対称暗号化と非対称暗号化:主要な違いを理解する

今日の暗号システムは、大きく分けて対称型暗号と非対称型暗号の二つのカテゴリに分かれています。対称型暗号は対称暗号化に焦点を当てているのに対し、非対称型暗号には二つの主な応用があります：非対称暗号化とデジタル署名です。

これらの暗号化アプローチは、以下のように分類できます。

• 対称キー暗号化
• 対称暗号化
• 非対称暗号化 (public キー encryption)
• 非対称暗号化
  • デジタル署名 (には暗号化)が含まれる場合があります。

この記事では、対称暗号化アルゴリズムと非対称暗号化アルゴリズムの基本的な違いとそれらの実際のアプリケーションについて探ります。

基本的な違い

対称暗号化と非対称暗号化の主な違いは、キーの使用にあります。対称暗号化は、暗号化と復号化の両方のプロセスに単一のキーを使用しますが、非対称暗号化は、数学的に関連しているが異なる2つのキーを利用します。この一見単純な違いが、機能性、安全性、実際の応用において大きな違いを生み出します。

暗号化キーの働き

対称鍵: シングルキーアプローチ

暗号化アルゴリズムは、情報を暗号化および復号化するために使用されるビットシーケンスとしての鍵を生成します。対称暗号化では、同じ鍵が両方の機能を実行します。つまり、データを復号化する必要がある人は、元の暗号化鍵にアクセスできなければなりません。

例えば、アリスがボブに対称暗号化を使用してメッセージを送信する際、彼女はボブと暗号化キーを共有しなければなりません。そうしないと、ボブはメッセージを復号できません。このキーを不正な人物が傍受した場合、彼らは暗号化された情報に完全にアクセスできるようになります。

非対称鍵：二つの鍵システム

非対称暗号化は、二つの異なる鍵を使用する異なるアプローチを取ります。"公開鍵"はデータを暗号化し、自由に共有できますが、"秘密鍵"はデータを復号化し、機密に保つ必要があります。

アリスがボブに非対称暗号化を使用してメッセージを送信する際、彼女はボブの公開鍵を使用してそれを暗号化します。対応する秘密鍵を持つボブだけがメッセージを復号化できます。これにより、セキュリティが強化されます。たとえ誰かがボブの公開鍵を傍受しても、秘密鍵なしではメッセージを復号化することはできません。

キーの長さの要件

これらの暗号化方法の重要な違いは、キーの長さに関係しており、これはセキュリティレベルに直接影響します。

対称暗号化は通常、セキュリティ要件に応じて、128ビットまたは256ビットのランダムに選ばれた鍵を使用します。しかし、非対称暗号は、公開鍵と秘密鍵の間の数学的関係が攻撃者が悪用する可能性のあるパターンを生み出すため、はるかに長い鍵を必要とします。

同等のセキュリティレベルの場合:

• 128ビットの対称キーは2048ビットの非対称キーと同様のセキュリティを提供します
• 256ビットの対称鍵は3072ビットの非対称鍵と比較されます

長所と短所の比較

両方の暗号化タイプには、それぞれ異なる強みと制限があります。

対称暗号化:

• 利点: はるかに高速な処理速度と低い計算要件
• 欠点: キー配布の課題—キーの共有はセキュリティの脆弱性を生み出します

非対称暗号化:

• 利点: 公開鍵/秘密鍵のペアを使用することで、鍵の配布問題を解決します。
• 欠点: より長い鍵の長さのため、処理が著しく遅く、計算要求が高くなる

実世界のアプリケーション

対称暗号化のユースケース

対称暗号化は、大量のデータボリュームの高速暗号化を必要とするシステムで広く使用されています。**高度暗号化標準(AES)**は、米国政府を含む世界中の政府機関によって機密情報保護のために採用されています。AESは、1970年代に開発された古いデータ暗号化標準(DES)に取って代わりました。

非対称暗号化のユースケース

非対称暗号化は、速度が主要な懸念でない場合、複数のユーザーが暗号化/復号化機能を必要とするマルチユーザー環境で価値を発揮します。暗号化されたメールシステムは一般的な応用例です。送信者は受信者の公開鍵を使ってメッセージを暗号化し、受信者は自分の秘密鍵を使ってそれを復号化します。

ハイブリッドシステム: 両方の世界のベスト

多くの現代のアプリケーションは、ハイブリッドシステムにおいて両方の暗号化タイプを組み合わせています。トランスポート層セキュリティ (TLS) プロトコルは、現代のウェブブラウザのセキュリティ基盤であり、このアプローチの例です。以前は、セキュアソケットレイヤー (SSL) プロトコルがこの目的を果たしていましたが、現在では安全ではないと見なされています。

暗号化における暗号資産

暗号技術は、多くの暗号資産ウォレットにおいてセキュリティを強化し、特にウォレットアクセスファイルのパスワード暗号化を通じてその効果を発揮します。しかし、ブロックチェーンシステムと非対称暗号化に関しては一般的な誤解が存在します。

ビットコインのような暗号資産は公開鍵と秘密鍵のペアを使用しますが、必ずしも非対称暗号化アルゴリズムを使用しているわけではありません。前述のように、非対称暗号には主に2つの用途があります：暗号化とデジタル署名。

デジタル署名システムは、公開鍵と秘密鍵を利用する場合でも、必ずしも暗号化技術を使用するわけではありません。メッセージは暗号化なしでデジタル署名されることがあります。RSAは暗号化されたメッセージに署名できるアルゴリズムを表しますが、Bitcoinのデジタル署名アルゴリズム(ECDSA)は全く暗号化を使用していません。

両システムの継続的な重要性

対称暗号と非対称暗号は、ますますデジタル化が進む世界において、機密情報を保護する上で重要な役割を果たしています。それぞれの利点と限界に基づいて異なる目的を果たしますが、どちらも現代のコンピュータセキュリティの不可欠な要素です。

暗号資産技術が洗練された脅威に対抗するために進化し続ける中、これらの補完的な暗号化アプローチは、さまざまなアプリケーションに対して包括的なセキュリティソリューションを提供するために、その重要性を維持するでしょう。