エコシステム、導入事例、ケーススタディ

FHEエコシステム概説

完全準同型暗号（Fully Homomorphic Encryption：FHE）は、学術的な理論から、ブロックチェーンのプライバシーインフラにおける新たな分野へと進化を遂げています。現在では、スタートアップ、オープンソースプロジェクト、機関による実証実験がFHEを用いた機密計算を導入しており、産業界で活用が広がっています。ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof：ZKP）が急速に標準化され、Layer-2スケーリングソリューションに採用される一方、FHEは依然として普及初期段階です。しかし、2024年と2025年には大きな転機が訪れ、暗号ライブラリの高度化、専用ハードウェアの試作、稼働中のテストネットの登場により、FHEは研究段階からパブリック・パーミッション型ブロックチェーン上での実験的展開へと移行しました。

FHEエコシステムは大きく、コア暗号技術開発者、ブロックチェーン基盤提供者、アプリケーション開発者の三層で構成されます。コア開発者は、高効率なFHEスキームやライブラリ、コンパイラの設計に注力します。基盤提供者は、これらの暗号技術をEVM（Ethereum Virtual Machine）互換の実行環境に統合したり、暗号計算をネイティブサポートする新しいレイヤーを開発します。アプリケーション開発者は、DeFiやガバナンス、AIなどのユースケースにおいて、分散性を維持しながらエンドユーザーのプライバシーを確保するソリューションの実装に取り組んでいます。

ZamaとFHEVM

Zamaは、ブロックチェーン領域におけるFHEの商用導入をリードする代表的な企業です。格子ベース暗号に精通した暗号専門家によって設立されたZamaは、暗号化データをネイティブに取り扱う修正版Ethereum Virtual Machine「fhEVM」を開発しました。fhEVMは標準EVMのオペコードを拡張し、暗号化された演算やロジックを処理できるため、開発者は従来とほぼ同じワークフローでSolidityによる機密性の高いスマートコントラクトを作成できます。

fhEVMは、TFHEと呼ばれる高速ブートストラップとブール演算に特化したビット単位FHEスキームを採用しています。これにより、スマートコントラクトのロジックに最適化された処理が可能となります。コントラクト状態やトランザクションの入力を暗号化し、残高・ガバナンス投票・健康情報などのセンシティブデータを保護します。この構造は決定性とコンセンサスを維持しつつ、パブリックネットワークに求められるエンドツーエンドの機密性を確保します。

2024年には、ZamaがTFHEスキームを実装したオープンソースRustライブラリ「TFHE-rs」、及びFHE応用開発のための高水準フレームワーク「Concrete」を公開しました。これらは開発者がオンチェーン及びクラウド・ブロックチェーンのハイブリッド環境で暗号化計算を実験するための基盤となっています。加えて、ZamaはHomomorphic Processing Unit（HPU）と呼ばれるハードウェア加速プロトタイプも発表し、ブートストラップ処理のパフォーマンス向上に寄与しています。

Fhenixと機密ロールアップ

Fhenixは、Ethereum上にFHEを統合した機密ロールアップを構築することで、Zamaとは異なる補完的アプローチを採用しています。EVM自体を改修せず、Fhenixはロールアップアーキテクチャを活用し、暗号化計算はオフチェーンで実行、状態コミットメントはEthereumネットワーク上にアンカーする設計です。これによりガスコストを抑えつつ、オンチェーンでは実現困難な複雑な計算処理を可能にします。

Fhenixの構造では、ユーザーが送信する暗号化トランザクションをFHEコプロセッサが処理します。このコプロセッサは暗号化状態更新を生成し、有効性を証明する暗号学的証明と共に定期的にEthereumにポストします。Ethereumがセキュリティと決済レイヤーを担い、FHEが実行過程で平文データを一切公開しないことで、スケーラビリティと機密性の両立を実現しています。

2024年末には、Fhenixがプライベートレンディング市場やシールドビッドオークションなど、機密DeFiアプリケーションのテストネットを公開しました。同社のロードマップは開発者体験に重点を置いており、暗号技術の複雑性を抽象化したSolidity SDKを提供しています。Ethereumの既存ツールチェーンとの直接統合により、新規言語やフレームワークの習得負担なしに暗号化スマートコントラクトの開発が可能です。

ハイブリッドモデルおよび補完技術

ZamaのEVM改良型、Fhenixのロールアップ型という二大アプローチに加え、多くのプロジェクトがFHEと他のプライバシー技術を組み合わせたハイブリッドアーキテクチャの研究を進めています。例えばゼロ知識証明は、基礎データを開示せずFHE計算の正当性を検証し、敵対的環境での追加的セキュリティ保証を実現します。Secure Multi-Party Computation（秘密分散計算）は、鍵管理や共同復号が求められる場面でFHEと組み合わせて利用可能です。

こうしたハイブリッドモデルは、特に企業や行政用途で求められる規制遵守・監査性と機密性との両立に大きなメリットがあります。例えば医療ネットワークでは、FHEを用いて暗号化した患者データをオンチェーン処理しつつ、ゼロ知識証明によりGDPRやHIPAA等の規制適合性を証明できます。金融機関でも、取引ポジションや内部情報を公開せずに支払能力や取引の正当性を証明するため、これらの技術を組み合わせた運用が進んでいます。

実用化事例とパイロットプロジェクト

直近2年で、FHEを活用したブロックチェーン環境での実用的な展開が進みました。データ機密性が特に重視され、従来のプライバシー技術では十分でない業界でパイロットプロジェクトが生まれています。

分散型金融（DeFi）分野では、FHEによるプライベートレンディングプールを構築し、貸し手・借り手が借入額や担保内容を公的台帳に開示せずに取引できるプロトコルが実現されています。これは、DeFiの透明性がフロントランニングや戦略的悪用のリスクにつながるという現行モデルの課題に対応するものです。

ガバナンス領域でもFHEの有用性が実証されています。DAOの機密投票メカニズムでは、暗号化された投票用紙を準同型的に集計し、個々の投票内容を秘匿しつつ、最終結果の検証性を担保します。この方式により、分散型組織における参加の公平性向上と、投票者への威圧的行為防止が促進されます。

医療およびID管理分野では、暗号化スマートコントラクトによる資格認証や医療情報連携が、基礎データ非開示のまま実現可能になっています。プライバシー保護型臨床試験や国際的な患者データ共有といったユースケースに適用され、これらのパイロットは厳格な規制遵守が求められるパーミッション型ブロックチェーン上で運用されることが一般的です。

スケーラビリティ：FHEロールアップと新展開

完全準同型暗号のブロックチェーン応用で最重要課題となるのがスケーラビリティです。TFHEのような先進的なスキームであっても、全ての暗号化計算をオンチェーンで行うのは依然として費用対効果が見合わない場合が多いです。Fhenixが採用するロールアップ設計は、計算負荷の高い処理をオフチェーンで実施し、暗号化済みの結果のみを基盤レイヤーへアンカーすることで、この課題を解決しています。また、検証可能な計算証明を付加することで、FHEのプライバシーとLayer-2テクノロジーのスケーラビリティを融合できます。

最近のモジュラー型実行環境研究では、FHE・ゼロ知識・オプティミスティックロールアップが並存する将来像が想定されています。開発者は、用途に応じてゼロ知識ロールアップで検証性、オプティミスティックロールアップで高スループット、FHEロールアップで機密性を選択可能です。これらレイヤーの相互運用性が進むことで、パブリック・プライベート・セミプライベートを自在に組み合わせた高度な分散型アプリケーションも実現できるでしょう。

標準化と業界連携の進化

2025年には、FHE実装の標準化が重要なトピックとなっています。HomomorphicEncryption.orgおよびNISTのポスト量子暗号イニシアティブが牽引する形で、ホモモルフィック暗号スキーム間の共通API、セキュリティ基準、ベンチマーク指標の策定議論が進行中です。標準化が実現すれば、複数ライブラリやブロックチェーン間の相互運用性が飛躍的に高まり、暗号化スマートコントラクトのプラットフォーム間移行や連携が容易になります。

学術機関、暗号技術系スタートアップ、主要ブロックチェーン財団の連携による共同研究・開発も加速しています。Ethereum FoundationによるFHEVM研究助成や、Cosmos・Polkadotエコシステムとのクロスチェーン実証など、業界横断的なパートナーシップ・資金提供がFHEエコシステム全体の成長を促進しています。こうした協調的取り組みにより、これまでFHE普及の障壁となっていた学習コストや計算負荷を突破し、より広範な導入が期待されます。