対称暗号と非対称暗号

暗号技術はコンピュータセキュリティの重要な側面であり、情報を安全な形式に変換し、正しい復号鍵を持つ者だけが読めるようにデータを暗号化することを目的としています。暗号アルゴリズムには主に2つのタイプがあります。対称暗号と非対称暗号です。それぞれの具体的な機能と使用事例、方法、技術的詳細について詳しく見ていきます。

対称暗号

対称暗号は、秘密鍵暗号とも呼ばれ、暗号化と復号の両方に単一の鍵を使用します。この単一の鍵は暗号化されたデータを交換したい当事者間で共有されなければなりません。これは最古で最も一般的な形態の暗号です。データ暗号化標準（DES）、高度暗号化標準（AES）、およびBlowfishなどの人気のある対称暗号化アルゴリズムがあります。

対称暗号化の動作

対称暗号化では、送信者と受信者の両方がキーを共有し、そのキーを使ってメッセージを暗号化および復号します。プロセスは以下のようにまとめられます：

ステップ1：秘密の鍵を選択します。 ステップ2：その鍵を使ってメッセージを暗号文に暗号化します。 ステップ3：暗号文を受信者に送信します。 ステップ4：受信者は同じ秘密鍵を使用して暗号文を元のメッセージに復号します。

対称暗号化の例

単純な対称暗号化の例を考えてみましょう：

オリジナルのメッセージ："HELLO"
秘密の鍵："K"
暗号化メッセージ：各文字をアルファベットで「K」文字ずつシフトさせます。

簡単のために、基本的なシーザー暗号法を仮定しましょう。「K」がシフト3の位置を指す場合：

H -> KE -> HL -> OL -> OO -> R

暗号文はこうなります："KHOOR"。

キーが3であることを知っている受信者は、これを「hello」に変換できます。

対称暗号の利点と限界

利点

効率性：対称暗号化は非対称暗号化よりも高速で、計算リソースが少なくてすみます。
単純性：単一の鍵を使用することにより、プロセスが簡素化され、迅速な実装が可能になります。

限界

鍵の配布：鍵を安全に共有することが難しい場合があります。鍵が侵害されると、暗号化データはもはや安全ではありません。
スケーラビリティ：ユーザーが多いネットワークでは、必要な鍵の数が急速に増加し、鍵管理を複雑にします。

非対称暗号

非対称暗号は、公開鍵暗号とも呼ばれ、公開鍵と秘密鍵のペアを使用します。このシステムでは、公開鍵は公に共有できますが、秘密鍵はその所有者にのみ保持されます。公開鍵で暗号化されたデータは、対応する秘密鍵でのみ復号でき、その逆も同様です。RSA、ECC（楕円曲線暗号）、DSA（デジタル署名アルゴリズム）などの一般的なアルゴリズムがあります。

非対称暗号化の動作

非対称暗号化プロセスは次のように機能します：

ステップ1：公開鍵と秘密鍵のペアを生成します。 ステップ2：公開鍵を共有し、秘密鍵を秘密に保ちます。 ステップ3：メッセージを公開鍵で暗号化します。 ステップ4：暗号化されたメッセージ（暗号文）を受信者に送信します。 ステップ5：受信者は秘密鍵を使用してメッセージを復号します。

非対称暗号化の例

非対称暗号化の例です：

送信者のメッセージ："HELLO"
受信者が公開鍵を共有：PubKey_B
送信者がPubKey_Bを使用してメッセージを暗号化

暗号文は見た目が異なり、秘密鍵がなければ「HELLO」に簡単に変換できません：

暗号文の例：5a3b8c...

受信者のみが秘密鍵を使用して復号できます：PrivKey_B。

非対称暗号の利点と限界

利点

高度なセキュリティ：秘密鍵を共有する必要がなく、鍵の露出を制限することでセキュリティが向上します。
スケーラビリティ：ユーザーのネットワークでは、各ユーザーが単一の鍵ペアを持ち、鍵管理が簡素化されます。

限界

速度の遅さ：非対称暗号化にはより多くの計算リソースが必要で、対称手法よりも遅くなります。
複雑さ：鍵ペアの生成と管理は対称鍵管理よりも複雑です。