Symmetric vs Asymmetric Encryption in Cryptography

暗号技術における対称暗号と非対称暗号の違い – クイック概要

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データの暗号化は、個人情報や機密性の高いビジネス記録を保護するために、今日以上に重要なタスクです。特に、サイバー攻撃からの最初の防衛として、暗号化は特に暗号通貨と支払い業界で重要です。

暗号学で一般的に使用される2つの暗号化の種類には、対称暗号と非対称暗号があります。両方とも同じ目的を果たしますが、データの保護方法にはわずかな違いがあります。

対称暗号と非対称暗号の違いとは何でしょうか?また、どちらが良いのでしょうか?

キーポイント

  1. 対称暗号は、共有された秘密鍵に依存しますが、非対称暗号は2つの鍵のペアを使用します。
  2. 非対称暗号化は、キーの配布と未知の相手との安全な通信という課題に対処します。
  3. どちらの方式も現代のアプリケーションで使用されており、要求されるセキュリティと効率のレベルに応じて異なる目的を果たします。

非対称暗号化

対称暗号化は、秘密鍵暗号化としても知られ、メッセージを暗号化する最も単純な方法です。これは、暗号化と復号の両方の手続きに単一の鍵を使用することを含みます。この鍵はビット列で構成されることもあれば、数学的アルゴリズム、あるいは発信者と受信者だけが知っているランダムな単語の集合であることもあります

同じ鍵が送信側・受信側双方で使われるため、”対称型 “と呼ばれています。鍵は秘密にされ、安全に交換されなければなりません。

対称暗号の仕組み

そのプロセスには三つの主要なステップがあります:

鍵の生成

秘密鍵はランダム・ナンバー・ジェネレーターか安全なアルゴリズムを使って生成されます。キーの長さは、送信者と受取人が必要とするセキュリティのレベルによって決まります。一般に、鍵が長いほうが攻撃者が推測できる組み合わせが増えるため、より安全だと考えられています。

暗号化

平文メッセージは一定の大きさのブロックに分割され、秘密鍵は「暗号」と呼ばれるプロセスを使って各ブロックに適用されます。この操作の結果は暗号文と呼ばれます。

復号化

受信者は暗号化メッセージを入手すると、送信者と同じ秘密鍵を使って暗号化プロセスを逆行させ、暗号文の各ブロックに復号操作を適用して元のメッセージを取り出します。

Symmetric Encryption Scheme

メリット

対称暗号化操作は、ユーザーや開発者にとっていくつかの利点があります:

  • 速度:そのアルゴリズムは計算効率が高く、大量のデータを迅速に暗号化するのに理想的です。
  • シンプリシティ:実装が簡単で、非対称暗号化よりも少ない計算能力を必要とします。
  • 通信セキュリティ:同じ秘密鍵を持つ個人間の安全な通信を保証します。

欠点

同様に、対称暗号化には次のような制限もあります:

  • 鍵配布:対称エンコードの主な課題は、関係するすべての当事者に秘密鍵を安全に配布することです。鍵が漏洩した場合、システム全体のセキュリティが危険にさらされます。
  • 拡張性:この方法は、大規模なネットワークや複数の当事者が安全に通信する必要があるシナリオに対してはスケーラブルではありません。
pros and cons of symmetric encryption

非対称暗号化

非対称暗号化、または公開鍵暗号化とも呼ばれる非対称暗号化は、一対の公開鍵と秘密鍵を使用する現代の暗号技術です。公開鍵は誰にでも利用可能ですが、秘密鍵は機密情報として保持されます。非対称暗号化は、対称デジタルセキュリティが直面する鍵配布の問題に対する解決策を提供します。

非対称暗号化の仕組み

この暗号アルゴリズムでは、同じ3つのプロセスが関与しています。ただし、先に述べた方法と比べると、若干の違いがあります:

鍵の生成

このプロセスは、公開キーと秘密キーのキーペアを生成することから始まります。数学的な関係はありますが、これらの鍵は互いに推測することはできません。公開鍵は、秘密鍵所有者と安全に通信したい人と共有されます。

暗号化

暗号セキュリティの非対称モデルにおいて安全にメッセージを送信するために、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ます。このプロセスにより、元のデータは、暗号化されたコードに変換され、秘密鍵を所有していない人には読めなくなります。

復号化

暗号化されたデータの受信者のみが、対応する秘密キーを使ってメッセージを復号し、元の平文を取り出すことができます。非対称エンコーディングにより、権限のある当事者だけが重要な情報にアクセスできるようになり、通信プロセスにさらなるセキュリティ層が追加されます。

Asymmetric Encryption Scheme

メリット

このタイプの暗号化が提供する主な利点は次のとおりです:

  • 鍵配布:安全な鍵配布の必要性を排除します。公開鍵は誰にでも共有できますが、秘密鍵は秘密にしておく必要があります。
  • セキュアな通信:未知の相手や共有された秘密鍵に関する事前の合意がない場合でも、機密性と信頼を保証します。
  • デジタル署名:デジタル署名の作成を可能にし、デジタル文書に信頼性を提供します。

欠点

ただし、この方法には欠点もあります:

  • 計算の複雑さ:そのアルゴリズムは計算が複雑であり、対称アプローチと比較して遅いです。そのため、この方法では大量のデータを転送するのが難しいです。
  • 鍵の長さ:対称暗号化と比較して、適切なセキュリティには長い鍵の長さが必要です。
  • 鍵管理:この方法では、秘密鍵への不正アクセスを防ぐために鍵ペアの注意深い管理が必要です。
pros and cons of asymmetric encryption

対称暗号と非対称暗号のどちらを使うべきでしょうか?

どちらの暗号にも長所と短所があり、異なるユースケースに適しています 

対称型はより速く、より効率的で、大量のデータを扱うのに最適です。一方、非対称符号化は、当事者が秘密鍵を交換する必要がないため、より高いセキュリティを提供します。

Symmetric vs Asymmetric Encryption Comparison

対称暗号化の実装

対称エンコーディングの一般的な利用例としては、WhatsAppやSignalのようなセキュアなメッセージングアプリがあり、エンドツーエンドの暗号化にSignal Protocolを使用しています。

銀行分野では、特定の対称暗号化アルゴリズムを用いて、大量のデータを一括暗号化しています。カード決済などの決済アプリケーションでは、個人識別情報 (PII) を保護し、なりすましや不正請求を防ぐために、対称暗号化されたデータが利用されます。

今日のアプリケーションにおける非対称暗号化

一方、非対称エンコーディングは、現代のアプリケーションで広範囲に使用されています。特に、ブロックチェーンにおける暗号技術は重要です。

ほとんどの仮想通貨(例:BTCやETH)は、ブロックチェーン上のアドレスを管理するために非対称暗号化を採用しています。さらに、この方法はスマートコントラクトも保護します。

ユーザーのブラウザとサーバー間のデータ送信を保護するために適用されるSSLやTLSプロトコルでは、非対称エンコードが鍵交換プロセスの中で最も重要な要素の一つです。

非対称データ保護は、PGPやS/MIMEなどの電子メール通信プロトコルのセキュリティの基盤でもあります。これらのプロトコルは公開鍵と秘密鍵を使用して電子メールの内容を保護し、正しい秘密鍵を持つ人物だけがメッセージを解読して読むことができるようにし、プライバシーを保護しメッセージの完全性を守ります。

まとめ

今日のデジタル時代では、データはどの組織やプロジェクトにとっても最も価値のあるものです。サイバー犯罪や侵害の増加が情報や個人の資産に重大な脅威をもたらす中、堅牢で強力な暗号技術が求められています。

よくあるご質問

AESとは何ですか?

AESは、機密データへの不正アクセスから保護するために設計された、よく知られた対称型アプローチです。AESは、データをブロックに変換し、置換、転置、混合の技術を組み合わせて各ブロックを個別に暗号化することで動作します。

RSAとは何ですか?

RSAは、2つの素数を因数分解して強固な保護を実現する非対称アルゴリズムです。鍵の交換やデジタル署名のセキュリティに広く使用され、重要なデータに高いセキュリティを提供しています。

AESとRSAの暗号化:両者の違いは何ですか?

AESとRSAは、それぞれ異なる長所と用途を持つ2つの異なる方式です。AESがデータの高速な暗号化と解読のために設計された対称型アルゴリズムであるのに対し、RSAは主に安全な鍵交換とデジタル署名に使用される非対称型方式です。両者は速度、キーの長さ、ユースケースの点で、異なっています。AESもRSAも、正しく実装されていれば非常に安全な暗号化アルゴリズムであると考えられています。

AESは量子コンピュータに破られますか?

いいえ、十分に大きな鍵サイズが使用されている場合、量子コンピューターはAESを復号化することはできません。量子コンピューターは、従来のコンピューターが苦労する特定の数学的問題を解決するのが得意であり、既存の暗号化手法に脅威を与えます。ただし、AESでより長い鍵長(256ビット以上)を使用すると、量子コンピューターがメッセージを復号化するために必要な時間とリソースが非現実的になります。

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