共通鍵暗号とは？

共通鍵暗号の意味

暗号化と復号に同じ鍵を使う方式。処理が高速で組込み機器の負荷が小さいが、通信相手ごとに異なる鍵を安全に共有する必要がある。代表的な方式はAES。

共通鍵暗号の具体例

n人が互いに通信する場合に必要な鍵の総数は n(n−1)÷2 で、人数の2乗に比例して増える。10人なら45個。

共通鍵暗号は試験でどう引っ掛けられる？

公開鍵暗号なら各人が公開鍵と秘密鍵を持てばよいので鍵の総数は2n個で済む。鍵管理の負担の比較が頻出。

共通鍵暗号と関連する用語

• 共通鍵暗号／公開鍵暗号
• エンベロープ暗号化

共通鍵暗号が出た過去問

• AESの特徴はどれか。

  正解：鍵長によって、段数が決まる。

  要点：AESは共通鍵暗号で、段数は鍵長128/192/256に応じて決まる

  AESはブロック長128ビットの共通鍵ブロック暗号で、鍵長として128、192、256ビットを選べる。ラウンド（段）数は鍵長に応じて10、12、14と定まる仕組みで、利用者が任意に決めるものではない。暗号化・復号・暗号化を繰り返す構成はトリプルDESの説明であり、公開鍵を使う方式でもない。

  出典：令和2年度 10月 システム監査技術者試験 am2 問17（IPA）

• 共通鍵暗号方式において、100人の送受信者のそれぞれが、相互に暗号化通信を行うときに必要な共通鍵の総数は幾つか。

  正解：4,950

  要点：共通鍵はn(n-1)/2個必要で、人数増に対し二乗で膨れ上がる

  共通鍵暗号では通信する二者ごとに固有の鍵が必要になるため、必要な鍵数はn人から2人を選ぶ組合せ数、すなわちn(n-1)/2で求まる。100人なら100×99÷2＝4,950個となる。人数の増加に対して鍵数が二乗のオーダーで膨らむこの鍵管理問題が、公開鍵暗号を併用する動機になっている。

  出典：令和3年度 秋期 システム監査技術者試験 am2 問18（IPA）

• AESの特徴はどれか。

  正解：鍵長によって、段数が決まる。

  要点：AESは共通鍵暗号で、段数は鍵長128/192/256に応じて決まる

  AESはブロック長128ビットの共通鍵ブロック暗号で、鍵長は128、192、256ビットから選択できる。ラウンド（段）数は選んだ鍵長に応じて10、12、14と自動的に定まり、利用者が任意に決めるものではない。暗号化と復号を繰り返す構成はトリプルDESの説明であり、AESは公開鍵暗号でもない。

  出典：令和4年度 秋期 システム監査技術者試験 am2 問17（IPA）

• 公開鍵暗号方式を使った暗号通信をn人が相互に行う場合、全部で何個の異なる鍵が必要になるか。ここで、一組の公開鍵と秘密鍵は2個と数える。

  正解：2n

  要点：公開鍵暗号は1人1対で足り、n人なら鍵は2n個で済む

  公開鍵暗号では、鍵は利用者ごとに公開鍵と秘密鍵の対を一組もてばよく、相手ごとに鍵を用意する必要がない。したがってn人が相互に通信する場合に必要な鍵は2n個であり、人数に比例してしか増えない。相手ごとに鍵が要る共通鍵暗号のn(n-1)/2と対比すると、鍵管理負担の差がはっきりする。

  出典：令和4年度 秋期 システム監査技術者試験 am2 問18（IPA）