BLAKE2とは何か？概要・設計・主要バリエーションと実務での使い分けガイド
エバープレイ編集部BLAKE2 とは — 概要
BLAKE2 は高速で安全な汎用ハッシュ関数で、2012年に提案された BLAKE を改良した後継です。設計者は Jean-Philippe Aumasson、Samuel Neves、Zooko Wilcox-O'Hearn、Christian Winnerlein で、目的は「よりシンプルに、より高速に、実用的に」ハッシュを提供することでした。BLAKE 自体は SHA-3 コンペティションの最終候補の一つでしたが、BLAKE2 はその設計を実運用向けに最適化し、可変長出力、キー付きハッシュ（MAC）機能、並列化バリエーションなどを標準で備えています。
背景と歴史
従来のハッシュ関数（MD5, SHA-1, SHA-2 系）に対する速度・実装上の柔軟性の要求が高まる中で、BLAKE2 はソフトウェア実装での高速化、組み込み系や 32/64 ビット環境双方への対応、ならびに簡素で安全なパラメータ付与（キー、ソルト、パーソナライゼーション）を狙って設計されました。公式仕様は IETF の RFC 7693 として標準化されています。
設計の要点
- ARX 構造：加算（Add）、XOR、ビット回転（Rotate）で構成される演算（ARX）を主要な混合要素として用い、ソフトウェアでの高速化と実装の単純さを両立しています。
- 圧縮関数と内部状態：メッセージをブロック単位で取り込み、内部の 16 ワード程度の状態を反復的に更新します（BLAKE 系の伝統的構造）。
- 柔軟なパラメータ：キー（MAC 用）、ソルト、パーソナライゼーション、出力長などをパラメータ化でき、用途ごとに同一関数で対応できます。
- 並列化オプション：複数コアや SIMD を活かすための「parallel」バリアント（BLAKE2bp, BLAKE2sp）を用意しています。
主要バリエーション
- BLAKE2b：64ビットワードに最適化されたバージョン。デフォルトでは最大 64 バイト（512 ビット）までの出力長に対応し、デスクトップ/サーバ向けに高速です。
- BLAKE2s：32ビットワードに最適化されたバージョン。組み込み機器や小型環境で効率的で、最大 32 バイト（256 ビット）までの出力に対応します。
- BLAKE2bp / BLAKE2sp：マルチコア並列化を行うバージョン。bp は BLAKE2b をブロックごとに並列処理、sp は BLAKE2s の並列版です。大きなデータのハッシュでスループットを稼げます。
- BLAKE2X：拡張出力（XOF）的に任意長の出力を生成するためのモード。内部的に BLAKE2b を利用して、必要な長さのダイジェストを作ります。
機能（標準的な特徴）
- 可変長出力（用途に応じて短めのタグも長めのダイジェストも生成可能）
- キー付きハッシュ（HMAC を使わずに内部でキーを扱える）
- ソルト・パーソナライゼーションによるドメイン分離
- 単一の算術/ビット演算で高速化された設計
- オープンで広く実装されており、多くのライブラリで利用可能
性能（実運用での優位点）
BLAKE2 はソフトウェア実装において非常に高速であることが特徴です。64 ビット環境では BLAKE2b が SHA-2 系や SHA-3（Keccak）に対して高いスループットを示すことが多く、組み込みや 32 ビット環境では BLAKE2s が効率的です。また、並列化バリアントを用いればマルチコア環境でさらに高速化できます。こうした速度特性が、実際のアプリケーション（ファイル整合性チェック、データベースのキー生成、ネットワークプロトコルでの高速 MAC 生成など）での採用を後押ししています。
セキュリティ
BLAKE2 は、その原型である BLAKE が SHA-3 コンペティションで最終候補となったことから、設計面で堅牢性を目指しています。公開された標準版（RFC 7693）に対して、現時点で実用的な衝突やプリイメージ攻撃は報告されていません。研究者は主にラウンド数を減らした簡略版に対する統計的区別攻撃や理論的解析を行っていますが、標準の全ラウンドに対する実用攻撃は未発見です。
ただし、用途に応じた注意は必要です。パスワードハッシュ用途では BLAKE2 はメモリ消費が小さいため、専用のメモリハードなアルゴリズム（Argon2 など）に比べてブルートフォース耐性で劣ります。BLAKE2 は高速な一般ハッシュ／MAC が求められる場面に適しており、パスワードストレージには Argon2 や scrypt のような専用設計を推奨します。
実装と利用例
BLAKE2 の参照実装は公式サイトで公開されており、C 言語の高速実装や多くのプログラミング言語向けラッパーが存在します。代表的なライブラリや採用例としては：
- libsodium の crypto_generichash（BLAKE2b ベース）
- いくつかの OS／アプリケーションやファイルシステムでの整合性チェック
- 暗号プロトコルやカスタム MAC 実装（内部キー使用による簡易 MAC）
設計上、BLAKE2 は HMAC を置き換えるために設計されたわけではありませんが、内部にキーを受け取るモードがあり、適切に使えば HMAC より簡潔で高速な MAC を実現できます。実装時は、リプレイやキー管理など「MAC を使う上での一般的注意点」を守ってください。
BLAKE2 と BLAKE3 の関係
BLAKE3 は BLAKE2 の後継的プロジェクトで、さらなる高速化（SIMD や並列処理を強く意識）、固定 32 バイト出力、高速な XOF 機能、より単純化された API を特徴とします。ただし BLAKE3 は設計上のトレードオフ（例えば内部構造や出力の固定化）を取っているため、用途に応じて BLAKE2 と BLAKE3 を使い分けるのが合理的です。両者は設計理念や高速化技術を共有する部分がありますが、完全な互換性はありません。
使い分けの指針（まとめ）
- 高速な一般ハッシュや MAC が必要 → BLAKE2（b/s）を選択
- 組み込みや 32 ビット環境 → BLAKE2s が適切
- デスクトップ／サーバの 64 ビット環境や最大性能重視 → BLAKE2b
- 大量データを並列に処理してスループットを出したい → BLAKE2bp / BLAKE2sp
- 任意長出力（XOF）が必要 → BLAKE2X または BLAKE3 を検討
- パスワード保存には不向き → Argon2 などメモリハードな関数を優先
導入上の注意点
- ライブラリや実装は公式参照実装か広く使われている実装を利用する（自前実装は避ける）
- キー管理やソルトの取り扱いは一般的な暗号のベストプラクティスに従う
- 用途（MAC、ファイル整合性、KDF の一部など）に応じてパラメータや出力長を適切に設定する
- パスワードハッシュには不向きであることを周知する
まとめ
BLAKE2 は「実用性」を強く意識した高速で柔軟なハッシュ関数です。BLAKE の安全性を受け継ぎつつ、ソフトウェアでの性能や使い勝手を向上させた点が評価されています。今日では多くのライブラリで利用可能で、一般的なハッシュ／MAC 用途における有力な選択肢の一つです。用途に応じて BLAKE2b/2s や並列版を選び、パスワード保護のような特別な用途には専用アルゴリズムを使うのがベストプラクティスです。
参考文献
- RFC 7693 — BLAKE2
- BLAKE2 公式サイト（参照実装とドキュメント）
- BLAKE2: simpler, smaller, faster（設計者によるドキュメント）
- Wikipedia — BLAKE / BLAKE2
- BLAKE3（後継プロジェクト、実装とドキュメント）
- libsodium — crypto_generichash（BLAKE2b を利用）
投稿者プロフィール
