暗号化

0. どういうまとまりか

ネットワークを流れるデータは、途中で第三者に見られるおそれがあります。
見られても中身が分からないように、決まった手順でデータを変換するのが暗号化です。
変換の手順（暗号の方式）は公開されていても、鍵を知らなければ元に戻せないようにします。

分かれ目は次の 3 つ。

• 公開鍵暗号方式は、受信者の公開鍵で暗号化し、受信者の秘密鍵で復号する。 送信者の鍵は使わない。
• 共通鍵は n 人で $\frac{n(n-1)}{2}$ 個、公開鍵暗号方式の鍵は n 人で 2n 個（1 人が公開鍵と秘密鍵の 1 組）。
• ハイブリッド方式は、共通鍵を公開鍵暗号方式で送り、本文は共通鍵で暗号化する。 両方の長所を取る。

1. 暗号化と復号

根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(4)-ア-(ア)

暗号化する前の読めるデータを平文、暗号化したデータを暗号文、暗号文を元の平文に戻すことを復号といいます。

データを第三者が読めない形に変換することを何というか？

暗号化

暗号化する前のデータを平文、暗号化したデータを暗号文という。

暗号文を元の平文に戻すことを何というか？

復号

正しい鍵を持つ人が戻すのが復号。鍵を持たない第三者が推測して戻すことは「解読」と呼んで区別する。

アルファベットを決まった文字数だけずらして暗号文を作る、古典的な暗号を何というか？

シーザー暗号

「何文字ずらすか」が鍵にあたる。ずらし方は 25 通りしかないので、全部試せば解読できてしまう。

暗号の方式（手順）が公開されていても安全でいられるのは、何が秘密に保たれているからか？

鍵

安全さを方式の秘密に頼らず、鍵の秘密に頼る。だから鍵を長くし、他人に知られないようにする。

2. 共通鍵暗号方式

根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(4)-ア-(ア)

暗号化と復号に同じ鍵を使う方式です。処理は速いのですが、鍵をどうやって相手に渡すかが問題になります。

暗号化と復号に同じ鍵を使う暗号方式を何というか？

共通鍵暗号方式

処理が速く、大きなデータの暗号化に向く。

共通鍵暗号方式の「鍵の配送問題」とは何か？

同じ鍵を相手に届ける途中で盗まれると、暗号文が読まれてしまうこと

鍵をネットワークでそのまま送れば、鍵ごと盗み見られるおそれがある。

共通鍵暗号方式で、n 人のだれとだれの間でも秘密に通信できるようにするには、鍵は何個必要か？

$\frac{n(n-1)}{2}$ 個

2 人の組ごとに別の鍵が要る。n 人から 2 人を選ぶ組の数と同じ。

3. 公開鍵暗号方式とハイブリッド方式

根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(4)-ア-(ア)

受信者は、だれに知られてもよい公開鍵と、自分だけが持つ秘密鍵の 1 組を作ります。
公開鍵で暗号化したものは、対になる秘密鍵でしか復号できません。

公開鍵暗号方式で、A さんが B さんに秘密の文書を送るとき、何の鍵で暗号化し、何の鍵で復号するか？

B さん（受信者）の公開鍵で暗号化し、B さんの秘密鍵で復号する

B さんの秘密鍵は B さんしか持っていないので、B さん以外は復号できない。

公開鍵暗号方式では、なぜ鍵の配送問題が起きないのか？

暗号化に使う公開鍵は知られてもよく、復号に使う秘密鍵は受信者の手元から出ないから

公開鍵を盗まれても、それで暗号文を復号することはできない。

ハイブリッド方式とは、どのような暗号の使い方か？

共通鍵を公開鍵暗号方式で暗号化して相手に渡し、本文は速い共通鍵暗号方式で暗号化する方式

鍵の配送問題を公開鍵暗号方式で解き、速さは共通鍵暗号方式で得る。

4. 通信の暗号化

根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(4)-ア-(ア)

Web のやり取りを暗号化するプロトコルが SSL/TLS で、これを使った HTTP が HTTPS です。
無線 LAN の電波も暗号化しておかないと、近くにいる人に中身を読まれるおそれがあります。

Web ブラウザと Web サーバの間の通信を暗号化するプロトコルを何というか？

SSL/TLS（現在使われているのは TLS）

HTTP を SSL/TLS で暗号化したものが HTTPS。ハイブリッド方式を使っている。

無線 LAN の暗号化の方式のうち、現在の標準となっている規格は？

WPA3（その前の世代が WPA2）

古い WEP は短時間で解読されるので使わない。

練習問題

問 1　アルファベットを 3 文字後ろにずらすシーザー暗号（A を D に、X を A に、のように Z の次は A に戻る）で、「CAT」を暗号化せよ。

FDW

C を 3 文字ずらすと F、A は D、T は W。

問 2　同じシーザー暗号（3 文字後ろにずらす）で作った暗号文「KHOOR」を復号せよ。

HELLO

復号は逆向きに 3 文字前へずらす。K は H、H は E、O は L、R は O。

問 3　10 人のグループで、どの 2 人の間でも他の人に読まれずに通信したい。共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式では、それぞれ鍵は全部でいくつ必要か。

共通鍵暗号方式は 45 個、公開鍵暗号方式は 20 個

共通鍵は 2 人の組ごとに 1 個なので $10\times 9÷2=45$ 個。
公開鍵暗号方式は 1 人が公開鍵と秘密鍵の 1 組を持てばよいので $2\times 10=20$ 個。