絶対に知っておきたい！暗号化方式の基本を徹底解説 〜 ITパスポート R6年 問57 〜

公開鍵暗号方式とは、公開されている誰でも取得可能な「公開鍵」と、受信側のみが保持している「秘密鍵」を用いて、暗号化を行う方式のことです。

インターネットを通じて情報をやり取りすることが当たり前になった現代において、私たちの個人情報や企業の機密情報を守るために欠かせない技術が「暗号化」です。メールの内容、オンラインショッピングでのクレジットカード情報、会社の機密ファイルなど、重要なデータはすべて暗号化によって保護されています。

ITパスポート試験においても、この暗号化は「テクノロジ系」の情報セキュリティ分野で頻繁に出題される極めて重要なテーマです。特に、「共通鍵暗号方式」と「公開鍵暗号方式」という2つの主要な暗号化方式の概念と違いを正しく理解しておくことは、ITパスポート合格はもちろんのこと、現代社会でITを安全に利用する上で不可欠な知識となります。

この記事では、暗号化の基本的な役割から、代表的な2つの暗号化方式、そしてそれらを組み合わせたハイブリッド暗号方式までを、ITパスポート受験者の方々が迷うことなく理解できるよう、ゼロから徹底的にわかりやすく解説していきます。この記事を読み終える頃には、暗号化の全体像がクリアになり、試験対策だけでなく、身の回りのITサービスがどのように安全を守っているかにも興味が湧いてくることでしょう。

暗号化とは何か？〜情報を「読めない形」に変換する技術〜

まず、暗号化の基本概念から見ていきましょう。

暗号化とは、平文（へいぶん）と呼ばれる元のデータを、第三者が読めないように、一定のルール（アルゴリズム）に従って変換する技術のことです。そして、暗号化されたデータを元の平文に戻すことを「復号（ふくごう）」と呼びます。

この暗号化と復号を行う際に使用されるのが「鍵（キー）」です。鍵がなければ、暗号化されたデータを復号することは非常に困難であり、これによって情報の「機密性」（許可された人だけが情報にアクセスできること）が保たれます。

• 平文（Plaintext）： 暗号化されていない、元のデータ。（例：「こんにちは、元気ですか？」）
• 暗号文（Ciphertext）： 暗号化された、読めないデータ。（例：「g1#d5@f&y%8^」）
• 鍵（Key）： 暗号化と復号を行うために必要なデータ。鍵がなければ復号はできない。

主要な暗号化方式①：共通鍵暗号方式

共通鍵暗号方式とは、暗号化と復号に、同じ一つの鍵（共通鍵）を使用する暗号化方式です。

例えるなら、「合鍵」を使う仕組みです。送り手と受け手が同じ合鍵を事前に共有しておき、送り手は合鍵を使ってメッセージを箱に鍵をかけて送り、受け手は同じ合鍵を使って箱を開けてメッセージを読む、というイメージです。

共通鍵暗号方式の仕組み

1. 鍵の共有： 送り手と受け手は、事前に安全な方法で共通鍵を共有します。
2. 暗号化： 送り手は、共通鍵を使って平文を暗号文に変換します。
3. 送信： 暗号文をインターネットなどを通じて送信します。
4. 復号： 受け手は、事前に共有した共通鍵を使って暗号文を平文に戻します。

共通鍵暗号方式のメリット・デメリット

• メリット：
  • 処理速度が速い： 暗号化・復号の処理がシンプルなので、高速に行うことができます。
  • 大規模なデータ処理に向く： 大容量のデータを効率よく暗号化するのに適しています。
  • 代表的なアルゴリズム： AES、DES、RC4など。特にAESは、現在最も広く使われている堅牢な共通鍵暗号方式です。
• デメリット：
  • 鍵の受け渡しにリスクがある： 事前に共通鍵を共有する必要があり、この受け渡しの際に鍵が盗聴されるリスクがあります。
  • 多人数での共有が困難： 送り手と受け手のペアごとに共通鍵が必要になるため、関係者が増えるほど鍵の管理が非常に複雑になります。例えば10人が安全に通信するには、45個の鍵が必要になります（10×9/2）。

主要な暗号化方式②：公開鍵暗号方式

公開鍵暗号方式とは、暗号化と復号に、異なる2つの鍵（「公開鍵」と「秘密鍵」）を使用する暗号化方式です。別名「非対称暗号方式」とも呼ばれます。

例えるなら、「南京錠」と「その鍵」を使う仕組みです。誰もが自由に使える南京錠（公開鍵）と、その鍵穴を開けることができる唯一の鍵（秘密鍵）がある、というイメージです。

公開鍵暗号方式の仕組み

1. 鍵ペアの作成： 受け手は、事前に「公開鍵」と「秘密鍵」というペアの鍵を作成します。
2. 鍵の公開： 受け手は、自分の公開鍵をインターネットなどを通じて誰にでも公開します。秘密鍵は絶対に誰にも教えません。
3. 暗号化： 送り手は、公開されている受け手の公開鍵を使って平文を暗号文に変換し、送信します。
4. 復号： 送信された暗号文は、対応する秘密鍵でしか復号できません。受け手は、自分だけが持っている秘密鍵を使って暗号文を平文に戻します。

公開鍵暗号方式のメリット・デメリット

• メリット：
  • 鍵の受け渡しが不要： 公開鍵は誰にでも公開できるため、共通鍵暗号方式のような鍵の受け渡しのリスクがありません。
  • 鍵の管理が容易： 多くの人と通信する場合でも、自分自身の鍵ペア（公開鍵と秘密鍵）を管理すれば良いため、鍵の管理がシンプルになります。
  • 代表的なアルゴリズム： RSA、ElGamal、楕円曲線暗号など。特にRSAは、現在最も広く使われている公開鍵暗号方式です。
• デメリット：
  • 処理速度が遅い： 暗号化・復号の処理が複雑なため、共通鍵暗号方式よりもはるかに処理速度が遅く、計算負荷も高いです。
  • 少量のデータ処理に向く： 大容量のデータを暗号化するには時間がかかりすぎるため、データの暗号化には向いていません。

共通鍵方式と公開鍵方式のハイブリッド方式

前述の通り、共通鍵暗号方式は「処理が速い」が「鍵の共有にリスクがある」というデメリットを抱えています。一方、公開鍵暗号方式は「鍵の共有リスクがない」が「処理が遅い」というデメリットがあります。

そこで、それぞれのメリットを活かし、デメリットを補い合うのが、「ハイブリッド暗号方式」です。現在、SSL/TLS（Webサイトの通信暗号化）をはじめ、多くのインターネット通信でこの方式が使われています。

ハイブリッド暗号方式の仕組み

ハイブリッド暗号方式は、以下の手順で安全かつ効率的な通信を実現します。

1. 共通鍵の受け渡し：
   • まず、公開鍵暗号方式を使って、共通鍵を安全に受け渡します。
   • 送信者は、受信者の公開鍵で「共通鍵」を暗号化して送ります。
   • 受信者は、自分だけの秘密鍵で暗号文を復号し、共通鍵を手に入れます。
   • これで、誰にも盗聴されることなく、2人の間で共通鍵が安全に共有されます。
2. 実際の通信：
   • 次に、受け渡された共通鍵を使って、実際の通信データ（本文など）を高速に暗号化・復号します。
   • これにより、膨大な通信データも高速に処理できるという、共通鍵方式のメリットが活かされます。

ハイブリッド暗号方式 の仕組みは、例えるなら「鍵の受け渡しだけは厳重な鍵屋さんに任せ（公開鍵方式）、実際の荷物の運搬は速いバイク便（共通鍵方式）で行う」といったイメージです。

暗号化方式のまとめとITパスポート試験対策

ITパスポート試験において、暗号化方式は「テクノロジ系」の情報セキュリティ分野で頻出します。特に以下のポイントを押さえておきましょう。

出題される可能性のあるポイント

• 共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の違い：
  • 鍵の数： 共通鍵は1つ、公開鍵は2つ（公開鍵と秘密鍵）。
  • 非対称性： 共通鍵は「対称暗号方式」、公開鍵は「非対称暗号方式」。
  • 処理速度： 共通鍵が速い、公開鍵が遅い。
  • 得意なこと： 共通鍵はデータの暗号化、公開鍵は鍵の受け渡し。
• ハイブリッド暗号方式の目的：
  • 両方式のメリットを活かし、デメリットを補い合うこと。
  • SSL/TLSで利用されていること。
• 代表的なアルゴリズム：
  • 共通鍵暗号方式：AES（現在主流）。
  • 公開鍵暗号方式：RSA。

学習のポイント

• 対比表で整理する： 共通鍵と公開鍵のそれぞれの特性（鍵の数、速度、得意なことなど）を、対比表で整理して覚えると効率的です。
• 例え話でイメージする： 「合鍵」と「南京錠」の例えは、それぞれの仕組みを理解する上で非常に役立ちます。
• なぜハイブリッド方式が使われるのか？を考える： 両方の弱点を理解することで、ハイブリッド方式の必然性が分かります。

暗号化方式の仕組みに関する問題（令和6年 問57）

暗号化方式の特徴について記した表において、表中の a～d に入れる字句の適切な組合せはどれか。

   ア.  a：共通鍵暗号方式　　b：公開鍵暗号方式　　c：遅い　　d：速い

   イ.  a：共通鍵暗号方式　　b：公開鍵暗号方式　　c：速い　　d：遅い

   ウ.  a：公開鍵暗号方式　　b：共通鍵暗号方式　　c：遅い　　d：速い

   エ.  a：公開鍵暗号方式　　b：共通鍵暗号方式　　c：速い　　d：遅い

出典：令和6年度  ITパスポート試験公開問題 問57

正しいと思う選択肢をクリックしてみてください！！！