Qデーに備える：物理学に基づくデータ暗号化技術 今日のハイパーネットワーク化された世界では、オンラインショッピング、デジタル契約書作成、銀行取引、フィットネストラッカーの使用など、日常生活のさまざまな場面で暗号化通信に依存している。しかし、サイバー犯罪者がますます洗練され、クラウドサービスやサードパーティ製プラットフォームとの連携によって脆弱性が増している現代の暗号化技術は、大きな圧力を受けている。JPモルガンは1日に450億回ものハッキング試みを排斥していると報告している。 最大の脅威は「Y2Q」または「Qデー」である。これは量子コンピュータが多くの現行の暗号化方法を無効化する日を指す。量子コンピュータは粒子の同時存在（量子重ね合わせ）や距離的な接続性（エンタングルメント）といった特殊な性質を利用し、多数の可能性同時に探索できるため、計算が大幅に高速化される。具体的には、現在世界最速のスーパーコンピュータが何千年もかかるRSA-2048の暗号解読を、1日で達成できる可能性がある。これはインターネットのセキュリティ基盤となるアルゴリズムであり、その破壊は社会の安定まで危険に晒すことになると言える。 さらに、Qデーが远くない未来に訪れるまでの間、「現在収集して将来解読する」攻撃が増加しているという問題もある。サイバー犯罪者は今すぐにデータを収集し、量子技術が成熟したらそれを解読する戦略をとっている。 この挑戦に対処するために、ボストン大学主導の多分野研究チームが、物理學に基づく新しいデータセキュリティとプライバシー保護のアプローチを開発している。この手法は、暗号化ツールの基礎を完全に再考し、迅速に進行するサイバー脅威に耐えうる堅牢かつスケーラブルな方法を提供すると期待されている。 暗号化されたデータ上での処理 約50年前に開発された現代の暗号化方法では、計算ニーズの急激な変化に対応できていない。これらのシステムは主にデータ転送中や保存中に保護するため、使用中のデータは露出したままになる。これによりAIトレーニングモデルなどのデータ量が大量で機密性の高いアプリケーションで問題が生じている。 現行の方法では、訓練中にデータを解読することが必要となるため、露出のリスクが高まるか、あるいは処理速度が遅くなり大規模な実践に適さないプライバシー保護テクニックが用いられる傾向がある。ボストン大学主導のNSFプロジェクトは、これらを克服する新たな手法として「暗号化オペレータコンピューティング（EOC）」を提案している。物理學、コンピュータサイエンス、数学の融合から生まれたEOCは、暗号化されたデータ上で直接計算を行うことができる。 「EOCのアプローチは、完全準同型暗号化（FHE）といった最新の暗号技術の代替品として考えられている。FHEは非常にエレガントな技法だが、大規模な実践問題に適用するには難しさがあった」と、ボストン大学CAS物理学教授のクロディオ・チャモンは説明する。EOCは、機密データを操作し洞察を得るのに、生の情報を第三者に露出させることなく利用できる。 物理学に基づくオプティミゼーション 研究チームは、計算の複雑さを熱力学的な量として扱うことで、情報の複雑さを増やし隠すことを目指している。「私たちのフレームワークでは、計算は論理素子やゲートのシーケンスとして表現される。これは入力データに対する基本的な操作で、順次適用することで所望の計算を実現する」と、主要研究者のアンドレイ・ルクステンスタイン教授は述べている。 論文では、計算回路の機能と複雑さについて詳しく議論されており、ゲートの無秩序化によって情報を高速且つ徹底的に隠蔽できるようにする動的過程を提案している。これにより、プログラムの逆エンジニアリングを不可能にすることが目標である。 「プログラムの難読化は、データの保護、加工、およびそのさまざまな用途で非常に強力で-versatileな概念であり、現時点で実用的な汎用的なプログラム難読化手段はありません。この興奮するプロジェクトは、プログラム難読化を現実に近づける可能性があります」と、ボストン大学CASコンピュータサイエンス教授のラン・カネティは言う。 異分野連携による革新的な研究 このプロジェクトでは、異分野間の連携によって、これらの暗号技術の概念を実践的なツールに転換する。研究チームは物理学からの情報の捉え方、先進的な暗号技術、純粋数学を統合し、性能を向上させ、安全でプライバシー保護されたコンピューティングを広く実用的に利用可能にする特別製硬件を開発する。 「様々な専門知識を結びつけることで、複数の角度から問題に取り組むことが可能になります。これは熱の拡散を理解するように、計算過程の情報を隠蔽することでも適用できる」と、フロリダ中央大学の物理学教授のエドゥアルド・R・ミュシオロは説明する。コーネル大学の数学教授、ティモシー・ライリーもこの跨学科協力を「稀有で貴重な機会」と称賛し、それぞれの専門領域の言語や視点を共有することで新しい発見が生まれていると述べている。 ボストン大学ハリリ研究所の所長でもある工学部のYannis Paschalidis教授は、「デジタルインフラの増大に伴い、経済、プライバシー、国家安全保障などを守るためのより強いセキュリティが必要になっています。これらの複雑な課題を解決するには、分野の壁を打ち破る必要があります。この研究は、異分野連携の有効性を示し、真の技術革新を促進しています」と述べている。 業界関連者のコメント ティモシー・ライリー教授は、「異なる専門分野が協力することは、研究者の言葉や視点を理解し、共有することの重要性を強調しており、このような跨学科の協力は非常に稀有で貴重な機会です」と述べている。また、ボストン大学ハリリ研究所のYannis Paschalidis教授は、「異分野連携は、現実世界への影響を最大化し、新しい技術的境界を切り開く鍵となります」と話している。