共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の仕組みをわかりやすく解説【高校情報Ⅰ】4-12 暗号化の仕組み
Summary
TLDRこのビデオでは、暗号化の基本とその2つの主要な方式について解説しています。まずは暗号化の定義から始め、情報をネットワークで送信する際に第三者からの盗聴を防ぐ方法を説明します。次に、共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の仕組み、メリット、デメリットを図を使って丁寧に解説します。シーザー暗号やRSA暗号などの具体例を取り上げ、理解を深めるための情報を提供します。最後に、デジタル署名や電子認証など、セキュリティ技術における暗号化の応用について触れ、次回のビデオに期待をかける締めくくりとなっています。
Takeaways
- 🔒 暗号化とは、ネットワーク上で情報を送る際に第三者に盗聴されても中身を解読できないように変換することです。
- 🔑 暗号化には2つの方式があり、共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式があります。
- 🔄 共通鍵暗号方式では、送信側と受信側で同じ鍵を使用してデータを暗号化します。
- 👀 シーザー暗号は、アルファベットを一定の数だけずらして暗号化するシンプルな方法です。
- 🔐 秘密鍵は送信側と受信側の間で秘密にし、第三者に知られないように管理する必要があります。
- 🔎 公開鍵暗号方式では、送信側は公開鍵で暗号化し、受信側は秘密鍵で複合します。
- 🔍 RSA暗号は素因数分解の性質を利用した公開鍵暗号方式の一種です。
- 🚀 公開鍵暗号方式の利点は、秘密鍵を共有する必要がなく、鍵管理が容易であることです。
- 📉 公開鍵暗号方式の欠点は、複雑な計算処理が必要で処理が遅くなることです。
- 💬 実際に使われる暗号化方式は、共通鍵と公開鍵方式を組み合わせたハイブリッド方式が一般的です。
- 📚 デジタル署名や電子認証など、他のセキュリティ技術にも暗号化の仕組みが応用されています。
Q & A
暗号化とはどのような意味ですか?
-暗号化とは、ネットワーク上で情報を送る時に、途中で第三者に盗聴されても中身を解読できないような形式に変換することを指します。
暗号化にはどのような2つの方式がありますか?
-暗号化には共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の2つの方式があります。
共通鍵暗号方式とはどのような仕組みですか?
-共通鍵暗号方式とは、送る側と受け取る側で共通の鍵、つまり同じ鍵を使用してデータを暗号化・複合する方式です。
シーザー暗号とはどのようなもので、どのように使われていますか?
-シーザー暗号はアルファベットの文字を一定の数だけ後ろにずらして暗号化する簡単な方法です。この方法は古くから使われており、例としてメッセージを暗号化する方法として説明されています。
公開鍵暗号方式のメリットとデメリットをそれぞれ教えてください。
-公開鍵暗号方式のメリットは、秘密鍵を他の人と共有する必要がなく安全性が高いことと、公開鍵を使いまわすことで鍵の管理が容易であることです。一方、デメリットは、暗号化と複合に複雑な計算が必要で処理が遅くなることです。
RSA暗号はどのような性質を利用していますか?
-RSA暗号は素因数分解の性質を利用しています。大きな素数を掛け算してできた値を求めるのは非常に難しい一方、その逆の計算は比較的容易です。
公開鍵と秘密鍵の違いは何ですか?
-公開鍵は誰でも利用できるもので、暗号化に使われます。一方、秘密鍵は個人が持つもので、暗号文の複合に使われます。
セッション鍵方式とは何ですか?
-セッション鍵方式、またはハイブリッド鍵方式とは、共通鍵暗号方式でやり取りを行いながら、秘密鍵を公開鍵暗号方式で送るという2つの方式を組み合わせた方法です。
デジタル署名とはどのようなものですか?
-デジタル署名は、暗号化技術を用いてメッセージの整合性と発信者の認証を行うセキュリティ技術です。次回の動画で詳しく解説される予定です。
この動画ではどのようなポイントを紹介しましたか?
-この動画では、暗号化の仕組み、特に共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式について、その仕組みやメリット・デメリットを解説しました。また、デジタル署名や電子認証にも暗号化が使われることについても触れています。
Outlines
🔒 暗号化の基礎と種類
この段落では、暗号化の概念とその2つの主要な方式について解説しています。まずは暗号化が情報の安全性を確保する手段として重要な役割を果たしていることから説明し、その後共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の仕組み、メリット、デメリットに焦点を当てています。共通鍵方式では送信者と受信者が同じ鍵を使用し、公開鍵方式ではそれぞれ異なる鍵を持ち、RSA暗号を使った具体例を通じて説明しています。
🔐 公開鍵暗号方式とRSA暗号の解説
公開鍵暗号方式におけるRSA暗号について詳しく説明しています。RSA暗号は素因数分解を利用した方式であり、大きな素数を掛け合わせた値を作り出し、その逆运算である素因数分解が困難である性質を利用して安全な通信を実現します。公開鍵と秘密鍵の概念に加えて、RSAの計算過程とその安全性、管理の容易性などの利点も触れています。
📚 デジタル署名と電子認証の紹介
最後の段落では、次回の動画で取り上げる内容であるデジタル署名と電子認証について触れています。デジタル署名は暗号化技術を応用したもので、メッセージの改ざんや詐欺を防止するセキュリティ機能です。また、電子認証も同様に重要なセキュリティ技術であり、オンラインでの取引における信頼性と安全性を確保する上で欠かせないものとなっています。
Mindmap
Keywords
💡暗号化
💡共通鍵暗号方式
💡公開鍵暗号方式
💡シーザー暗号
💡RSA暗号
💡平文
💡暗号文
💡鍵
💡秘密鍵
💡公開鍵
Highlights
テーマは暗号化の仕組み
暗号化とは何かから説明
共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の仕組み
シーザー暗号やRSA暗号などの具体例
暗号化は情報の盗聴を防ぐ
共通鍵暗号方式は同じ鍵を使う
公開鍵暗号方式は異なる鍵を使う
シーザー暗号は文字を後ろにずらす
秘密鍵は第三者に知られたくない
共通鍵暗号方式はシンプルで速いが鍵共有が問題
公開鍵暗号方式は安全だが処理が遅い
公開鍵暗号方式はRSA暗号の素因数分解を利用
公開鍵と秘密鍵の使い分け
ハイブリッド鍵方式は両方式を組み合わせる
セッション鍵方式は秘密鍵を公開鍵で送る
確認クイズでポイントを復習
デジタル署名や電子認証にも暗号化が使われている
次回はデジタル署名と電子認証の仕組みについて解説
Transcripts
はいこんにちは今回のテーマは
暗号化の仕組みです
具体的にはこのように
暗号化とは何かというところから
暗号化の2つの方式ですね共通鍵暗号方式
と公開鍵暗号方式の仕組みそしてメリット
やデメリットまでこのような図を使い
ながら基本から丁寧に解説していきます
シーザー暗号や
RSA暗号といった
具体例を使いながら説明していくのでぜひ
この動画を見て理解を深めてくださいそれ
では早速解説に入りましょう
それでは早速
暗号化とは何かというところから解説して
いくとこちらですね
ネットワーク上で情報を送る時に
途中で第三者に盗聴されてしまっても中身
を解読できないような形式に変換すること
これを
暗号化というふうに言います
暗号化には大きく2つの方式があります
それが共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式
ですねでは一つずつ詳しく解説してきます
今回の
暗号化というのは
ネットワーク上で情報を送る時の話なので
情報を送る側と受け取る側この2つが出て
くるんだというのをまず押さえておき
ましょうそしてこの1番の共通鍵暗号方式
というのは送る側と受け取る側で共通の鍵
つまり同じ鍵を使う
暗号方式を言いますじゃあどういう仕組み
なのかというのを下の図を使って説明して
いきますねまず情報を送る側と受け取る側
がいますこの2人の間でインターネットを
通して情報を送るということを考えるわけ
ですねそして送りたいデータはこちら
enjoystudyというメッセージを
受信側に届けたいわけですがこれこのまま
インターネット上に流してしまうと他の人
がデータを受け取って
盗聴されてしまうかもしれないということ
でこのような元のメッセージを第三者が
解読できないような形に変換するつまり
暗号化をしてデータを送るわけですねこの
時
暗号化される前の文のことを平文と呼んで
暗号化した後の文のことを
暗号文と呼んだりしますさらに
暗号化するときの
具体的な手順トリックのことを
鍵と呼んだりしますこの辺りいろんなキー
ワードが出てくるんですがこの動画の中で
意識して繰り返し使っていくのでぜひ少し
ずつ慣れていってくださいそしてこの例の
暗号化のトリック鍵ですねこれ2と書いて
ありますがどんなルールで暗号化している
かわかりますかこれ実はそれぞれの
アルファベットの文字を2文字分後ろに
ずらすというルールで下の暗号文を作って
いますつまりこのようなアルファベットの
順序に従って最初のEだったら2文字後に
ずらしてFGですねNもOPという風に
それぞれ2文字ずつ後ろにずらすことで
暗号化を行っていますこれ実はシーザー
暗号と呼ばれているやり方で実際に昔使わ
れていたことがある暗号化のやり方なん
ですね
暗号化した結果の文字見てみるとこれだけ
見ても全然意味不明ですよねなのでこの
データがもしインターネット上で
盗聴されたとしても元の情報は解読でき
ないということになるわけですそして受信
側ではこの暗号文を受け取ったら今度は2
文字前にずらすことでエンジョイスタディ
という元の平群に戻るということを行い
ますこのように受け取った暗号文を平群に
戻すことを
複合という風に言いますというわけでこの
ようなシーザー暗号では送信側と受信側で
同じ鍵を使うわけですねそしてこの鍵は
もし第三者に知られてしまうとその人も
この暗号文を複合できることになって
しまうのでこの鍵の情報というのはこの
2人の間で
秘密にしておく必要がありますこのように
第三者に知られてはまずい秘密にしておか
なくちゃいけない鍵のことを
秘密鍵という風に言います
そしてこの共通鍵暗号方式の特徴ですね
メリットとデメリット見ていきましょう
まずメリットの方はこの共通鍵暗号方式
結構仕組みがシンプルなので
暗号化や複合の処理これを一般的に早く
行うことができますただ大きなデメリット
が2つあってまず1つ目がどうやって秘密
鍵を共有するかその方法を考えなくちゃ
いけないということですね
これ結構大きな問題でそもそもエンジョイ
スタディーという秘密の文章を他の人には
バレないように相手に届けたいということ
で
暗号化をしようとしているのにこの鍵の
情報も他の人には知られないように相手に
届けなくちゃいけないということで結構
本質的な問題だったりしますねさらにこの
送信側がもし別の人にも秘密の情報を送り
たいという時にはこの人にも解読できない
ようにしなくちゃいけないのでこの人の鍵
とまた別の人の鍵は違うものを用意する
必要が出てきますよねつまり通信する相手
ごとに鍵を用意する必要が出てくるという
わけです
昔から
軍事的な場面とか
政治的なところで大切な情報を他の人には
バレないように相手に届けたいという
ケースがたくさんあったんですがこのよう
に共通鍵暗号方式は問題が多いので何か
いい仕組みがないかというのがずっと考え
られてきましたそして生み出されたのが
こちら2番の公開鍵暗号方式ですねこの
公開鍵暗号方式では送信側と受信側で違う
鍵を使います
具体的には送信側では公開鍵というものを
使った暗号化して受信側では
秘密鍵を使って
久保をします
ではこの公開鍵暗号方式の仕組みをこちら
の図を使って説明していきますこの図は
公開鍵暗号方式の一つ
RSA暗号というものを図にしたものです
ねこのRSA暗号というのは
素因数分解のある性質を利用した暗号方式
なんですが
ざっくりと言うとこのようなクイズを解く
のは難しいという性質ですね
この
23,707という数字はある2つの素数
を掛け算してできた数字なんですけどこれ
なんだかわかりますかこれ実はかなり
難しい問題で答え書いちゃうとこの2つの
数字になります
はいこのように大きな素数を掛け算して
できた値というのは
素因数分解をするのがすごく難しいんです
ね
厳密に言うとここの数字を1から全部確認
していけばいつかは計算できるんですが
ここの数字が大きくなるといくら
コンピューターを使っても相当時間が
かかっちゃうというイメージですでもこの
2つの数字から
掛け算した結果を求めるのはもう一瞬で
できちゃいますよねこのように左から右を
計算するのはすごく難しいけど右から左を
計算するのはものすごく簡単こんな性質が
RSA暗号ではうまく活用されています
じゃあどう活用されているかというとまず
平文がエンジョイしたりこれを掛け算した
結果の値23,707とあとちょっとした
データを使って
複雑な計算処理をして暗号化をしますそし
たらこの暗号文をインターネットで送って
受信側では
素因数分解をした結果つまり他の人には
簡単に得られないデータを使って
複合するというのが
RSA暗号の仕組みですこの計算のところ
は例えばフェルマーの小定理とか結構
難しい計算をしてたりするので
詳しい説明は割愛しますが簡単に得られる
データを公開鍵としてみんなに公開して
これを使って暗号化してもらうそして複合
する時に簡単には得られないデータを秘密
鍵としてそれを使うことで複合することが
できるという大まかなイメージを持って
おいてくださいこのような公開鍵暗号方式
を使うとまず
秘密鍵を他の人と共有する必要がないので
安全性がより高くなるということと一つの
公開鍵をみんなに使ってもらうことが
できるということで相手ごとに鍵を変える
必要がないつまり鍵を管理しやすくなると
いうメリットがありますただし暗号化と
複合でそれぞれ複雑な計算処理が必要だっ
たりするので
処理が遅くなってしまうというデメリット
はありますというわけで1番の共通鍵暗号
方式2番の公開鍵暗号方式それぞれ
メリットとデメリットがあるので
組み合わせで使われることも多くなってき
ています
具体的には大まかな流れは共通×暗号方式
でやり取りをするとただしこの共通鍵です
ねこれをどうやって送信側と受信側で共有
するかつまりこの
秘密鍵を送るところだけこの公開書き暗号
方式を使って送信するという方式がよく
使われてるんですねちょっとややこしいの
で別の言い方もしておくと元のデータ平分
は共通鍵暗号方式で送ってこの秘密鍵だけ
公開書き暗号方式で送るという2つの公式
を組み合わせた方法ですこの方式のことを
セッション鍵方式とかハイブリッド鍵方式
と呼んだりもしますこのあたりは結構深い
話なのでふーんというデートで頭の片隅に
残しておいてもらえれば大丈夫ですそれで
は最後に今回のポイントを振り返るための
確認クイズにチャレンジしてみましょう
[音楽]
はいそれでは答え合わせをしていき
ましょうまず資格1番ですね情報を送る時
に第三者に盗聴されても解読できないよう
にすることを
丸1番暗号化と言いましたそして
暗号化する前のデータを
丸2番平分と言って
暗号化されたデータのことを
丸3番
暗号文と言いますさらに
暗号文を元の平文に戻すことを
丸4番
複合と言いました続いて近く2番
暗号化の方式には
暗号化と複合に同じ鍵を使う
丸5番共通鍵暗号方式と送信者が公開鍵を
使って
暗号化をして受信者が
秘密鍵を使って
複合をする丸6番公開鍵暗号方式大きく
この2パターンがあります今回はこの
あたりのキーワードぜひポイントとして
押さえておいてくださいというわけで今回
は
暗号化の仕組みについて解説しました特に
暗号化の2つの方式ですね共通鍵暗号方式
と公開鍵暗号方式についてそれぞれどう
いう仕組みなのかというのを
ホワイトボードの図も含めて
理解をしておいてもらえたらと思います
もし今回の動画が良かった
参考になったという人はこの動画を他の人
でも見てもらえるようにぜひいいねや
コメントで感想などを送ってもらえたら
嬉しいですそして今回は
暗号化の話でしたが実はこの暗号化の
仕組みデジタル署名っていう他の
セキュリティ技術でも使われているんです
ね次回はこのデジタル署名や電子認証の
仕組みについて基本から解説していくので
ぜひチャンネル登録をして楽しみに待って
いてくださいそれではまた次の動画で会い
ましょうありがとうございました
[音楽]
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