公開鍵暗号（PKC）は非対称暗号としても知られ、対称暗号で使用される単一の鍵とは異なり、公開鍵と秘密鍵を使用する枠組みです。PKCの鍵ペアを使用することで、他の暗号技術の課題を解決するために利用できる独自の特性と能力のセットが得られます。この種類の暗号は、現代のコンピュータセキュリティの重要な要素であるだけでなく、急成長しているデジタル通貨のエコシステムにおいても重要な要素となっています。


公開鍵暗号はどのように機能しますか？

公開鍵暗号方式では、送信者が情報を暗号化するために公開鍵を使用し、受信者がそれを復号化するために秘密鍵を使用します。両方の鍵は全く異なるため、公開鍵は安全に共有でき、秘密鍵の安全性は損なわれません。非対称鍵のペアはユニークであり、公開鍵を使用して暗号化されたメッセージは、対応する秘密鍵を持つ人だけが読むことができることを保証します。

非対称暗号アルゴリズムは数学に関連する鍵のペアを生成するため、その鍵の長さは対称暗号で使用されるものよりもはるかに長くなります。この長さは通常1,024ビットから2,048ビットの範囲です。そのため、公開鍵から秘密鍵を計算することは非常に困難です。最も一般的に使用されている非対称暗号アルゴリズムの一つはRSAとして知られています。RSA方式では、鍵は2つの数（通常は2つの大きな素数）を掛け算して得られる係数を使用して生成されます。言い換えれば、標準は2つの鍵（共有できる公開鍵と秘密に保つべき秘密鍵）を生成します。RSAアルゴリズムは1977年にリベスト、シャミール、アドレマンによって初めて描写され（したがってRSAは各貢献者の名前の頭文字を取ったものです）、今でも公開鍵暗号システムの主要な構成要素です。


PKCとしての暗号化ツール

公開鍵暗号は、対称アルゴリズムの長年の問題である暗号化と復号化のために使用される鍵の通信を解決します。この鍵を安全でない接続を介して送信すると、外部の人にさらされ、共通鍵を使用して暗号化されたメッセージを読むことができます。この問題を解決するための暗号化技術（Diffie-Hellman-Merkle鍵交換プロトコルなど）は存在しますが、それでも攻撃に対して脆弱です。対照的に、公開鍵暗号では、暗号化に使用される鍵を任意の接続を介して安全に共有できます。その結果、非対称アルゴリズムは対称アルゴリズムと比較してより高い保護レベルを提供します。


デジタル署名の作成における使用

非対称暗号アルゴリズムのもう一つの応用は、デジタル署名を使用したデータの認証です。簡単に言えば、デジタル署名はメッセージ内のデータを使用して生成されたハッシュです。このメッセージを送信する際、受信者は送信者の公開鍵を使用して署名を検証し、メッセージの発信元を認証し、改ざんされていないことを確認します。場合によっては、デジタル署名と暗号化が一緒に適用され、ハッシュ自体がメッセージの一部として暗号化されることがあります。しかし、すべてのデジタル署名スキームが暗号化技術を使用するわけではありません。


制限

公開鍵暗号はコンピュータセキュリティを向上させ、メッセージの整合性を確認するために使用できますが、いくつかの制限があります。暗号化と復号化に関わる複雑な数学的操作のため、非対称アルゴリズムは大量のデータを扱う際にやや遅くなることがあります。この種類の暗号はまた、秘密鍵が秘密のままであるという仮定に大きく依存しています。秘密鍵が意図せずに共有されたり露出したりした場合、対応する公開鍵を使用して暗号化されたすべてのメッセージのセキュリティが侵害されます。また、ユーザーが誤って秘密鍵を失うこともあり、その場合は暗号化されたデータにアクセスすることが不可能になります。


公開鍵暗号のアプリケーション。

この種類の暗号は、機密情報のセキュリティを提供するために多くの現代的なコンピュータシステムで使用されています。たとえば、電子メールは公開鍵暗号技術を使用して内容の機密性を保つことができます。また、SSL（セキュアソケットレイヤ）プロトコルは、ウェブサイトとの安全な通信を確立するための非対称暗号化方式を使用します。PKCシステムは、投票者が自宅のコンピュータから選挙に参加できる安全な電子投票環境を提供する手段としても探求されています。

公開鍵暗号はブロックチェーン技術とデジタル通貨においても顕著に使用されています。新しいデジタル通貨のウォレットが設定されると、鍵のペア（公開鍵と秘密鍵）が生成されます。公開鍵は公開され、他の人と安全に共有できます。一方、秘密鍵はデジタル署名を生成し取引を確認するために使用されるため、秘密に保つ必要があります。デジタル署名内のハッシュを確認することで取引が確認されると、この取引は公開ブロックチェーンに追加できます。このデジタル署名の検証システムは、デジタル通貨ウォレットに関連付けられた秘密鍵を持つ人だけがその資金を引き出すことができることを保証します。デジタル通貨アプリケーションで使用される非対称鍵は、コンピュータセキュリティの目的で使用されるものとは異なることに注意が必要です。たとえば、ビットコインやイーサリアムは、取引を確認するためにECDSA（楕円曲線デジタル署名アルゴリズム）と呼ばれる専門の暗号化を使用しています。

コンピュータセキュリティから暗号化取引の確認まで、公開鍵暗号は現代のデジタルシステムを保護する上で重要な役割を果たしています。公開鍵と秘密鍵のペアを使用することで、非対称暗号アルゴリズムは対称鍵がもたらす基本的なセキュリティの問題を解決します。公開鍵暗号は何年も前から使用されていますが、定期的に新しい用途やアプリケーションが開発されています。特にブロックチェーンとデジタル通貨の分野で。