この連載では、基本情報技術者試験によく出題されるテクノロジー関連の用語を、午前問題と午後問題のセットを使って解説します。 午前問題で用語の意味や概念を知り、午後問題で技術の活用方法を知ってください。それによって、単なる丸暗記では得られない明確さで、用語を理解できるようになります。 今回のテーマは、「公開鍵と秘密鍵を作る人と使う人」です。 公開鍵暗号方式とは?
DH法 DH法とは、インターネット上で安全に鍵交換を行うやりかたのひとつで、鍵から生成した乱数を送る方法です。共通鍵を暗号化して送信する方法として用いられています。DH法は理論の発展やコンピューターの計算能力の向上により、暗号が解読されてしまう可能性が出てきました。そのため、より複雑な暗号化方法である「ECDH」が使われることが多くなっています。 A暗号 公開鍵暗号方式では、RSA暗号を用いて暗号化する方法があります。公開鍵暗号として代表的で、世界で初めて実用化されたことで知られています。オイラー定理の整数論と2つの素数を使って暗号化し、素因数分解により復号化する仕組みです。暗号を復号化するためには複雑な計算が必要になります。公開鍵暗号方式のなかでRSA暗号が特質なのは、秘密鍵の使い方を逆転させることが可能である点です。本来であれば、情報の暗号化に公開鍵を使い、復号時に秘密鍵を利用していますが、RSA暗号は秘密鍵での暗号化も可能です。 DSAとは、公開鍵暗号方式を応用させたデジタル署名アルゴリズムのことです。1991年にアメリカ国防総省の諜報機関であるアメリカ国家安全保障局によって開発されました。1994年にはアメリカ政府のデジタル署名の標準方式に定められました。署名鍵を生成するためにハッシュ関数を採用しています。暗号は難解で、秘密鍵なしでの解読は困難といわれています。 5-4. 楕円曲線暗号 楕円曲線暗号とは、楕円曲線上の離散対数問題を安全性の証としており、それを根拠に完全に情報をやり取りする仕組みです。2人の暗号学者、ビクター・ミラーとニール・コブリッツが別々に開発したものです。特定のアルゴリズムではなく、離散対数問題に楕円曲線を適用させることで、セキュリティを保ちつつ暗号鍵を短くするために活用されています。 公開鍵暗号方式ではRSA暗号がメジャーですが、楕円曲線暗号は暗号鍵をより短くしても同じくらい暗号としての強度を保つことが可能です。また、暗号化や復号化に必要な計算も少ないことから、ICカードなどで早い時期から取り入れられてきました。これまでRSA暗号が担ってきたものについても、徐々に楕円曲線暗号へ切り替えられています。 公開鍵暗号方式は、主に電子署名や暗号通信に活用されています。電子署名と暗号通信でどのように使われているのか具体的に紹介します。 6-1. 電子署名 公開鍵暗号方式では、暗号化された情報を解読するには必ずペアとなる暗号鍵が必要となります。常に公開鍵と秘密鍵がペアとしてはたらくため、この仕組みを応用して、たとえば情報を送信する際に秘密鍵で暗号化し、受信者が公開鍵で復号できれば、送信者が本人である安全な情報と証明できます。秘密鍵はひとつ、且つ本人しか所有できないものであり、ペアとなるのはその公開鍵だからです。このように、本人を確認するために公開鍵暗号方式を使うことを電子署名といいます。 6-2.
問題点 公開鍵暗号方式は堅牢度の高さが評価されています。複雑な計算処理によりセキュリティが高められており、安全ではあります。しかし一方で、データの暗号化に大きな負荷がかかるという問題点もあります。送受信する情報が多くなればそれだけ負荷がかかるため、大きな情報のやり取りには向いていません。そのため、高速で暗号化や復号化が可能な共通鍵暗号方式と組み合わせて、デメリットを補いながら使用されることもあります。共通鍵暗号方式では鍵を共有することから、その鍵の受け渡し時のセキュリティリスクが心配されていました。 公開鍵暗号方式と組み合わせる有用な方法は、大きな情報を送受信したいときには暗号と復号化では共通鍵暗号方式を介し、その鍵を送る際に公開鍵暗号方式を使うというものです。これで安全な鍵の受け渡しが可能になります。 インターネット上で情報を暗号化してやり取りする方法として公開鍵暗号方式のほかに共通鍵暗号方式があります。先にも少し触れてはきましたが、共通鍵暗号方式とは何か、その特徴をわかりやすく紹介します。また、公開鍵暗号方式との違いも解説します。 4-1. 共通鍵暗号方式とは 共通鍵暗号方式とは、名称の通り共通のひとつの暗号鍵を使い、情報の送受信をする方法のことです。送信者は共通鍵で情報を暗号化し送信したあと、今度は受信者へ暗号鍵を送る必要があります。受信者は鍵を受け取ってから復号することが可能です。複数のユーザーで同じ共通鍵を使うと、情報が復号化されてしまう可能性があるため、ユーザーごとに別々の鍵を生成する必要があります。共通鍵暗号方式は処理が速いことからファイル暗号などに適用されることが多いです。 共通鍵暗号方式でのネックは、共通の暗号鍵のセキュリティリスクです。送信者は受信者が情報を復号するために事前に鍵を送らなければならないものの、鍵の受け渡し時のセキュリティリスクへの懸念があります。 4-2. 公開鍵と共通鍵の違い 公開鍵と共通鍵の違いは、暗号化と復号化の作業に使う鍵はペアで使うものなのか、それともひとつなのかという点です。公開鍵はペアとなる秘密鍵がないと復号化することができません。共通鍵は暗号化に使用した鍵で復号化ができます。公開鍵はユーザー同士で同じ鍵を使用しますが、秘密鍵がなければ情報が漏洩することはありません。一方で、共通鍵はユーザー同士で鍵を共有すると、情報漏洩につながってしまうこともあります。 公開鍵で暗号化した情報を復号するには処理に時間がかかってしまい、共通鍵と比べた際のデメリットと言えます。共通鍵の場合は高速での復号ができます。 情報を暗号化する方法には、さまざまな種類があります。そのなかでも、公開鍵暗号方式と共通鍵暗号方式で使われている暗号化の主な方法を順に紹介します。 5-1.
先ほどまで、鍵をつかって暗号化することや、暗号化の必要性について解説しました。 ここからが本題で、 公開鍵暗号方式の詳しい仕組みを解説します 。ここまでの内容が理解できている人ならば簡単に理解することができます。 暗号化する鍵を公開する 公開鍵暗号方式は暗号化する鍵を公開します。 公開鍵暗号方式は暗号化する鍵を公開します。 公開鍵暗号方式は暗号化する鍵と復号化する鍵の2種類があります。公開するのは、 暗号化する鍵のみです。 復号化する鍵は公開しないので、秘密鍵と呼ばれます。 まとめると以下のようになります。 暗号化 する鍵→ 公開する(公開鍵) 復号化 する鍵→ 公開しない(秘密鍵) この2つの鍵はセットになっています。 つまり、 同じセットの公開鍵と秘密鍵を使用しなければ、正常に復号化できないようになっています。 この公開鍵と秘密鍵を使って、どのように暗号化しているのか流れを確認してみましょう! 公開鍵暗号方式の流れ ここからは、公開鍵暗号方式の流れを詳しく解説します。 まず、AさんからBさんの通信を暗号すると想定します。Aさんが送信すデータを暗号化してBさんが復号してデータを閲覧します。 公開鍵暗号方式でややこしい部分は、「誰の鍵を使っているのか」という部分です。 まず、Aさんは暗号化するための鍵が必要です。 この暗号鍵はBさんの公開鍵 です。そのため、BさんはAさんに公開鍵を渡します。 Aさんは Bさんから送られてきた公開鍵 を使用して データを暗号化 します。 そして、Aさんはこのデータを送信して、 Bさんは自分の秘密鍵を使用してデータを元に戻します。 これが、公開鍵暗号方式の流れとなります。 まとめると、以下のようになります。 公開鍵を通信相手に渡す 通信相手は公開鍵を使用して暗号化 暗号化されたデータを秘密鍵を使用して復号 公開鍵暗号方式まとめ ここまで、公開鍵暗号方式の解説をしました。鍵を使った暗号化方式は良く使われます。すべてのITに携わるエンジニアに必須の知識です。 しっかりと仕組みを理解して、業務で活かせるようにしましょう。 さらに知識を身に付けたい方はこちらの参考書がオススメです。 リンク IT初心者の方はこちらの参考書が分かりやすいのでオススメです。 リンク About me UdemyでIT講座をチェック! 【図解】公開鍵暗号方式をわかりやすく直観的に！ | 樹の時代. セールだと1500円前後! 無料 サンプル講義動画・ 無料 講義動画あり!
任意の正の整数a, nと、相違なる素数p、qにおいて以下の式が成り立ちます。 どうして成り立つのかは省略しますがRSA暗号の発明者が発見したぐらいに思ってください。 RSA暗号の肝はこの数式です。NからE, Dを探せばRSAで暗号化、復号ができます。 先の例ではNが33でしたのでそれを素因数分解してp, qは3, 11です。ここからE, Dを求めます。 ここまで触れていませんでしたがE, Dは素数である必要があります。素数同士のかけ算で21になるE, Dの組み合わせは3, 7※ですね。 ※説明のためにしれっと素因数分解していますが、実際の鍵生成ではEを固定値にすることで容易にDを求めています。 今回の場合、暗号する為には秘密鍵として3, 33の数字の組が必要で、複合する為に公開鍵として7, 33の数字の組が必要です。上記のE, D, Nの求め方の計算方法を用いれば公開鍵がわかれば秘密鍵も簡単にわかってしまいそうです。では、実際に私たちが利用している秘密鍵はなぜ特定が困難なのでしょうか? それは素因数分解が容易にできないことを利用し特定を困難にしています。 二桁程度の素因数分解は人間でも瞬時に計算できますが、数百桁の素因数分解はコンピュータを利用しても容易には計算できません。 ですので実際に利用されている鍵はとても大きな数を利用しています。 コンピュータで取り扱われる文字は文字コードで成り立っています。文字コードは一つ一つの文字が数値から成り立っているので数値として扱われます。 それを一文字ずつ暗号化しているので文字列でも暗号化できます。 例えばFutureをASCII文字コードにすると70, 117, 116, 117, 114, 101になります。 公開鍵を利用して暗号化、秘密鍵を利用して復号できるってことは逆に秘密鍵を利用して暗号化、公開鍵を利用して復号もできるのでは? はい。鍵を逆に利用してもできます。 重要なのは暗号化した鍵で復号できず、対となる鍵でしか復号できないことです。詳細は割愛しますがこれは実際に電子署名で利用されています。 エンジニアでなくともインターネットを利用する人であればHTTPSの裏などで身近に公開鍵暗号が意識することなく利用されてます。 暗号化の原理を知らずに利用していましたが調べてみると面白く、素晴らしさを実感できました。 暗号化、復号に利用される計算式は中学生までに習う足し算、引き算、かけ算(べき乗)、余り(mod)、素数だけで成り立っていることに驚きました。RSA暗号の発明は難産だったようですが発明者って本当に頭が良いですね。 なお、この記事を作成する上で以下のページを参考にさせていただきました。
こんにちは、インフラエンジニアのryuです。 今回の記事では、初心者向けに公開鍵暗号方式をわかりやすく解説します。公開鍵暗号方式は、公開された鍵を使用してデータを暗号化する方法です。暗号化されたデータは秘密鍵と呼ばれるものを使って元のデータに戻します。この公開鍵暗号方式を図解でわかりやすく解説します。 公開鍵暗号方式をわかりやすく解説! 公開鍵暗号方式って何? 公開された鍵で暗号化する方法です! 今回の記事では、公開鍵暗号方式について解説します。 暗号化方式は、「 どうやって暗号化してどうやって元のデータに戻すのか 」という部分がややこしいです。 私も暗号化方式を理解するのに苦労しました・・・ ややこしい部分を初心者の方でもわかりやすいように丁寧に解説します。難しい理屈は抜きで説明します! では、やっていきましょう! 暗号化するための鍵とは? 公開鍵暗号方式の鍵って何? まず、公開鍵暗号方式の名前の中に" 鍵 "という文字があります。 そもそも鍵とは何なのでしょうか? 鍵とは以下の通りです。 暗号技術において、鍵(かぎ、key)とは、暗号アルゴリズムの手順を制御するためのデータである。 (wikipediaより) 鍵とは、暗号アルゴリズムの手順を制御するためのデータ。 つまり、データーを暗号化・復号化するためのものになります。 イメージは以下のようになります。 なぜ暗号化をする必要があるのか? 先ほどまで、鍵でデータを暗号化したり復号化つまり元のデータに戻したりすると説明しました。 では、 そもそもなぜデータを暗号化する必要があるのでしょうか? それは、 インターネット上でやり取りされるデータは盗聴される可能性が高いからです。 例えば、インターネットで買い物をするとき、サイトにどのようなデータを入力しますか?名前、家の住所、クレジットカードの番号など、 様々な機密データをインターネット上のサーバーに送信する必要があります。 この機密データを暗号化せずにそのまま送信すると、悪意の持った人に盗聴される恐れがあります。 インターネット上に流れているデータを盗聴することは難しくないため、簡単に情報が盗まれてしまいます。 このようなことが起こらないようにデータを暗号化する必要があります。 公開鍵暗号方式の仕組みとは? 鍵を使ってデータを暗号化することは分りました。でも 公開鍵暗号方式はどうやっているの?
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