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ビットコイン取引の秘密を守る!公開鍵暗号方式の仕組みを解説!

仮想通貨のトランザクションに限らず、インターネットでの通信は常に不正に攻撃されるリスクをはらんでいます。そこで通信の安全を守るために用いられているのがセキュア通信であり、その方法のひとつが暗号方式です。今回はトランザクションを含めて広く使われる公開鍵暗号方式について紹介します。

フロック博士

今回は公開鍵暗号方式の仕組みを紹介するぞ。セキュア通信の方式として広く採用されるもので、ビットコインのトランザクションにおいても公開鍵暗号方式を用いて取引の秘密を守っているんじゃ

タカシ

送りたいデータを暗号にして、読めないようにしないとデータを不正に利用されてしまうかもしれないんだよね

フロック博士

そうなのじゃ。暗号を使って鍵をかけ、受け取る側も鍵を使ってそれを解除して元のデータにする。それが暗号方式の基本で、公開鍵暗号方式では2種類の鍵を使うのが特徴じゃ。ではまず公開鍵暗号方式の基本について見ていこう

公開鍵暗号方式とは何か?

公開鍵暗号方式はPKI方式(Public-Key Infrastructure)と呼ばれる暗号方式です。1976年にウィットフィールド・デフィーとマーティン・ヘルマンという2人の暗号研究家によって論文が書かれました。

インターネット通信と言うと最先端のもので、1976年に考案された方式は古くさいのではないかと思うかもしれません。しかし考案後30年経った今でも、セキュア通信はもちろんビットコインなどのトランザクションにおいても用いられる、第一線の暗号方式です。

公開鍵暗号方式は「公開鍵」と「秘密鍵」という、2種類の鍵を使うのが特徴です。

AさんからBさんへデータを送るとき、AさんはBさんの公開鍵を使ってデータを暗号化して、Bさんへ送ります。Bさんは送られたデータを秘密鍵を使って復号して元のデータを受け取る、というのが基本になります。

暗号方式では鍵を使ってデータを暗号化しますが、この鍵自体もデータのひとつです。そのためひとつの鍵で暗号化も復号もできるとなると、鍵が流出したときのリスクがとても大きくなってしまいます。

公開鍵暗号方式では公開鍵では暗号化はできても復号はできません。秘密鍵が流出しない限りその内容が秘匿されるため、安全性が向上します。

この公開鍵と暗号鍵の関係は、南京錠とその鍵であったり、預金通帳と暗証番号のような関係だと考えると理解がしやすいでしょう。

南京錠を使って鍵をかけ、それを誰かに渡したとしても、南京錠をコピーするだけでは当然鍵は開きません。しかしペアとなる鍵を使うことで中身を見ることができるようになります。

同様に公開鍵と秘密鍵はいわばペアの関係、対の関係にあるのです。

またこのとき、公開鍵と秘密鍵はまったく無関係というわけにもいきません。公開鍵は秘密鍵にRSA暗号や楕円曲線暗号などといったアルゴリズムを用いて作成しています。

ビットコインにおける公開鍵暗号方式

公開鍵暗号方式は、仮想通貨を用いた取引、すなわちトランザクションの処理にも広く用いられています。

ビットコインで取引をするとき(トランザクションの生成)、送信者は自分の秘密鍵を使ってアウトプットに記録されたUTXOをアンロックすることで、送信するためのトランザクションインプットにします。

それから秘密鍵を使って電子署名を行い、暗号化されたデータと電子署名を送ります。送信を受け取った人は公開鍵を使って署名を検証し、クリアすれば送金プロセスが完了します。

そしてビットコインのネットワークを形成するノードは送信者の公開鍵を使って復号を試み、成功すればこの取引を承認できます。

ビットコインの公開鍵暗号方式では秘密鍵と公開鍵、そしてビットコインを送るときに必要な「ビットコインアドレス」は元を正せば同一のものです。

公開鍵は秘密鍵に楕円曲線暗号を用いて生成します。そして公開鍵に2度ハッシュ関数をかけ、更にBase58というフォーマットを利用してエンコードすることでビットコインアドレスを生成します。

ビットコインアドレスや公開鍵は隠されることなく公開されます。ですがこのように複雑に暗号化されているためにプロセスをさかのぼって、ビットコインアドレスから秘密鍵を算出される心配はありません。

公開鍵暗号方式のリスクとその対策

さて、公開鍵暗号方式は「南京錠と鍵」、「通帳と印鑑」のようにペアの関係にある秘密鍵と公開鍵を使うことで、1つの鍵しか使わない方式と比べて格段にセキュリティ面を強化した暗号方式です。

ですが実際に取引をするときなどは更に電子署名で元のデータの改ざんを検知します。この仕組みではデータと同じ秘密鍵で暗号化した電子署名を送り、受け取った人が復号します。

データが改ざんされていると復号した際のハッシュ値は一致しません。秘密鍵がなければそもそも暗号化もできないため、改ざんが分かるということになります。

また公開鍵暗号方式では「なりすまし」が重大なリスクです。例えばAさんがBさんへデータを送るとき、公開鍵暗号方式によってAさんはBさんの公開鍵を用いて暗号化します。

しかしもしここで第三者であるCさんがBさんになりすましていたら、AさんはBさんに送っていると思い込んでしまいます。

Cさんは自身の秘密鍵で本来Bさんに当てられたデータを自由に盗み見し、その後、本当のBさんの公開鍵
で暗号化してBさんへ送れば、Bさんが気付くことはありません。

こうした盗み見を「第三者による盗聴」(Man in the middle攻撃)と言います。

なりすましを防ぐには、Bさんが自分の公開鍵が自分のものであると証明することが大切です。実際の印鑑でも用いられる印鑑証明に当たります。

この公開鍵の証明を行い、電子証明書の発行を行う第三者機関が「認証局(CA: Certificate Authority)」です。Bさんは自分の公開鍵を認証局へ届け出ることで電子証明書が発行され、Cさんによるなりすましを防ぐことができます。

メジャーな認証局としては「ベリサイン」や「シマンテック」、中国のような国家では国そのものが認証局である場合もあります。また認証に費用のかからない、フリー認証局もあります。と言っても、やはりメジャーなところのほうが信用は高いと言われます。

公開鍵暗号方式を採用する通信プロトコルとしては「SSL/TLS通信」(Secure Socket Layer/Transport Layer Security)が代表的です。SSL通信を採用する認証局に認証を受けさえすればなりすまし対策ができるということです。

例えばYahoo!などの有名どころはみな電子証明書が発行されています。httpsとURLに付くようなウェブサイトはほとんどがそうです。当然、ブロックチェーンも例外ではありません。

OSやブラウザには世界中の認証局が公開鍵などが記録されており、ウェブサイトを訪れたときに公開鍵を確認してから通信を開始します。

手持ちのブラウザでも確認ができるはずなので、一度見てみるといいでしょう。

 

フロック博士

公開鍵暗号方式については理解できたかの?

タカシ

1つの鍵を使うよりも、公開鍵暗号方式を使って公開鍵と秘密鍵の2つの鍵で暗号化・復号化をしたほうがセキュリティ面では安心なんだね

フロック博士

その通り。公開鍵暗号方式はセキュリティ面で充分な強度を持つ暗号方式じゃ。その分、暗号化・復号化に少々時間がかかってしまうがの。ただオープンなネットワークではセキュアな通信が求められるシーンでは広く用いられておる

タカシ

そのひとつがブロックチェーンなんだね

フロック博士

身近なブラウザなどにも使われておるから、一度確認してみるといいぞい

まとめ

今回はブロックチェーンを始め、今日のインターネット通信で広く採用される公開鍵暗号方式について紹介しました。公開鍵と暗号鍵を使うこの方式はひとつしか鍵を使わない方式と比べて格段にセキュリティ面が向上しています。認証局によるなりすましの対策も万全です。30年以上も前に考案されたものですが、最先端技術であるブロックチェーンにも応用されるなど、非常に優れた仕組みであると言うことができるでしょう。


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竹中 平蔵

東洋大学国際学部教授/慶應義塾大学名誉教授

一橋大学経済学部卒業後、73年日本開発 銀行入行、81年に退職後、ハーバード大学 客員准教授、慶應義塾大学総合政策学部教授などを務める。ほか公益社団法人日本経済研究センター研究顧問、アカデミーヒルズ理事長、(株)パソナグループ取締役会長、オリックス(株)社外取締役、SBIホールディングス(株)社外取締役などを兼職。博士(経済学)。

岩倉正和

一橋大学大学院法学研究科(ビジネスロー専攻)教授

東京大学法学部卒業後、93年ハーバード・ロースクール卒業(LL.M.)、94年NY州弁護士資格取得。2007年及び2013年にハーバード・ロースクール客員教授に就任。一橋大学大学院国際企業戦略研究科教授を経て、2018年より現職。M&A法、金融規制法、知的財産法、IT法、フィンテック法を含むビジネス法が専門。

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