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システム監査技術者 2015年 午前2 問19


問題文

共通鍵暗号方式において、100人の送受信者のそれぞれが、相互に暗号化通信を行うときに必要な共通鍵の総数は幾つか。

選択肢

ア:200
イ:4,950(正解)
ウ:9,900
エ:10,000

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共通鍵の必要数【午前2解説】

正解の理由

共通鍵暗号方式では、通信する二者が同じ鍵を共有します。したがって、100人が相互に通信する場合、必要な鍵の数は「100人から2人を選ぶ組合せの数」です。
よって、必要な共通鍵の総数は4,950個であり、イが正解です。

解法ステップ

  1. 共通鍵は、通信する二者ごとに1個必要だと考えます。
  2. 100人のうち、鍵を共有する2人の組合せを数えます。
  3. 100人から2人を選ぶ組合せは、次の式で求めます。
  4. したがって、答えはイです。

選択肢別の誤答解説

  • ア:200
    1人当たり2個の鍵が必要だと考えたような数ですが、鍵は個人ごとではなく、通信する二者の組合せごとに必要です。
  • イ:4,950
    100人から通信相手となる2人を選ぶ組合せの数です。すべての組合せを重複なく数えています。
  • ウ:9,900
    で計算した数です。これは「AさんからBさんへ」と「BさんからAさんへ」を別々に数えた値です。二者間で同じ共通鍵を使う前提では、同じ組合せを2回数えているため、2で割ります。
  • エ:10,000
    の計算に相当します。自分自身との通信まで含めて数えているため、相互通信する二者の組合せ数にはなりません。

よくある誤解

  • 送信方向ごとに鍵が必要だと思う
    この問題では、二者が同じ共通鍵を使う前提です。そのため、通信の向きを別々に数えません。
  • 100人それぞれが1個ずつ鍵を持てばよいと思う
    鍵は個人単位ではなく、通信する相手との組合せごとに必要です。
  • をそのまま答えにする
    送信者と受信者を区別して数えると、同じ二者の組合せを往復分の2回数えることになります。

補足コラム

人数を人とすると、相互に通信するために必要な共通鍵の数は、次の式で求められます。
このように、共通鍵暗号方式では利用者が増えると鍵の管理数も急増します。例えば、利用者が2倍になると、必要な鍵の数は単純に2倍ではなく、およそ4倍になります。

FAQ

Q. なぜ100人から2人を選ぶ組合せで数えるのですか?
A. 1個の共通鍵を、通信する二者が共有するためです。鍵1個に対して、利用者の組合せが1組対応します。
Q. 送信方向が逆になっても、別の鍵は不要ですか?
A. この問題の前提では、二者間で共通の鍵を使うため、別の鍵は数えません。

関連キーワード: 共通鍵暗号方式、鍵管理、組合せ、二項係数、暗号鍵
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