準同型暗号 (Homomorphic Encryption) とは？データを秘密にしたまま計算する魔法の技術を徹底解説

準同型暗号（Homomorphic Encryption）は、データを暗号化したままで計算ができる画期的な暗号技術です。この記事では、準同型暗号がどのようにしてプライバシーを守りながらクラウドでのデータ活用を可能にするのか、その仕組みと応用例を分かりやすく解説します。

データ化する世界で増える「秘密にしたい情報」

私たちの周りには、たくさんの「データ」が溢れています。インターネットで買い物をする情報、スマートフォンの位置情報、健康に関する記録、会社の重要な書類…これらはすべてデータです。そして、これらのデータの中には、「他の人には絶対知られたくない秘密の情報」がたくさん含まれています。

たとえば、私たちの健康データは、病気の診断や治療の改善に役立つかもしれません。しかし、もしそのデータが簡単に他人に知られてしまったら、私たちのプライバシーは守られません。

だからこそ、私たちはデータを安全に守るために「暗号化（あんごうか）」という方法を使います。暗号化は、元のデータをバラバラにして、意味のわからない「暗号」に変えてしまうことです。まるで、大切な手紙を誰も読めない秘密の文字で書くようなものです。

暗号化されたデータが抱える「ジレンマ」

データを暗号化すれば、安心だと思えますよね。しかし、ここで一つの「ジレンマ」が生まれます。

例を挙げてみましょう。ある会社が、お客様から集めたたくさんのアンケートデータを使って、新しい商品の開発に役立てたいと考えています。このアンケートデータには、お客様の年齢や住んでいる場所、好きなものなど、大切な個人情報が含まれているため、厳重に暗号化されています。

この暗号化されたアンケートデータを、会社は「クラウド」と呼ばれるインターネット上の倉庫に預けて、専門のコンピューターに分析してもらいたいとします。クラウドは、たくさんの計算を高速で行うことができる便利なサービスです。

しかし、ここで問題が発生します。暗号化されたデータは、そのままでは計算ができないのです。もし、あなたが秘密の文字で書かれた手紙を読まずに、その内容を要約したり、足し算をしたりできますか？できませんよね。コンピューターも同じで、暗号化されたデータは、意味のわからないバラバラの文字なので、足したり引いたり、平均を出したりといった計算ができないのです。

そのため、クラウドで計算をするためには、一度データを「復号（ふくごう）」、つまり元の秘密ではない状態に戻してから計算し、計算が終わったらまた暗号化して戻す、という手間がかかってしまいます。この「復号」の瞬間に、データが第三者（クラウドの管理者など）に見られてしまうリスクが生まれるのです。これが、データ活用の大きなジレンマでした。

魔法の技術「準同型暗号」の登場

このジレンマを解決する、まるで「魔法」のような技術が「準同型暗号（じゅんどうけいあんごう）」、英語では「Homomorphic Encryption（ホモモーフィック・エンクリプション）」です。

準同型暗号は、「データを暗号化したまま、計算ができる」という、これまでの常識を覆す画期的な技術です。

先ほどのアンケートの例で考えてみましょう。準同型暗号を使えば、暗号化されたお客様のアンケートデータを、一度も復号することなく、クラウド上で直接「年齢の平均を出す」「特定のキーワードの出現回数を数える」といった計算ができるようになります。計算された結果も、暗号化されたまま返ってくるので、会社はそれを受け取ってから、安全な場所で復号して確認すればよいのです。

これによって、お客様のデータがクラウドの管理者に知られることなく、安全に分析や活用ができるようになります。まるで、箱の中に入ったおもちゃ（暗号化されたデータ）を、箱を開けずに外から操作して、別の形のおもちゃ（計算結果）に変えることができるようなものです。そして、その形を変えたおもちゃも、箱の中に入ったまま（暗号化されたまま）なのです。

準同型暗号の「種類」

準同型暗号には、できる計算の種類によっていくつか段階があります。

1. 部分的準同型暗号（Partially Homomorphic Encryption）

   • 特定の種類の計算（例えば、足し算だけ、あるいは掛け算だけ）なら、暗号化したまま何度でもできるものです。
   • これは比較的早くから実用化されていました。

2. ある程度準同型暗号（Somewhat Homomorphic Encryption）

   • 足し算と掛け算の両方を、暗号化したまま行うことができます。ただし、できる回数には制限があります。計算を繰り返すほど、暗号が複雑になりすぎてしまうためです。
   • それでも、多くの実用的な計算には十分な能力を持っています。

3. 完全準同型暗号（Fully Homomorphic Encryption: FHE）

   • 足し算も掛け算も、何回でも、暗号化したままできる、まさに究極の準同型暗号です。
   • これは長い間、夢の技術とされていましたが、ここ数年で少しずつ現実的な速度で動くようになってきました。非常に複雑な数学の技術が使われており、計算の効率を高めるための研究が今も盛んに行われています。

準同型暗号が変える未来

準同型暗号は、プライバシーとデータ活用のジレンマを解決する鍵として、様々な分野での応用が期待されています。

1. クラウドコンピューティングの安全性向上：

   • 企業や個人がクラウドサービスを利用する際に、機密データの内容をクラウド提供者にも知られることなく、安心して計算や分析を依頼できるようになります。医療データ、金融データ、顧客情報など、特にプライバシーが重要なデータのクラウド利用が加速するでしょう。

2. 医療・健康データの活用：

   • 個人の健康データを暗号化したまま、他のたくさんの人のデータと合わせて分析することで、新しい病気の治療法を発見したり、個々人に最適な予防策を提案したりすることが可能になります。これにより、医療の質を向上させながら、個人のプライバシーを保護できます。

3. 機械学習・AIの進化：

   • AIの学習には、大量のデータが必要です。準同型暗号を使えば、暗号化された個人データや企業秘密のデータを外部のAIサービスに提供し、それを学習させることができます。AIが学習する際も、データの内容はAIの提供者には見えないため、プライバシーを守りながらAIの精度を高めることが可能です。

4. プライバシー保護型検索・分析：

   • 例えば、自分が検索したい情報が何かを相手に知られることなく、インターネット上のデータベースを検索したり、統計データを取得したりすることが可能になります。

5. ブロックチェーン技術との融合：

   • ブロックチェーンはデータの透明性が特徴ですが、準同型暗号と組み合わせることで、データのプライバシーを保ちつつ、ブロックチェーンの改ざんされないというメリットを活かせるようになるかもしれません。

まだ課題もあるけれど、期待は大きい

準同型暗号は、非常に強力な技術ですが、まだいくつかの課題もあります。

• 計算速度：暗号化したまま計算を行うため、通常の計算に比べて非常に時間がかかります。現在の技術では、複雑な計算を大量に行うには、まだ時間がかかりすぎる場合があります。
• データの大きさ：暗号化されたデータが、元のデータよりもはるかに大きくなることがあります。

しかし、これらの課題を解決するための研究が世界中で活発に進められています。技術は日進月歩で進化しており、より高速に、より効率的に準同型暗号を使えるようにするための工夫が日々生まれています。

準同型暗号は、私たちが当たり前のようにデータを使う未来において、プライバシーを守りながら、データの力を最大限に引き出すための、非常に重要な「縁の下の力持ち」となるでしょう。この魔法のような技術が、私たちのデジタル社会をより安全で豊かなものに変えていく日が、そう遠くないかもしれません。