暗号理論

暗号学(cryptography、またはcryptology)とは、情報を隠すための実践と研究のことである暗号と呼ばれることもありますが、これは本当の正しい名前ではありません。情報を秘密にして安全に保つために使われる科学です。現代の暗号学は、数学コンピュータサイエンス電気工学をミックスしたものです。暗号はATM(銀行)カードコンピュータのパスワード、インターネットでの買い物などで使われています。

暗号を使ってメッセージを送信する場合、送信前に文字を変更(暗号化)します。文字を変更する方法を「暗号」、より正確には「暗号」と呼びます。変更されたテキストは「暗号文」と呼ばれます。この変更により、メッセージは読みにくくなります。それを読もうとする人は、それを変更し直さなければなりません(あるいは解読しなければなりません)。どうやって書き換えるかは秘密です。メッセージを送った人も、受け取った人も、秘密の変更方法を知っているはずですが、それ以外の人は知ることができないはずです。秘密を発見するためにサイファーテキストを研究することを「暗号解読」や「クラッキング」、時には「コードブレーキング」と呼んでいます。

暗号の種類が違えば、使いやすいものと使いにくいものがあり、秘密のメッセージを良くも悪くも隠すことができます。暗号は、秘密のメッセージを隠すための秘密である「鍵」を使用します。暗号方式は秘密である必要はありません。様々な人が同じ方法を使っていても鍵が違うので、お互いのメッセージを読み取ることはできません。シーザー暗号はアルファベットの文字数と同じ数の鍵しかないので、すべての鍵を試すことで簡単に解読することができます。何十億もの鍵を許す暗号は、より複雑な方法で解読されます。

カエサルの時代以来、多くの改良されたサイファーが作られてきました。その中には、巧妙な暗号解読に対抗するための巧妙な数学が関与していたものもありました。20世紀には、コンピュータが暗号解読の主要なツールとなった。

20世紀初頭の暗号ホイールZoom
20世紀初頭の暗号ホイール

対称的

称鍵アルゴリズムでは、送信者と受信者の両方が鍵を共有します。送信者はメッセージを隠すために鍵を使用します。その後、受信者は同じ鍵を逆の方法で使用して、メッセージを明らかにします。何世紀にもわたって、ほとんどの暗号技術は対称的なものでした。Advanced Encryption Standardは広く使われているものです。しかし、これは対称性と混同してはいけません。

非対称

非対称暗号の方が使いにくい。非対称暗号を使いたい人はそれぞれ、共有されない秘密の番号(「秘密鍵」)と、誰にでも教えられる別の番号(「公開鍵」)を使います。もし他の誰かがこの人にメッセージを送りたいと思ったら、彼らはメッセージを隠すために言われた番号を使います。これで、メッセージは送信者であっても明かすことができなくなりましたが、受信者は自分の秘密、あるいは「秘密鍵」を使って簡単にメッセージを明かすことができるようになります。そうすれば、誰も秘密鍵を知る必要はありません。

非対称暗号は一般的に、より多くの時間がかかり、より多くのコンピュータパワーを必要とするため、ほとんどの場合には使用されません。その代わりに、あるデータ(ファイルやウェブサイトなど)が特定の送信者から送信されたことをコンピュータが知る必要がある場合に、コンピュータ署名に使用されることが多いです。例えば、ソフトウェアの更新プログラムをリリースしているコンピュータ・ソフトウェア会社は、更新プログラムに署名して、その更新プログラムが自分たちによって作成されたものであることを証明することで、ハッカーが危害を加えるような更新プログラムを自分たちで作成できないようにすることができます。HTTPS を使用するウェブサイトでは、RSA という一般的なアルゴリズムを使用して証明書を作成しています。コンピュータはまた、非対称暗号を使用して、対称暗号のための鍵をお互いに与えることができます。

コンピュータ

コンピュータは素早く計算できます。コンピュータは非常に強力な暗号化を行うことができ、21世紀の暗号技術のほとんどはそれを使用しています。例としては、RSAやAESのようなコンピュータアルゴリズムがありますが、他にもたくさんあります。これらのような優れたアルゴリズムを使用すると、送信された情報を読み取るのが非常に困難になります。

人々

人はコンピュータよりも遅いので、彼らが使っているどんな暗号も、それを変更するための秘密の方法が十分に知られていれば、おそらく壊れる可能性があります。

機械がなくても人ができる暗号の単純な形式としては、シーザー暗号や転置暗号などがありますが、コンピュータが使われる前には他にも多くの種類が使われていました。

質問と回答

Q:暗号とは何ですか?


A: 暗号学は、情報を隠すための技術であり、研究です。数学、コンピュータサイエンス、電気工学を組み合わせて、情報を秘匿し、安全に保つための技術です。

Q:暗号はどのように使われているのですか?


A: 暗号は、ATM(銀行)カード、コンピュータのパスワード、インターネットでの買い物などで使われています。暗号を使ってメッセージを送信する場合、送信前に変更(暗号化)されます。

Q: 暗号を使って文章を変えるとは、どのようなことですか?


A: 暗号で文章を変えるには、「暗号」を使います。変更されたテキストは「暗号文」と呼ばれます。これにより、メッセージが読みにくくなるので、誰かがそれを元に戻す(または復号する)必要があります。

Q:暗号文を研究して秘密を発見することを何と言いますか?


A: 秘密を発見するために暗号文を研究することを「暗号解読」または「クラッキング」、時には「コードブレーキング」と呼びます。

Q:暗号はどのような鍵を使用するのですか?


A:暗号は「鍵」を使用します。「鍵」は秘密のメッセージを隠すための秘密です。

Q:シーザー暗号はいくつの鍵を持っていますか?


A:シーザー暗号はアルファベットの数だけ鍵があるので、可能な限りの鍵を試せば簡単に解読することができます。

Q:20世紀になって、コンピュータはどのように暗号に関わるようになったのですか?


A:20世紀にコンピュータが暗号の重要なツールとなったのは、何十億もの鍵を許容する暗号をより複雑な方法で解読することが可能になったからです。

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