共通鍵暗号方式とは？ゆるーくわかりやすく解説
目次
要点
共通鍵暗号方式とは・・・
- 暗号化の一つ
- 同じ鍵で「暗号化」と「復号化」を行う方式
- 送信者と受信者があらかじめ鍵を共有しておく必要がある
はるか
…最近、暗号化ってよく聞く。共通鍵ってやつ、シンプルらしい。
ふゅか
そうそう！送る側と受け取る側が“同じ鍵”を使って情報をやり取りするのよ！
1. 共通鍵暗号方式とは？
インターネットを通じた情報のやり取りが当たり前になった現代。個人情報や機密データを安全に送るために、「暗号化」は欠かせない技術です。その中でも基本的な暗号化手法として知られているのが共通鍵暗号方式です。
1.1. 共通鍵暗号方式とは？
共通鍵暗号方式（きょうつうかぎあんごうほうしき）とは、送信者と受信者が同じ「鍵」を使って情報を暗号化・復号化する方法です。
- 暗号化：平文を、他人に読まれないように変換すること。
- 復号化：暗号化された内容を元の平文に戻すこと。
この方式では、共通の鍵をあらかじめ両者で共有しておく必要があります。
1.2. 共通鍵暗号方式の仕組み
流れとしては次のようになります。
- 鍵の共有 送信者と受信者が、同じ鍵をどこかのタイミングで共有しておく。
- 暗号化 送信者は、この鍵を使ってデータを暗号化します。
- 送信 暗号化されたデータをインターネットなどで送信。
- 復号化 受信者は、事前に共有された鍵を使って元のデータに戻します。
このように、暗号化と復号化で同じ鍵を使うのが「共通鍵暗号方式」の最大の特徴です。
1.3. 共通鍵暗号方式のメリット
- 暗号化と復号化の処理が速い・・・公開鍵暗号方式と比較して、処理速度が速いです。
- 暗号化と復号化のカギが同じ
1.4. 共通鍵暗号方式のデメリット
- 鍵のやり取りが課題
最大の弱点は、「鍵をどうやって安全に渡すか？」という点です。もし第三者にこの鍵が盗まれてしまえば、暗号化した情報もすべて見られてしまいます。 - 利用者が増えると管理が大変
複数人とやり取りをする場合、相手ごとに鍵を作らなければならず、鍵の管理が煩雑になります。
はるか
鍵の渡し方、そこが弱点。バレたら終わり。
ふゅか
そうなの！人数増えると鍵も増えて、管理が地獄みたいになっちゃうのよ〜！
2. よく使われる共通鍵暗号の例
代表的な共通鍵暗号の仕組みとしては、以下のような方式があります。
- AES（Advanced Encryption Standard）現在もっとも広く使われている共通鍵暗号。セキュリティが高く、速度も優秀です。
- DES（Data Encryption Standard）以前は主流だった暗号方式ですが、現在では安全性の面からあまり使われていません。
3. 共通鍵暗号の2つの方式
| 分類 | 説明 |
|---|---|
| ブロック暗号（Block Cipher） | 一定の大きさ（ブロック）ごとにデータをまとめて暗号化する方式。例：AES、DES |
| ストリーム暗号（Stream Cipher） | データを1ビット（または1バイト）ずつ連続的に暗号化する方式。例：RC4、Salsa20 |
4. 公開鍵暗号方式との違い
「共通鍵暗号方式」とよく比較されるのが「公開鍵暗号方式」です。
| 項目 | 共通鍵暗号方式 | 公開鍵暗号方式 |
|---|---|---|
| 鍵 | 同じ鍵を共有 | 鍵はペア（公開鍵と秘密鍵） |
| 鍵の配布 | 事前に安全に共有が必要 | 公開鍵は誰でも入手可能 |
| 鍵の管理 | 鍵が漏れると危険 | 鍵の管理が比較的しやすい |
実際のシステムでは、「公開鍵暗号方式で安全に鍵を送信 → 以降は共通鍵暗号方式で通信」というハイブリッド暗号方式も使われています
5. 共通鍵暗号方式に必要な鍵の数
共通鍵暗号方式では、通信する相手ごとに1つの鍵が必要です。
5.1. ■ たとえば、3人がやり取りをする場合
| 通信するペア | 必要な鍵の数 |
|---|---|
| Aさん ↔ Bさん | 1本の鍵 |
| Aさん ↔ Cさん | 1本の鍵 |
| Bさん ↔ Cさん | 1本の鍵 |
このように、3人の間で安全に通信を行うには合計3本の鍵が必要になります。
5.2. 一般化：n人で通信する場合の鍵の数
通信する人数を n人 とすると、
必要な鍵の数は「$_{n}\mathrm{C}_2$」本になります。
5.3. 例：人数ごとの鍵の数
| 人数（n） | 鍵の数（n × (n – 1) ÷ 2） |
|---|---|
| 2人 | 1本 |
| 3人 | 3本 |
| 4人 | 6本 |
| 5人 | 10本 |
| 10人 | 45本 |
| 100人 | 4,950本 |
ふゅか
100人で約5,000本って…無理ゲーじゃん…！
はるか
だから、公開鍵暗号方式が必要。
6. 鍵の数が多いとどうなる？
人数が増えると、鍵の管理がとても大変になります。
たとえば、100人が安全にやり取りするには約5,000本の鍵を管理しなければなりません。
そのため、共通鍵暗号方式だけで大人数の通信を管理するのは非現実的です。
これが、公開鍵暗号方式やハイブリッド暗号方式が使われる理由のひとつです。
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