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基本情報技術者 2018年 秋期 午前(科目A)38


問題文

共通鍵暗号方式の特徴はどれか。

選択肢

暗号化通信に使用する場合、鍵を相手と共有する必要があり、事前に平文で送付することが推奨されている。
暗号化通信をする相手が1人の場合、使用する鍵の個数は公開鍵暗号方式よりも多い。
同じ程度の暗号強度をもつ鍵長を選んだ場合、公開鍵暗号方式と比較して、暗号化や復号に必要な時間が短い。(正解)
鍵のペアを生成し、一方の鍵で文書を暗号化すると、他方の鍵でだけ復号することができる。

共通鍵暗号方式の特徴はどれか。【午前2 解説】

要点まとめ

  • 結論→が正解: 共通鍵暗号は同じ暗号強度を持つ鍵長を選んだ場合、公開鍵暗号より暗号化・復号が短時間で済みます。
  • 根拠→共通鍵は対称暗号でビット演算やブロック暗号処理が中心で計算量が小さく、公開鍵が要する大きな素因数分解や楕円曲線演算より高速です。
  • 差がつくポイント→鍵の配布は平文で送らない、共通鍵は多数相手だと鍵管理が増える点、実務では公開鍵で鍵交換して共通鍵で大量データを処理するハイブリッド利用が重要です。

正解の理由

正解:
共通鍵暗号(対称鍵暗号)は同一の鍵で暗号化・復号を行う方式で、演算はブロック暗号(AESなど)やストリーム処理が中心です。これらは算術的に比較的軽く、公開鍵暗号(RSAやECC)が必要とする大きな素数の乗除や楕円曲線上の演算に比べて処理が速いため、同等の「暗号強度」を担保する鍵長を選んだ場合に暗号化・復号所要時間が短くなります。したがってウが正解です。

よくある誤解

  • 鍵を相手と共有する際に「平文で送ってよい」と思い込みがちですが、平文送付は危険であり鍵は安全な手段(鍵配布プロトコルや公開鍵暗号等)で共有すべきです。
  • 「公開鍵暗号のほうが常に鍵が少ない」と誤認する受験者がいますが、相手が多数なら共通鍵はそれぞれの組合せごとに鍵が必要になり鍵数が増えます。
  • 共通鍵=安全度が低いと短絡することがあるが、適切な鍵長と管理、ハイブリッド運用で高い安全性と性能を両立できます。

解法ステップ

  1. 問題文のキーワードを確認:「共通鍵暗号方式」「特徴」。
  2. 各選択肢を「鍵の共有方法」「鍵の数」「処理速度」「鍵ペアの性質(片方で暗号化→他方で復号)」の観点で分類する。
  3. 共通鍵=対称鍵(同じ鍵で暗号化・復号)、公開鍵=非対称(鍵ペア)という定義に当てはめて正誤を判定する。
  4. 処理の重さ(数論的演算 vs. ブロック/ストリーム演算)を思い出し、速度に関する選択肢を確認する。

選択肢別の誤答解説

  • ア: 誤り。共通鍵を相手と共有する際に「事前に平文で送付することが推奨」など有り得ません。鍵は安全なチャネルや公開鍵を使った暗号化で配布するのが常識です。
  • イ: 誤り。通信相手が1人の場合、共通鍵暗号は1本の共有鍵で済むことが多く、公開鍵暗号(通常は鍵ペアが必要)より鍵の数は少なく済みます。多数の相手と通信する場合に共通鍵は鍵数が増える点に注意。
  • ウ: 正答。共通鍵暗号は対称暗号で処理が計算的に軽いため、同等の暗号強度を持つ鍵長を選べば公開鍵暗号より暗号化・復号が高速です。
  • エ: 誤り。選択肢は非対称(公開鍵)暗号の性質を述べており、鍵のペアで一方が暗号化すれば他方で復号できるのは公開鍵暗号の特徴です。

補足コラム

実務では性能と安全性を両立させるためにハイブリッド暗号が広く使われます。具体的には、TLSなどで公開鍵暗号(またはDiffie–Hellman)を利用してセッションキー(共通鍵)を安全に交換し、その後は高速な共通鍵暗号(AESなど)で大量データを暗号化します。また、鍵長と安全度の目安としては「AES-128 ≒ 128ビットの対称安全度」であり、同じ安全度を非対称アルゴリズムで実現するには大きな鍵長(例: RSA-3072程度)やECCの利用が必要です。

FAQ

Q: 共通鍵の短所は何ですか?
A: 主に鍵配送と鍵管理の問題です。多数の相手と安全に通信するには鍵数が増え、漏洩時の影響範囲も大きくなります。
Q: なぜ公開鍵暗号は遅いのですか?
A: 素因数分解や楕円曲線上の計算など、計算量の大きい数論的演算を用いるためです。これが処理時間の差に直結します。
Q: 暗号化はどちらを使えばよいですか?
A: データ量が多い場合は共通鍵を使い、鍵配送には公開鍵や鍵交換(Diffie–Hellman)を用いるハイブリッド方式が一般的です。
Q: 試験ではどう見分けるとよいですか?
A: 「同じ鍵で使う」「鍵ペア」「鍵の配布方法」「計算の重さ」などのキーワードで対称・非対称をすぐに切り分けると速く正答できます。

関連キーワード: 共通鍵暗号、対称暗号、公開鍵暗号、AES、RSA、鍵管理、ハイブリッド暗号、TLS、鍵交換、Diffie–Hellman、暗号強度
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