共通鍵暗号と公開鍵暗号のしくみ

結論：暗号は「鍵が1本か、ペアか」で2種類

暗号化とは、読める文（平文）を、鍵がないと読めない文（暗号文）に変えることです。暗号文を平文に戻すことを復号と呼びます。暗号方式は、暗号化と復号に同じ鍵を使う共通鍵暗号方式と、ペアになった別々の鍵を使う公開鍵暗号方式の2つに分かれます。

共通鍵暗号方式は秘密鍵暗号方式と呼ばれることもあります。公開鍵暗号の「秘密鍵」と名前が似ているので、選択肢で「共通の秘密鍵」と出てきたら共通鍵のことだと読み替えてください。

最頻出：公開鍵暗号では「受信者の公開鍵」で暗号化する

秘密の内容を送るときは、受信者の公開鍵で暗号化し、受信者が自分の秘密鍵で復号します。公開鍵で暗号化した文は、ペアになった秘密鍵でしか戻せません。秘密鍵を持っているのは受信者本人だけなので、途中で盗まれても読まれません。

たとえるなら、公開鍵は誰でも閉められる開いた南京錠で、秘密鍵はそれを開ける本人だけの鍵です。Bさんは南京錠をたくさん配っておき、Aさんはその南京錠で箱を閉めて送ります。箱を開けられるのは、鍵を持っているBさんだけです。

flowchart LR
  A["Aさん（送信者）平文"] -->|"Bさんの公開鍵で暗号化"| C["暗号文（ネットワーク上）"]
  C -->|"Bさんの秘密鍵で復号"| B["Bさん（受信者）平文"]

目的によって使う鍵が逆になるので、表でまとめて覚えます（デジタル署名は後のレッスンで詳しく扱います）。

• 公開するのは、暗号化に使う鍵と署名の検証に使う鍵です。復号鍵と署名鍵は秘密にします。
• 「Bさんの公開鍵で暗号化したメールをCさんにも送った」場合でも、復号できるのはBさんだけです。公開鍵では復号できず、Cさんの秘密鍵では合いません。

方式の名前を見て分類できるようにする

「公開鍵暗号はどれか」「同じ鍵で暗号化と復号をするのはどれか」という問題は、名前と分類を覚えていれば解けます。暗号ではない仲間（ハッシュ関数や基盤）が選択肢に混ざるのが定番です。

「素因数分解」と書いてあればRSAです。「短い鍵長で同等の安全性」と書いてあれば楕円曲線暗号です。楕円曲線暗号は公開鍵暗号なので、「共通鍵暗号で高速」という選択肢は誤りです。

共通鍵は速いが、鍵の受け渡しが弱点

同じ暗号強度で比べると、共通鍵暗号は公開鍵暗号より暗号化と復号にかかる時間が短いです。そのため、大量の通信データの暗号化には共通鍵が使われます。たとえば、IPsec（IP通信を暗号化する技術）でAESを使う場合は、PCとサーバで共有した共通鍵を使います。

弱点は、鍵を相手に安全に渡す必要があることです。平文で鍵を送ると盗まれるので、「事前に平文で送付する」という選択肢は誤りです。また、相手ごとに別の鍵が必要なので、相手が増えるほど鍵の管理が大変になります。

実際には、公開鍵暗号で共通鍵を安全に渡し、データ本体は速い共通鍵で暗号化するという組合せ（ハイブリッド暗号方式）がよく使われます。両方の長所を活かすやり方です。

必要な鍵の数：共通鍵 n(n−1)/2、公開鍵 2n

n人が互いに暗号通信をする場合、必要な鍵の数は次のとおりです。

共通鍵は、AさんとBさんの組とBさんとAさんの組が同じなので、2で割るのを忘れないでください。下の例題で手順を確認します。

暗号の危殆化とは

危殆化（きたいか）とは、計算能力の向上や新しい解読法の発見によって、暗号アルゴリズムそのものの安全性が下がることです。たとえば、ハッシュ値が同じになるデータの組を現実的な時間で見つける方法が見つかった場合は、危殆化にあたります。

鍵の漏えいや証明書の有効期限切れは運用上の問題なので、危殆化ではありません。「アルゴリズムが弱くなったか、それとも運用のミスか」で見分けます。

試験での問われ方

• 鍵選びの問題：「秘密にして送るとき、使う鍵はどれか」と聞かれたら、答えは受信者の公開鍵です。送信者の秘密鍵は署名用のひっかけです。
• 分類の入れ替え：「AESは公開鍵暗号、RSAは共通鍵暗号」のように、2つを逆にした選択肢が出ます。
• 特徴の付け替え：「同じ鍵を使う」「共通鍵の配送が必要」は共通鍵の特徴です。これを公開鍵暗号の説明として出してきます。
• 公開する鍵の取り違え：「復号鍵を公開する」「署名鍵を公開する」はどちらも誤りです。
• 鍵の数の計算：200（2n）、9,900（n(n−1)）、10,000（n²）を並べて選ばせます。
• 危殆化：鍵の漏えいや有効期限切れを正解に見せかけます。