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共通鍵暗号方式

luagate/symmetric-key-crypto共通鍵暗号方式22 枚セキュリティ
スライド103触れる図解124レッスンの導入6

上から下へ、全 22 枚そのまま並べています。

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共通鍵暗号方式

共通鍵暗号方式

1本の鍵で速く守る、そしてその限界

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目次

今日の流れ

1. 復習 — 暗号化の基本

2. 共通鍵方式のしくみ

3. メリット — 速くてシンプル

4. 最大の課題 — 鍵をどう渡す

5. まとめと振り返り

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共通鍵暗号方式 - イントロ

今日のゴール

この時間で身につけてほしいことです。

  • 共通鍵方式が「同じ鍵で施錠・解錠」だと分かる
  • 速くてシンプルという利点を説明できる
  • 鍵配送問題が何かをイメージできる
  • 人数が増えると鍵が増える問題が分かる
  • なぜ公開鍵方式が必要になるか腑に落ちる
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共通鍵暗号方式 - 復習

復習 — 暗号化の基本

まず前回の要点をサッと思い出しましょう。

暗号化と鍵（おさらい）

読める平文を、鍵を使って読めない暗号文に変えるのが暗号化。元に戻すのが復号。秘密にすべきは手順ではなく鍵。

・平文 → 暗号文 が暗号化

・暗号文 → 平文 が復号

・鍵を知る人だけが元に戻せる

・今日は鍵が1本の方式を深掘りする

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共通鍵暗号方式 - しくみ

共通鍵方式とは

暗号化と復号に、まったく同じ1本の鍵を使う方式です。

共通鍵方式（対称鍵暗号）

送る側と受け取る側が同じ鍵を共有し、その1本の鍵で暗号化も復号も行う方式。施錠と解錠が同じ鍵という点がポイント。

・暗号化する鍵 ＝ 復号する鍵

・二人が同じ鍵を持っている前提

・鍵を知らない第三者は読めない

・別名は対称鍵暗号

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共通鍵暗号方式 - しくみ

共通鍵 ＝ 同じ合鍵を2人で持つ

同じ合鍵で鍵をかけたり開けたりする、貸金庫のイメージです。

送る人
  • 合鍵で箱に鍵をかける
  • 中身を見られなくする
同じ合鍵
  • 二人がまったく同じ鍵を持つ
  • これで施錠も解錠もする
受け取る人
  • 同じ合鍵で箱を開ける
  • 中身を取り出す
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共通鍵暗号方式 - しくみ

暗号化と復号の流れ

同じ鍵を共有している前提で、暗号文をやり取りします。

1. 鍵を共有

二人が同じ鍵を持っている（ここが後で課題になる）

2. 暗号化

送る側が共通鍵で平文を暗号文にする

3. 送信

暗号文を送る（途中で見られても読めない）

4. 復号

受け取る側が同じ共通鍵で平文に戻す

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共通鍵暗号方式 - メリット

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第2部 メリット

速くてシンプル

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共通鍵暗号方式 - メリット

共通鍵方式の強み

鍵が1本でしくみが単純なので、性能面で優れています。

  • 処理が高速 — 大量のデータでもサクサク暗号化できる
  • しくみがシンプルで分かりやすい
  • 計算の負担が軽い
  • 動画や大きなファイルの暗号化に向く
  • だから実際のデータ本体の暗号化はこれが担う
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共通鍵暗号方式 - メリット

代表的な方式（名前だけ）

今広く使われている共通鍵方式の代表格です。名前だけ知っておきましょう。

AES（エーイーエス / Advanced Encryption Standard）

現在もっとも広く使われている共通鍵暗号の標準方式。高速で安全性も高く、通信や保存データの暗号化に幅広く使われている。

・世界中で標準的に採用されている

・高速かつ強固

・HTTPSの中でもデータ暗号化に使われる

・自作せず、こうした標準方式を使うのが鉄則

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共通鍵暗号方式 - 課題

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第3部 最大の課題

鍵をどう渡すか

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共通鍵暗号方式 - 課題

鍵配送問題

共通鍵方式の一番の弱点は「鍵をどう安全に渡すか」です。

鍵配送問題（鍵共有問題）

共通鍵方式では送る側と受け取る側が同じ鍵を持つ必要があるが、その鍵自体をどうやって安全に相手へ渡すかが難しいという問題。

・鍵を普通に送ると、途中で盗まれうる

・盗まれた鍵で暗号文を全部読まれてしまう

・暗号化のために、まず鍵を安全に渡す必要がある

・この矛盾が共通鍵方式の根本的な弱点

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共通鍵暗号方式 - 課題

鍵が漏れたらどうなるか

共通鍵は施錠も解錠も同じ鍵なので、1本漏れると守りが一気に崩れます。

  • その鍵で暗号化した通信がすべて読まれる
  • 過去の暗号文もさかのぼって解読されうる
  • なりすまして暗号文を作られる恐れ
  • 誰が漏らしたか特定しづらい
  • だから鍵の管理が極めて重要
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共通鍵暗号方式 - 課題

人数が増えると鍵が爆発する

全員が安全に通信するには、ペアごとに別々の鍵が必要です。人数が増えると鍵の数が急増します。

190 必要な鍵の数15211476380
3必要な鍵の数
10必要な鍵の数
45必要な鍵の数
190必要な鍵の数
3人
5人
10人
20人

出典: 全ペアに固有の鍵を用意する場合の計算（n×(n-1)/2）

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共通鍵暗号方式 - 課題

だから公開鍵方式が必要

共通鍵方式の弱点をまとめると、次の方式への必要性が見えてきます。

  • 速いが、鍵を安全に渡すのが難しい（鍵配送問題）
  • 鍵が1本漏れると守りが崩れる
  • 人数が増えると鍵が爆発的に増える
  • この「鍵を渡す問題」を解くのが公開鍵方式
  • 実際は共通鍵と公開鍵を組み合わせて使う（次回）
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共通鍵暗号方式 - 実際

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第4部 実際の使われ方

データ本体を守る役

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共通鍵暗号方式 - 実際

現実での役割分担

実際の通信では、共通鍵と公開鍵がそれぞれ得意分野を担います。

共通鍵の役割
  • 大量のデータ本体を高速に暗号化
  • 通信の中身を守る主役
  • 速さが活きる
公開鍵の役割
  • 最初に共通鍵を安全に渡す
  • 本人確認や署名に使う
  • 鍵配送問題を解決する
組み合わせ
  • 公開鍵で共通鍵を届ける
  • あとは速い共通鍵で通信
  • HTTPSもこの形
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共通鍵暗号方式 - 実際

ミニ演習 — 身近なたとえで考える

鍵配送問題を、日常のたとえで考えてみましょう。

考えてみよう

遠くの友だちに「同じ合鍵で開く箱」で秘密の手紙を送りたい。でも合鍵自体を郵送すると、途中で誰かにコピーされるかもしれない。どうすれば合鍵を安全に渡せるだろう？

・合鍵を普通に郵送する → コピーされる危険

・会って手渡し → 遠いと現実的でない

・この「どう渡すか」がまさに鍵配送問題

・次回の公開鍵方式が、この答えになる

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共通鍵暗号方式 - まとめ
クイズ

振り返りクイズ

今日の内容を確認しましょう。

共通鍵暗号方式の最大の弱点はどれ？

A
処理がとても遅いこと
B
暗号化と復号で同じ鍵を、相手にどう安全に渡すかが難しいこと
C
暗号文が元に戻せないこと
D
鍵が長すぎて使えないこと
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共通鍵暗号方式 - まとめ
答え

振り返りクイズ 解答

共通鍵暗号方式の最大の弱点はどれ？

A
処理がとても遅いこと
B
暗号化と復号で同じ鍵を、相手にどう安全に渡すかが難しいこと
C
暗号文が元に戻せないこと
D
鍵が長すぎて使えないこと

共通鍵方式は速くてシンプルですが、送る側と受け取る側が同じ鍵を持つ必要があり、その鍵自体を安全に渡すのが難しい（鍵配送問題）のが最大の弱点です。これを解決するのが次回の公開鍵方式です。

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共通鍵暗号方式 - まとめ

質疑・次回予告

今日のまとめと、次に学ぶテーマです。質問があればここで受け付けます。

今日のおさらい
  • 共通鍵は同じ1本の鍵で施錠・解錠
  • 速くてシンプルだが鍵配送が課題
  • 人数が増えると鍵が爆発する
次回予告
  • 公開鍵暗号方式 〜2本の鍵の魔法〜
  • 鍵配送問題をどう解くかを学ぶ
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共通鍵は「同じ鍵で施錠も解錠もする、速くてシンプルな方式」。ただし鍵をどう渡すかが難しい。この弱点こそが、次の公開鍵方式が生まれた理由です。

— 共通鍵暗号方式

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