量子時代に向けたブロックチェーンの再構築

ブロックチェーンネットワークは、当初はごく単純に見える考え方に基づいて設計されました。すなわち、台帳を多数のコンピュータに分散させ、記録を暗号的にリンクし、無許可の変更を事実上不可能にすることです。この基盤がBitcoinを可能にしました。 (BTC ) 可能にしましたが、開発者が現在想像するすべての支払い、金融アプリケーション、デジタルアイデンティティ、エンタープライズワークフローをサポートするようには設計されていませんでした。

ICT Express¹ に最近受理された研究では、ブロックチェーンアーキテクチャがどのように変化しているかを検証しています。830 件の文献をスクリーニングした結果、研究者は暗号プリミティブ、コンセンサスメカニズム、スケーリングシステム、プライバシー技術、そして新興のセキュリティリスクをカバーする125 本の論文を選定しました。

得られた全体像は、単にブロックチェーンが高速化したというものではありません。業界は、トランザクションを処理し、結果を検証し、プライバシーを保護し、変化する脅威から記録を守ることができる専門的なコンポーネントへと、モノリシック設計を徐々に置き換えつつあります。この転換は、ブロックチェーンが専門的な金融技術として留まるか、はるかに広範なデジタル経済のための耐久性インフラとなるかを左右する可能性があります。

なぜ第一世代ブロックチェーンは構造的限界に直面するのか

従来のブロックチェーンは、一般に多数のノードに同じ作業を繰り返させます。この冗長性によりネットワークの操作が困難になる一方で、スループットが制限され、計算リソースの要求が高まります。活動が増加すると、ユーザーは手数料の上昇、決済時間の延長、限られたブロック容量を巡る競争に直面することがあります。

これにより、よく知られたブロックチェーンの三難問題が生じます。セキュリティや分散性を実質的に弱めることなくスケーラビリティを向上させることです。どのアーキテクチャもこのトレードオフを完全に解消することはできません。その代わりに、最新のシステムは責任を分割し、各コンポーネントが特定のタスクに最適化できるようにしています。

これは、Ethereum スケーリングのためのレイヤー2プロトコルの拡大にすでに見られます。 (ETH )ベースブロックチェーンにすべてのアクションを強制するのではなく、レイヤー2システムは活動を別個に処理し、圧縮データまたは暗号証明を基盤ネットワークに送信します。

本稿は、次のアーキテクチャ段階を形作るいくつかの技術を特定しています：

• レイヤー2ロールアップとステートチャネル
• モジュラーブロックチェーンとシャーディング
• 並列トランザクション実行
• ゼロ知識証明
• ポスト量子暗号システム

これらの開発はしばしば個別に議論されますが、同じ転換の一部として捉えると、より大きな重要性が明らかになります。ブロックチェーンは、すべてを担うネットワークから、相互運用可能なセキュリティ、実行、決済、データ可用性レイヤーで構成されたシステムへと移行しています。

レイヤー2ネットワークは作業をベースチェーンから分離する

レイヤー2ネットワークは、基盤ブロックチェーンがすべてのトランザクションを直接処理することなく、容量を向上させます。ロールアップは複数のトランザクションをまとめ、ベースレイヤーから離れて実行し、結果の情報または証明を再びベースに公開します。ステートチャネルは参加者が署名された更新をプライベートに交換でき、メインブロックチェーンは主にチャネルの開設や閉鎖に使用されます。

これにより、ベースネットワークのセキュリティとの接続を保ちつつ、混雑と手数料を削減できます。また、新たな依存関係も生じます。ユーザーはシーケンサーの信頼性、ブリッジのセキュリティ、証明システム、アップグレード制御、そして第2層での活動が最終的に基盤ネットワークに利益をもたらすかどうかを検討する必要があります。

この変化は、実行、決済、シーケンシング、データ可用性といった機能を分離する OP Stack に見られます。最近の Securities.io へのインタビューで、Optimism の創業者である Jinglan Wang は、このモジュラーブロックチェーンインフラストラクチャが、個々のコンポーネントをネットワーク全体を再構築することなく構成またはアップグレードできると説明しました。

これは単なる技術的改善にとどまりません。標準化されたインフラストラクチャにより、企業はすべてのコンポーネントを無関係なベンダーから組み立てることなく、アプリケーション固有のチェーンを展開できるようになる可能性があります。ブロックチェーン開発は、組織がパフォーマンス、セキュリティ、規制要件に応じてサービスを選択し、全スタックを自ら構築するのではなく、クラウドコンピューティングに似た形態へと変わり始めるでしょう。

モジュラーブロックチェーンはアーキテクチャをマーケットプレイスに変える

モノリシックブロックチェーンは、実行、コンセンサス、決済、データ可用性を単一システム内に統合します。モジュラーブロックチェーンは、これらの機能の一部または全部を分離します。あるレイヤーはスマートコントラクトを実行し、別のレイヤーはトランザクションデータを提供し、さらに別のレイヤーが最終決済を行うことができます。

この分割により、各レイヤーがより狭い作業負荷に特化して設計されるため、効率が向上します。シャーディングは、ネットワークの処理とストレージを並行して動作する小規模なグループに分割するという関連原理に従います。並列実行エンジンは、同時に処理可能な独立したトランザクションを特定することで、さらに一歩進んだ最適化を実現します。

本稿では、主要なアーキテクチャ的アプローチを以下のように比較しています。

モジュラリティは独自のリスクを伴います。取引を完了するために複数のレイヤーが必要な場合、システム全体の信頼性はそれらの相互作用に依存します。データ可用性、ブリッジ、シーケンス、または証明検証のいずれかが失敗すれば、本来安全なアプリケーションでも脆弱になる可能性があります。したがって、投資家は理論上の取引速度が高いからといって、ネットワークが自動的に強固になると想定すべきではありません。

ゼロ知識証明がプライバシーとスケーラビリティを結びつける

ゼロ知識証明は、ある当事者が根底にある情報を開示せずに、主張が正当であることを示すことを可能にします。ユーザーは、取引がネットワーク規則に従っていることや、十分な資金があることを、個々のアカウント詳細を明らかにせずに証明できる場合があります。

ブロックチェーンシステムにおいて、この機能は同時に二つの課題に対処します。機密情報を保護しつつ、多数のオフチェーン取引をコンパクトな証明で表現できるのです。zk‑SNARK や zk‑STARK は最もよく知られた実装の一例ですが、証明の生成には膨大な計算リソースと慎重な暗号工学が必要となります。

この影響は暗号通貨のプライバシーに留まらず、企業が顧客情報、医療情報、商業情報といった機密データを単に改ざん耐性があるというだけで公開台帳に記録できないことを示しています。プライバシーを保護した検証により、組織はコンプライアンス、身元、所有権、取引の有効性を、結論に至るために使用したデータを公開せずに証明できる可能性があります。

このため、ゼロ知識技術は公開検証と組織的機密性をつなぐ潜在的な橋渡しとなり得ます。重要な指標は、ネットワークが掲げる取引件数だけではありません。証明生成コスト、検証時間、相互運用性、実装のセキュリティが、どのシステムが実用的な導入を支えるかを判断する要因となります。

量子コンピューティングが暗号の有効期限リスクをもたらす

ブロックチェーンの記録は永続的ですが、それらを保護する暗号アルゴリズムが永遠に安全である保証はありません。多くのネットワークは所有権の確立や取引の承認に楕円曲線デジタル署名を使用しています。十分に高性能な量子コンピュータが実現すれば、これらの署名の基礎となる数学的前提を脅かす可能性があります。

これは、量子コンピュータが現在すぐにブロックチェーン資産を大規模に奪取できるという意味ではありません。むしろ、そのような能力が実現する前に、ネットワークが信頼できる移行経路を確保する必要があることを示しています。新しいアルゴリズムが導入された後でも、旧アドレス、公開鍵、スマートコントラクト、永続的に記録された取引が長期間にわたり露出し続ける可能性があるため、ブロックチェーンにとってこの課題は特に困難です。

この移行は、従来のサイバーセキュリティ分野ですでに理論を超えて進んでいます。米国標準技術研究所（NIST）は、初期のポスト量子標準を確定し、HQC をバックアップ暗号化アルゴリズムとしてを選択しました。ブロックチェーン開発者は、ネットワークを分断したり、ユーザーを資産から締め出したり、既存ソフトウェアを無効化したりせずにアルゴリズムを置換できる暗号アジリティを今や検討しなければなりません。

本稿では、格子基盤、ハッシュ基盤、コード基盤などのポスト量子アプローチについて論じています。各手法は署名サイズ、計算負荷、ストレージ、互換性といったトレードオフを伴います。そのため、最適な戦略は直ちに全体的な移行を行うことではないかもしれません。ネットワークはまず露出したアカウントを特定し、オプションの量子耐性アドレスを導入し、古い署名が脆弱になる前に資産を安全に転送する仕組みを構築することが考えられます。

実際の競争はチェーンからスタックへと移行している

本稿の最も重要な示唆は、ブロックチェーンを単に秒間取引数だけで比較することの有用性が低下しているという点です。パフォーマンスは、実行層、シーケンサー、証明生成器、データ可用性サービス、ブリッジ、決済ネットワーク、暗号鍵システムなど、全体のスタックにますます依存するようになっています。

このことは、投資家がセクターを評価する方法を変えます。ネットワークはトークンに永続的な価値を生み出さずに活動を呼び込むことができます。より高速なレイヤーは、決済のために別のネットワークに経済的に依存する可能性があります。モジュラーシステムは柔軟性を獲得する一方で、ガバナンスや相互運用性のリスクを伴います。ウォレット、ブリッジ、バリデータ、あるいはレガシーアドレスが脆弱な暗号技術を使い続ける限り、量子耐性の主張も不完全なものとなります。

最も強力なプラットフォームは、技術的な性能と信頼できるガバナンス、安全な移行、開発者向けツール、そして規制要件との適合性を組み合わせたものになると考えられます。アーキテクチャは製品化されつつありますが、運用上の信頼性がその製品を実験段階から重要なインフラへと昇格させるかどうかを左右します。

次世代ブロックチェーンインフラへの投資

モジュラーブロックチェーン設計と量子耐性セキュリティの融合は、デジタル資産からエンタープライズ技術への自然な移行をもたらします。上場市場でのエクスポージャーを求める投資家は IBM を検討できるでしょう。ただし、IBM はブロックチェーン専業企業ではなく、幅広いテクノロジー企業として捉えるべきです。

IBM のブロックチェーン事業は、モジュラーコンポーネント、アイデンティティ制御、プライベートチャネル、設定可能なコンセンサスを備えたエンタープライズ向け許可型フレームワークである Hyperledger Fabric を中心に構築されています。これらの特性は、実装においてはスケーラビリティ、プライバシー、相互運用性、ガバナンス、セキュリティのバランスを取るべきであり、単一指標の最大化ではないという本稿の主張と合致します。

同社は量子コンピューティングシステムの開発と同時に、企業が既存インフラを量子耐性暗号に備える支援も行っています。IBM の ポスト量子セキュリティと暗号の機敏性 に関する取り組みは、本研究で論じられた機会と脅威の両方に関係しています。

投資家にとっての論点は、ブロックチェーンが単独で IBM の収益の主要源になるということではありません。より説得力のある主張は、分散型台帳、デジタル資産、量子耐性システムを採用する企業は、統合、ハイブリッドクラウドインフラ、サイバーセキュリティの専門知識、長期的な技術サポートを必要とするという点です。IBM はこの広範なモダナイゼーションプロセス全体に位置付けられています。

ブロックチェーンの次世代は耐久性で測られる

ブロックチェーンの根本的な革新は、単一の中央オペレーターに依存せずに共有台帳を維持できる点にありました。次の課題は、そのモデルを高速、プライベート、相互運用可能、経済的に持続可能、そしてまだ実用化されていない脅威に対しても安全にすることです。

レイヤー2ネットワーク、モジュラーコンポーネント、シャーディング、並列実行、ゼロ知識証明は、答えのさまざまな要素を提供します。ポスト量子暗号は長期的な要件を加えます。ネットワークは継続性やユーザー所有権を損なうことなく、セキュリティ基盤を変更できなければなりません。

結果として、すべての競合を打ち負かす単一のブロックチェーンが誕生するとは限りません。むしろ、共有標準と暗号証明で結ばれた専門レイヤーのエコシステムが形成される可能性が高いです。そのような環境では、最も価値あるインフラは、今日最大の取引数を処理するチェーンそのものではなく、ブロックチェーンが安全に進化できるようにする技術となるでしょう。

参考文献：

¹ Khan, J., Khan, G. A., Alam, I., Khan, M. R., Sharma, S., Hussain, T., Khan, M. A., Prasuna, P. M., & Alghamdi, A. A. (2026). 次世代ブロックチェーンアーキテクチャ：暗号通貨主導のイノベーションに関する詳細研究. ICT Express. https://doi.org/10.1016/j.icte.2026.09.006