネムにおけるハッシュ関数の利用例としては、トランザクションのハッシュ値生成、ブロックのハッシュ値生成、名前空間のハッシュ値生成などが挙げられます。
2. 公開鍵暗号方式
公開鍵暗号方式は、暗号化と復号に異なる鍵を使用する暗号方式です。公開鍵は誰でも入手可能ですが、復号鍵は秘密に保持されます。ネムでは、主にArgon2idを基盤とした鍵導出関数と、楕円曲線暗号（ECC）が使用されています。ECCは、RSAなどの従来の公開鍵暗号方式と比較して、より短い鍵長で同等のセキュリティ強度を実現できます。ネムでは、ECCの特定の曲線であるsecp256k1が採用されています。これは、ビットコインでも使用されている曲線であり、その安全性は広く認められています。
公開鍵暗号方式の利用例としては、トランザクションの署名、アカウントの認証、データの暗号化などが挙げられます。ネムのアカウントは、公開鍵と秘密鍵のペアによって管理されます。トランザクションを送信する際には、秘密鍵を使用してトランザクションに署名し、その署名を公開鍵で検証することで、トランザクションの正当性を確認します。
2.1 鍵導出関数（KDF）Argon2id
Argon2idは、パスワードハッシュや鍵導出に用いられるKDFの一つです。メモリハード性と計算コストが高く、総当たり攻撃に対する耐性が高いのが特徴です。ネムでは、アカウントの秘密鍵を生成する際にArgon2idが使用されます。これにより、アカウントのセキュリティを強化し、不正アクセスを防止します。Argon2idは、Argon2iとArgon2dの利点を組み合わせたものであり、サイドチャネル攻撃に対する耐性も高くなっています。
3. デジタル署名
デジタル署名は、電子文書の作成者を認証し、文書の改ざんを検知するために使用される技術です。ネムでは、ECDSA（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）が使用されています。ECDSAは、ECCを基盤としたデジタル署名アルゴリズムであり、高いセキュリティ強度と効率性を兼ね備えています。デジタル署名を作成する際には、秘密鍵を使用し、署名を検証する際には、公開鍵を使用します。
ネムにおけるデジタル署名の利用例としては、トランザクションの署名、モザイクの作成者の認証、アグリゲーション署名などが挙げられます。アグリゲーション署名は、複数の署名を1つの署名にまとめる技術であり、ブロックチェーンの効率性を向上させることができます。
4. Merkle Tree
Merkle Treeは、大量のデータを効率的に検証するためのデータ構造です。ネムでは、ブロック内のトランザクションをMerkle Treeで管理しています。Merkle Treeのルートハッシュは、ブロックヘッダーに含まれており、ブロック内のトランザクションの整合性を保証します。Merkle Treeを使用することで、特定のトランザクションがブロックに含まれているかどうかを、ブロック全体をダウンロードすることなく検証できます。
Merkle Treeの構築は、以下の手順で行われます。
- 各トランザクションのハッシュ値を計算します。
- 隣接するハッシュ値をペアにして、それらを連結したハッシュ値を計算します。
- この手順を繰り返して、最終的にルートハッシュを計算します。
5. ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズム：Proof of Importance (POI)
ネムは、Proof of Importance (POI)と呼ばれる独自のコンセンサスアルゴリズムを採用しています。POIは、単に多くの計算資源を持つノードがブロックを生成するのではなく、ネットワークへの貢献度が高いノードがブロックを生成する仕組みです。貢献度とは、ネットワーク内のトランザクションの送受信量、保有するXEMの量、ネットワークへの接続時間などを総合的に評価したものです。POIは、ネットワークの分散性を高め、少数のノードによる支配を防ぐことを目的としています。
POIのプロセスは、以下の通りです。
- 各ノードは、自身の重要度スコアを計算します。
- 重要度スコアが高いノードが、ブロックを生成する権利を得ます。
- ブロックを生成したノードは、トランザクションを検証し、ブロックに含めます。
- ブロックは、ネットワーク全体にブロードキャストされ、他のノードによって検証されます。
6. その他の暗号技術
ネムでは、上記以外にも様々な暗号技術が使用されています。例えば、データの暗号化にはAESなどの対称鍵暗号が使用され、通信のセキュリティにはTLS/SSLなどのプロトコルが使用されます。また、名前空間の管理には、ハッシュ関数と公開鍵暗号方式を組み合わせた技術が使用されます。
まとめ
ネム【XEM】は、ハッシュ関数、公開鍵暗号方式、デジタル署名、Merkle Tree、POIなど、様々な暗号技術を組み合わせることで、高いセキュリティと信頼性を実現しています。これらの暗号技術は、トランザクションの検証、アカウントの認証、データの保護、ネットワークの分散化など、ネムプラットフォームの様々な機能において重要な役割を果たしています。今後も、暗号技術の進化に合わせて、ネムのセキュリティは継続的に強化されていくと考えられます。本稿が、ネムの暗号技術に関する理解を深める一助となれば幸いです。
