対称鍵暗号とは何ですか?

対称キー暗号化または対称暗号化は、メッセージの暗号化と復号化に同じキーを使用する暗号化方式の一種です。この情報を暗号化する方法は、政府と軍の間の秘密通信を容易にするためにここ数十年で広く使用されてきました。現在、対称キー アルゴリズムは、データのセキュリティを向上させるために、さまざまなタイプのコンピュータ化されたシステムで広く使用されています。

対称暗号はどのように機能しますか？

対称暗号スキームは、2人以上のユーザーに共有される鍵に依存しています。同じ鍵がプレーンテキスト（エンコードされたメッセージやデータ部分を表す）を暗号化および復号化するために使用されます。暗号化プロセスは、プレーンテキスト（入力）を暗号化アルゴリズム（サイファーと呼ばれる）を通して実行し、暗号文（出力）を生成します。

暗号化スキームが十分に強力であれば、誰かが暗号文に含まれる情報を読むまたはアクセスする唯一の方法は、その鍵を使用して復号化することです。復号化プロセスは通常、暗号文をプレーンテキストに戻すことを含みます。

対称暗号システムのセキュリティは、鍵を強制的に解読しようとした場合にそのペアの鍵をランダムに推測することがどれほど難しいかに基づいています。たとえば、128ビットの鍵は、一般的なコンピュータがそれを推測するのに数十億年を要します。暗号化鍵の長さが長くなるほど、解読が難しくなります。一般的に、256ビットの鍵は非常に安全であり、理論的には量子コンピュータの強制攻撃に対して耐性があると考えられています。

現在一般的に使用されている2つの対称暗号スキームは、ブロックとストリームサイファーに基づいています。ブロックサイファーは、定義されたサイズのブロックにデータを統合し、各ブロックをペアの鍵と暗号化アルゴリズム（例：128ビットのプレーンテキストが128ビットの暗号文に暗号化される）を使用して暗号化します。一方、ストリームサイファーはプレーンテキストデータをブロックに暗号化するのではなく、1ビットずつ（1ビットのプレーンテキストが1ビットの暗号文に暗号化される）増加させて暗号化します。

対称暗号と非対称暗号

対称暗号は、現代のコンピュータシステムにおけるデータ暗号化の2つの主要な方法の1つです。非対称暗号は、しばしば公開鍵暗号と呼ばれます。この2つの方法の主な違いは、非対称システムが対称スキームが使用するものとは異なる2つの鍵を使用するという現実です。1つの鍵は公開鍵として共有でき、もう1つの鍵はプライベートに保持する必要があります。

1つの鍵ではなく2つの鍵を使用することは、対称暗号と非対称暗号の間で異なる機能のバリエーションを提供します。非対称アルゴリズムは、対称アルゴリズムに比べてより複雑で遅くなります。

現代のコンピュータシステムにおけるその用途

対称暗号化アルゴリズムは、データのセキュリティとユーザーのプライバシーを向上させるために、多くの現代のコンピュータシステムで使用されています。広く使用されている高度な暗号化標準（AES）は、メッセージアプリケーションおよびクラウドストレージのセキュリティにおける対称暗号の主要な例です。

ソフトウェアの実装を超えて、AESはコンピュータハードウェアに直接実装することもできます。ハードウェアベースの対称暗号スキームは通常、256ビットの鍵を持つ高度な暗号化標準の特定のバリエーションであるAES 256に影響を与えます。

ビットコインのブロックチェーンは、多くのユーザーが信じているように暗号化を使用しないことを覚えておくことが非常に重要です。ただし、これは暗号化を使用せずにデジタル署名（デジタル署名アルゴリズム - DSA）として知られる特定のアルゴリズムを使用しています。

この点での混乱のポイントは、ECDSAが楕円曲線暗号（ECC）に基づいており、暗号化、デジタル署名、疑似ランダム生成器などのいくつかのタスクに交互に適用できるということです。ただし、ECDSA自体は暗号化にはまったく使用されません。

利点と欠点

対称アルゴリズムは、十分に高いセキュリティレベルを提供し、同時にメッセージを迅速に暗号化および復号化することを許可します。対称システムの単純さは、非対称システムに比べて計算能力が少なくて済むため、ロジスティクスの面でも利便性を提供します。さらに、対称暗号によって提供されるセキュリティは、鍵の長さを単純に増やすことでスケール可能です。対称鍵の長さに追加される各ビットに対して、ブルートフォース攻撃による暗号解読の難易度は非常に高くなります。

非対称暗号が多くの利点を提供するにもかかわらず、それに関連する主要な欠点があります：データの暗号化および復号化に使用される鍵を転送する方法です。その鍵が保護されていない接続を介して共有されると、悪意のある第三者による傍受に非常に脆弱になります。許可されていないユーザーが対称鍵にアクセスできると、その鍵を使用して暗号化されたデータのセキュリティが侵害されます。この問題を解決するために、多くのサイトプロトコルは、対称および非対称暗号の組み合わせを使用して、安全な接続を確立します。このハイブリッドシステムの最も一般的な例は、現代のインターネットで広く使用されているトランスポートレイヤーセキュリティ（TLS）プロトコルです。

すべての種類のコンピュータ暗号が不適切に使用されると攻撃に対して脆弱になり得ることを覚えておくことも重要です。十分に長い鍵があれば、数学的に強制攻撃を不可能にすることができますが、プログラマーによって行われた実装上のエラーがしばしばこの脆弱性をサイバー攻撃の侵入経路にしてしまいます。

結論

速度、単純さ、およびセキュリティのおかげで、対称暗号はインターネットトラフィックの保護からクラウドサーバーに保存されたデータの保護まで、アプリケーションで広く使用されています。対称暗号と組み合わせて鍵を安全に転送する問題を解決するためにしばしば使用されますが、対称暗号スキームは現代のコンピュータセキュリティにおいて重要な要素であり続けます。