非対称キー暗号アルゴリズムとは何ですか

非対称キーアルゴリズムは暗号学の分野に属しています。それらは情報を暗号化および復号化できるアルゴリズムです。その操作には公開鍵と秘密鍵が必要です。公開鍵は他の人に知られても構いませんが、秘密鍵は所有者以外には知られてはいけません。2つの鍵はお互いを暗号化および復号化できます。暗号化と復号化には異なる2つの鍵が使われるため、これらのアルゴリズムは非対称キーアルゴリズムと呼ばれます。

対応するアルゴリズムは、暗号鍵を使用して平文の暗号化と暗号文の復号に両方を行う対称キー暗号アルゴリズムです。たとえば、AES（Advanced Encryption Standard）対称キー暗号アルゴリズムを使用して単語"Gate.io"を暗号化すると、アルファベット文字列U2FsdGVkX18fop1iGBPzNdnADZ57AJxOn+wEBSIUAG4を取得できます。逆に、AES対称キー暗号アルゴリズムを使用して暗号文を復号すると、元のアルファベット文字列Gate.ioを取得できます。初期の頃は、対称キー暗号アルゴリズムが暗号化された電報を送信するために使用されていました。この復号プロセスは単純かつ迅速ですが、暗号化方法が漏洩すると、傍受された情報を解読することが容易になり、セキュリティが高くありません。

非対称キーアルゴリズムのセキュリティは対称キーアルゴリズムよりも高いですが、複雑な操作のため効率は低くなります。例えば、Jim が非対称キーアルゴリズムを使用して Bob にメッセージを送りたい場合、Jim は以下のプロセスを経る必要があります:

1. ジムとボブの両方が公開鍵と秘密鍵のペアを生成する必要があります;

2. ジムの公開鍵はボブに送信され、秘密鍵はジムに保存されます。ボブの公開鍵はジムに送信され、秘密鍵はボブに保存されます。

3. ジムがボブにメッセージを送信するとき、彼はボブの公開鍵でメッセージを暗号化します;

4. メッセージを受け取った後、Bob は彼の秘密鍵を使用してそれを復号化できます。

ブロックチェーンにおける非対称キーアルゴリズムの応用

非対称キーアルゴリズムは、ブロックチェーンで使用される主要な暗号アルゴリズムです。その適用シナリオには、情報の暗号化、デジタル署名、ログイン認証、デジタル証明書などが含まれます。ブロックチェーンにおけるその価値は、送信者と受信者の身元を識別するための公開鍵と秘密鍵です。

1. 情報の暗号化：情報のセキュリティを確保します。送信者は公開鍵を持っており、他の人が知っても問題ありません。なぜなら、他の人が送った情報は受信者に影響を与えないからです。受信者が保持している鍵は秘密のものであり、受信者だけが暗号化された情報を解除できる唯一の人物です。ビットコイン取引の暗号化技術はこのシナリオに属しています。

2. デジタル署名: 情報の帰属を保証します。情報が偽造されておらず、情報の所有者によって送信されたことを示すために、デジタル署名が元の情報の背後に添付されます。手書きの署名のようにユニークで簡潔です。

3. ログイン認証：クライアントはログイン情報を秘密鍵で暗号化し、それをサーバーに送信します。サーバーはそれを受信した後、クライアントの公開鍵でログイン情報を復号化および認証します。

4. デジタル証明書：公開鍵の正当性を保証します。送信者がインターネットから取得した公開鍵が真実であることを検証するために、第三者の組織CA（証明書機関）が生成され、公開鍵の正当性を保証します。情報を公開する際、情報の元の所有者は自分自身のデジタル署名とデジタル証明書を持参する必要があります。これにより、情報が改ざんされていないことが保証されます。

ビットコインの非対称鍵アルゴリズムはどのように動作しますか

ビットコインブロックチェーンで使用されている非対称鍵アルゴリズムは、楕円曲線暗号アルゴリズムです。現在のブロックチェーンで一般的に使用されている非対称鍵アルゴリズムであり、ECDSAとしても知られています。ここで、ECは「楕円曲線」の略称であり、DSAは「デジタル署名アルゴリズム」の略称です。

楕円曲線のパラメータを決定する際、BitcoinシステムはSECP256k1という曲線パラメータを使用します。このように、システムは操作中に32バイトの秘密鍵をランダムに取得し、その後楕円曲線デジタル署名アルゴリズム（SECP256k1曲線を使用）を通じて公開鍵を取得し、その後複数のハッシュアルゴリズムを操作して公開鍵ハッシュを取得し、バージョン番号と組み合わせて最終的なアカウントアドレスを形成します。

例えば、2つの素数（152、891）をランダムに生成して、6桁の「秘密鍵」152891を形成し、"公開鍵"を生成するルールは、これら2つの素数を乗算することです（152×891=135432）。この時、ネットワーク上の人々はこの「公開鍵」を取得できます。このデータをあなただけが変更したい場合、「'公開鍵' 135432」というデータに注釈を追加できます：秘密鍵の左側の3桁を右側の3桁で乗算した値が公開鍵と等しく、それを変更できます。

ネットワーク上のハッカーが許可なくデータを改ざんしようとした場合、彼が「秘密鍵」が2つの素数を掛け合わせて「公開鍵」を生成することを知っていても、どちらの素数かは分かりません。したがって、「公開鍵」135423の秘密鍵を見つけるためには、001×002、…、998×999など、最も直接的な方法で1つずつ試すしかありません。素数が大きい場合、このプロセスは困難です。

このような例は比較的単純です。コンピュータは、上記の例の「公開鍵」から直接「秘密鍵」を計算することができます。ただし、ビットコインシステムで使用されている楕円曲線アルゴリズムによって「秘密鍵」から「公開鍵」を生成することは、既存の技術では解読が難しいです。なぜなら、その素数が非常に大きいからです。さらに、ビットコインシステムにおける秘密鍵の復号化プロセスは、逆ポーランド記法のスタック実行言語によって実現されています。

楕円曲線

プライベートキーは公開キーおよび公開キーハッシュを推測できますが、公開キーおよび公開キーハッシュからプライベートキーを推測することはできません。したがって、ユーザーはプライベートキーをきちんと保管する必要があります。プライベートキーを失った場合、アカウント内の資産は回収できません。

一般的な非対称キーアルゴリズム

非対称アルゴリズムはブロックチェーンの動作の基礎です。ビットコインやイーサリアムなどのブロックチェーンで使用されている楕円曲線暗号アルゴリズムに加えて、以下の異なる暗号アルゴリズムも一般的です。

RSA（Rivest Shamir Adleman）アルゴリズム：解読が難しいため、デジタル暗号化およびデジタル署名の分野で広く使用されています。 RSAアルゴリズムでは、公開鍵と秘密鍵の両方を使用して情報を暗号化できます。公開鍵を使用して情報を暗号化すると（情報が盗まれるのを防ぐため）、秘密鍵が使用されます。秘密鍵を使用して情報を暗号化する場合（情報改ざんを防ぐため）、公開鍵が使用されます（デジタル署名）。理論的には、RSAアルゴリズムのキービット数が長いほど、解読が困難になります（量子コンピューティングを除く）。したがって、業界で一般的に使用されるキーは2048ビット以上です。

DSAデジタル署名アルゴリズム：このアルゴリズムは情報を暗号化または復号化することはできず、主に暗号化された情報に署名し認証するために使用されます。セキュリティはRSAアルゴリズムと同じくらい高いですが、処理速度が速いです。

ECC楕円曲線暗号アルゴリズム：暗号化プロセスは数学の楕円曲線から派生しています。RSAアルゴリズムと比較すると、ECCアルゴリズムはより高速な暗号化および復号速度、およびより高い単位セキュリティ強度を持っています。同じ鍵長であっても、ECCアルゴリズムが最も高いセキュリティを持っています。

結論

暗号化は、ブロックチェーンシステムの運用を支える基本技術の1つです。これは現代のコンピューターセキュリティの不可欠な部分となり、成長する暗号通貨エコシステムの重要な構成要素となっています。暗号化の継続的な発展により、対称キーアルゴリズムと非対称キーアルゴリズムは、将来のコンピューターセキュリティと暗号通貨のセキュリティ検証において、さらなる脅威に対抗する重要な役割を果たすことになります。