IPFS を初期化する際、ipfs init で指定できる署名鍵の暗号アルゴリズムが知りたい。

つまり --algorithm オプションの値が知りたいのです。しかし、ipfs init --help を見ても、デフォルトは ed25519 としか記載されていません。「ipfs init algorithm」とググってみても、「ipfs init で初期化します」程度の記載しかなかったので、自分のググラビリティとして。

TL; DR _{^{（今北産業）}}

指定可能な署名鍵のアルゴリズム:
- rsa, ed25519 の 2 種類（go-ipfs v0.12.2 現在）。
-a rsa/--algorithm rsa の場合のみ -b/--bits オプションで鍵の長さが指定できる。
- -a rsa は 2048 bit がデフォルトなため、RSA を指定する場合は 4096 bit を指定した方が良いのですが、速度が犠牲になります。
速度・強度の面で、無指定（デフォルト）の ed25519 で十分。
- ed25519 は、RSA のキーの長さが 3000 bit の強度と同等です。

TS; DR

IPFS の初期化で作成される秘密鍵・公開鍵を RSA の 4096 ビットで作成する例。

$ ipfs init -a rsa -b 4096
generating 4096-bit RSA keypair...done
peer identity: Qmd68mqs6RBm3T5MmEBehsfUSsT3VcpDCb456bbfKSHRg7
initializing IPFS node at /Users/admin/.ipfs
to get started, enter:

	ipfs cat /ipfs/QmQPeNsJPyVWPFDVHb77w8G42Fvo15z4bG2X8D2GhfbSXc/readme

ipfs init ... 時に指定するアルゴリズム名は、基本的に「データの署名」に使われます。ピア同士の通信で、データそのものを暗号化するために使われるわけではありません。

作成された公開鍵・秘密鍵のペアは、公開鍵が「ピアの識別 ID」（peer ID）として使われ、秘密鍵が「ピアの署名用」として使われます。

具体的には、ipfs name publish ... すると、自身のリポジトリに add されているファイルを署名し IPFS ネットワークに通知します。他のピアは、この署名を持ってどのピアが該当 CID を持っているか判断できます。ipfs add しただけでは、離れているピアからコンテンツが見つからないのは、署名して通知していないためです。

そのため、ipfs init には「署名」に特化した Ed25519 暗号を使うのがベストです。そして、特定のピアとだけシェアしたいデータは、別途 RSA 鍵で暗号化したファイルを IPFS を通してシェアするのが妥当です。

2022 年現在、RSA の 4096 bit であれば十分強固であるものの、RSA 暗号方式は 40 年選手であるため、10 年選手である EdDSA アルゴリズムの Ed25519 を使った署名の方がベターです。しかし、相手も Ed448 のアルゴリズムが使える場合は、Ed448 がベストでしょう。とは言え、いずれを使う場合でも、近い将来スタンダードが変わることが決まっていることに留意します。

ed25519 による署名は速く、強固なのですが、署名鍵作成時の内部のハッシュ関数に 20 年選手である SHA-2 の SHA512 を利用しています。SHA-1 および SHA-2 のベースとなるマークル・ダンガード構造の突破方法は 17 年前に論文で発表されているからです。これに耐性のある SHA-3 を内部のハッシュ関数に使っているのが Ed448 で、Ed25519 と同じ EdDSA に属します。とは言え、Ed448 は Ed25519 より強いとされるものの、実験的要素もあることから、事実上 Ed25519 の方がデファクト・スタンダードとなっています。 IPFS でも Ed448 は実装されていません。

留意すべき点は、RSA、Ed25519、Ed448 のいずれであっても、来たる量子コンピューターの素因数分解能力で崩れることが分かっているため、近い将来、別の~~暗号アルゴリズム~~署名アルゴリズムに変わることがほぼ決まっていることです。逆に言えば、その時が来たら Ed448 も変わるため、汎用性・速度・強度を加味すると Ed25519 が落とし所です。（2022年5月現在）

【2022/07/28 追記】現在 NIST が行っている、対量子コンピューターのアルゴリズム合戦 "Post-Quantum Cryptography" の 3 ラウンド目で、電子署名アルゴリズム部門のファイナリストに残った 3 つのうちの 1 つ CRYSTALS-DILITHIUM も内部で SHA3 を使っていました。2024 年に結果が発表されるらしいので、ed25519 に続く新たなスタンダードが近いうちに決まりそうです。見逃せない！

参考文献:
- IPFSのソースコード: github.com/ipfs/go-ipfs/config/init.go#L198-L227 | Commit ID d18f1f7 @ GitHub
- Ed25519 | SSH 鍵 @ archlinux.jp