共通鍵暗号方式・公開鍵暗号方式とは？

共通鍵暗号方式・公開鍵暗号方式の意味

共通鍵暗号方式（対称鍵暗号）は暗号化と復号に同じ鍵を使う方式で、処理は高速だが鍵の受け渡し（鍵配送）に安全性の課題がある。公開鍵暗号方式（非対称鍵暗号）は、公開してよい「公開鍵」と本人だけが持つ「秘密鍵」の鍵ペアを使い、公開鍵で暗号化したデータは対応する秘密鍵でしか復号できない。処理は低速だが鍵配送の課題を解決できる。

共通鍵暗号方式・公開鍵暗号方式の具体例

AESは共通鍵暗号方式の代表例、RSAは公開鍵暗号方式の代表例。実際の通信では、公開鍵暗号方式で共通鍵そのものを安全に受け渡し、その後の本体データのやり取りは高速な共通鍵暗号方式で行う「ハイブリッド暗号方式」がよく使われる。

共通鍵暗号方式・公開鍵暗号方式は試験でどう引っ掛けられる？

n人が共通鍵暗号方式で全員と個別に安全な通信をするには「n(n-1)/2」個の鍵が必要になる（鍵の組み合わせ数が急増する）点が計算問題として出やすい。

共通鍵暗号方式・公開鍵暗号方式と関連する用語

• デジタル署名とハッシュ関数
• SSL/TLSと暗号化通信

共通鍵暗号方式・公開鍵暗号方式が出た過去問

• 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）

• 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）