共通鍵暗号について

共通鍵暗号（対称鍵暗号）の性質は、データを暗号化するためと、暗号を解く（復号する）ために同じ鍵を使うことです。これにはいくつか特徴があります。

特徴

1. 同じ鍵を使う
2. 速い処理速度
3. 鍵を安全に渡す必要がある
4. 鍵の管理が重要
5. 共通鍵暗号にはいくつかの規格がある

1. 同じ鍵を使う

共通鍵暗号では、データを暗号化する際に使う鍵と、復号する際に使う鍵が 同じ です。データをやり取りする相手と同じ鍵を共有していれば、お互いにデータを暗号化・復号できます。

例 : あなたが友達と秘密のメッセージをやり取りするために、事前に「合言葉」を決めておくような感じです。その合言葉を使って暗号化し、同じ合言葉を使ってメッセージを復号します。

2. 速い処理速度

共通鍵暗号は、暗号化と復号の処理が とても速い です。たくさんのデータを暗号化する場合でも、短時間で処理できます。これは、共通鍵暗号が大きなファイルやリアルタイムのデータ通信（例えばビデオ通話など）に向いている理由です。

例 : 大量のファイルや動画を送るときに、効率よく暗号化・復号できるので、待ち時間が少なくなります。

3. 鍵を安全に渡す必要がある

共通鍵暗号の最大の問題は、その鍵（合言葉）を安全に相手に渡す方法 です。もし鍵が誰かに盗まれたり知られてしまったら、その人がデータを簡単に解読できてしまいます。だから、鍵の共有方法がとても大事です。

例 : 友達に「合言葉」を教えるときに、他の人に聞かれないように気を付ける必要があります。

4. 鍵の管理が重要

共通鍵暗号の安全性は、鍵が誰にも知られないこと にかかっています。鍵が漏れてしまうと、データは簡単に復号されてしまいます。そのため、鍵の管理がとても重要です。

例: 合言葉が誰かにバレたら、その人もあなたの秘密のメッセージを読むことができてしまうのと同じです。

5. 共通鍵暗号にはいくつかの規格がある

共通鍵暗号にはいくつか種類があり、どれも暗号化の方法が異なりますが、基本的な性質は同じです。代表的なアルゴリズムには以下のものがあります。

• AES（Advanced Encryption Standard）: 非常に安全で、現在最もよく使われている暗号方式です。
• DES（Data Encryption Standard）: 以前は標準的に使われていましたが、現在は安全性が弱いため、あまり使われていません。

メリットとデメリット

メリット

• 高速 : 大量のデータを短時間で処理できる。
• シンプル : 同じ鍵を使うので、仕組みが比較的簡単。

デメリット

• 鍵の共有が難しい : 鍵を安全に相手に渡すのが課題。
• 多人数で使うと複雑 : たくさんの人とやり取りする場合、全員と別々の鍵を使うと鍵の管理が難しくなる。

共通鍵暗号が使われているもの

1. Wi-FiのWPA/WPA2/WPA3
   • Wi-Fiネットワークのセキュリティプロトコルは、共通鍵暗号を使用して通信データを暗号化します。例えば、AES（Advanced Encryption Standard）が使われます。
2. VPN
   • VPNでは、ユーザーとVPNサーバー間の通信を保護するために共通鍵暗号が使用されます。ここでもAESがよく使われます。
3. TLS/SSL
   • TLS/SSL（例えばHTTPS通信）の初期段階では公開鍵暗号が使われますが、その後の通信は共通鍵暗号によって保護されます。
4. ファイルの暗号化ソフトウェア
   • 例として、BitLocker（ディスク暗号化ソフトウェア）は、共通鍵暗号を用いてデータを暗号化します。AESが使われています。

まとめ

共通鍵暗号は、同じ鍵 でデータの暗号化と復号を行う方法です。処理が速いという利点がありますが、鍵を安全に共有する方法が難しい という課題があります。だからこそ、しっかりと鍵の管理を行うことが重要です。

もし鍵の共有が難しい場合は、公開鍵暗号 という別の暗号方式を組み合わせることもあります。

公開鍵暗号について

公開鍵暗号（非対称鍵暗号）は、暗号化と復号に 異なる鍵 を使う暗号方式です。この性質により、安全にデータをやり取りするための強力な仕組みが提供されています。

特徴

1. 公開鍵と秘密鍵の2つの鍵を使う
2. 鍵の共有が簡単
3. 安全な通信を実現
4. 暗号化とデジタル署名の役割がある
5. 処理が遅い

1. 公開鍵と秘密鍵の2つの鍵を使う

公開鍵暗号では、2つの鍵 を使います。

• 公開鍵: 誰でも知っていてよい鍵。これは、データを暗号化するために使います。
• 秘密鍵: 自分だけが持つ鍵。これは、暗号化されたデータを解読（復号）するために使います。

重要なポイントは、公開鍵で暗号化されたデータは 秘密鍵でしか解読できない ということです。

例 : あなたが公開鍵を誰にでも配ると、その人はあなた宛に暗号化されたメッセージを送ることができますが、それを読むことができるのはあなた（秘密鍵を持っている人）だけです。

2. 鍵の共有が簡単

共通鍵暗号では、鍵を安全に相手に渡すのが難しいですが、公開鍵暗号では 公開鍵を自由に配ることができる ので、この問題を解決しています。公開鍵を持っている人なら誰でも、あなたに暗号化されたメッセージを送ることができますが、解読できるのは秘密鍵を持っているあなた自身だけです。

例 : あなたが学校の掲示板に「これが私の公開鍵です！」と書いておけば、誰でもあなた宛に暗号化メッセージを送れるけれど、その内容を読めるのはあなただけです。

3. 安全な通信を実現

公開鍵暗号は、インターネット上で 安全な通信 を実現するための基礎技術です。たとえば、ウェブサイトが使う HTTPS は、公開鍵暗号を使って、ユーザーとウェブサイトの間の通信を暗号化し、他人が通信内容を盗み見たり、改ざんすることを防ぎます。

例: ネットショッピングをするとき、クレジットカード情報などの重要なデータが公開鍵暗号を使って安全にやり取りされます。

4. 暗号化とデジタル署名の役割がある

公開鍵暗号には、暗号化 と デジタル署名 という2つの主な使い方があります。

暗号化

データを 秘密鍵で復号できるように 暗号化します。これにより、公開鍵で暗号化したデータは、持ち主しか解読できません。

デジタル署名

デジタル署名は、送信者が本当にその人であることを証明する仕組みです。これには逆に、秘密鍵で署名 し、その署名を 公開鍵で確認 するという方法を使います。もし公開鍵で署名を確認できれば、それは確実に秘密鍵を持っている人（送信者）が作成したものだとわかります。

例 : あなたがメールを送るとき、秘密鍵で署名をしておけば、受け取った相手は「このメールは確かにあなたが送ったものだ」と確認できます。

5. 処理が遅い

公開鍵暗号は、共通鍵暗号に比べて処理が 遅い という欠点があります。そのため、公開鍵暗号は通常、共通鍵を安全にやり取りする ために使われます。その後のデータ通信は、共通鍵暗号の方が速いので、それを使って行われます。

例 : 公開鍵暗号で安全に「共通鍵」を渡してしまい、その後は共通鍵を使って高速な暗号化通信を行います。

メリットとデメリット

メリット

• 安全な鍵配布
  • 公開鍵を公開するだけでよく、安全な鍵交換 が可能です。秘密鍵は受信者が保持するだけで済むので、鍵の管理や配布が容易です。
• デジタル署名の実現
  • 送信者が自分の秘密鍵で署名し、受信者が公開鍵で署名を検証することで、データの整合性 や 送信者の本人確認 ができます。これにより、改ざん検知 や 否認防止 が可能です。
• セキュリティの強化
  • 公開鍵と秘密鍵が異なるため、暗号化と復号が異なるプロセスとなります。これにより、秘密鍵の漏洩リスクを低減し、セキュリティを強化できます。

デメリット

• 処理速度が遅い
  • 公開鍵暗号は、計算コストが高く、共通鍵暗号に比べて暗号化・復号の速度が遅いです。大量のデータを暗号化するには適していません。
  • そのため、実際の通信では、鍵交換の部分で公開鍵暗号を使い、以降のデータ通信には共通鍵暗号を用いるハイブリッド方式が採用されます。
• 鍵の長さが長い
  • 公開鍵暗号は、強度を保つためにより長い鍵を必要とします（例：RSAでは2048ビット以上が推奨）。これにより、計算負荷や通信量が増える場合があります。
• 秘密鍵の安全管理が必須
  • 秘密鍵は絶対に漏れてはいけないため、厳重な管理が必要です。もし秘密鍵が盗まれると、全ての通信が危険にさらされます。

まとめ

• 公開鍵: 誰でも使える。データを暗号化するために使う。
• 秘密鍵: 自分だけが持つ。データを復号するために使う。
• 鍵の共有が簡単: 公開鍵を自由に配れるため、安全な鍵共有が可能。
• 暗号化と署名: 公開鍵で暗号化、秘密鍵で復号。逆に、秘密鍵で署名し、公開鍵でその署名を確認することもできる。
• 処理は遅い: 共通鍵暗号に比べて処理速度が遅いため、共通鍵を安全に渡すために使われることが多い。

公開鍵暗号は、インターネットの安全性を支える非常に重要な仕組みで、私たちが毎日使うウェブサイトやメールの通信を安全に保っています。

共通鍵暗号と公開鍵暗号の比較

項目	共通鍵暗号	公開鍵暗号
使う鍵の種類	同じ鍵を使う（共通の鍵）	公開鍵と秘密鍵のペア（2つの鍵）
鍵の数	1つ	2つ（公開鍵と秘密鍵）
鍵の共有方法	事前に相手と共有が必要	公開鍵を誰にでも公開、秘密鍵は自分だけが持つ
処理速度	速い	遅い
用途	大量データの暗号化に適している	鍵交換やデジタル署名など、主に認証や小規模データの暗号化
安全性	鍵が盗まれると危険	公開鍵が漏れても問題なし、秘密鍵が漏れると危険
具体例	AES、DES	RSA、ECC
主な利点	暗号化と復号が高速で効率的	安全な鍵交換と認証が可能
主な欠点	鍵の共有が難しい、鍵の管理が複雑	計算が重い、鍵の長さが長い
実際に使われている例	Wi-FiのWPA2、VPN、ファイル暗号化ソフト	HTTPS、メールの暗号化（PGP）、デジタル署名