共通鍵暗号方式とは？AESなどの仕組みをわかりやすく解説【IPA試験対策】

対象試験と出題頻度

共通鍵暗号方式は、ITパスポート試験、情報セキュリティマネジメント試験、基本情報技術者試験、応用情報技術者試験のすべてで出題される最重要テーマです。

頻出度は「S（超重要）」で、公開鍵暗号方式との違いを問う問題が毎回のように登場します。暗号化の基本中の基本なので、確実に理解しておきましょう。

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対象試験：
ITパスポート
情報セキュリティマネジメント
基本情報技術者
応用情報技術者

出題頻度：
★★★★★
ランクS（超重要）

用語の定義

共通鍵暗号方式（Symmetric Key Cryptography）とは、一言で言うと「暗号化と復号で同じ鍵を使う暗号方式」のことです。「秘密鍵暗号方式」「対称鍵暗号方式」とも呼ばれます。

イメージとしては、「同じ鍵で開け閉めする家の玄関」のようなものです。

あなたが鍵をかけて家を出て、帰宅時に同じ鍵で開ける。送信者と受信者が「同じ鍵」を共有して、暗号化・復号を行うのが共通鍵暗号方式の基本的な仕組みです。

解説

情報処理試験を勉強していると、「共通鍵と公開鍵、結局どっちがいいの？」と疑問に思うことがあります。

結論から言うと、どちらにも長所と短所があり、用途によって使い分けるのが正解です。共通鍵暗号方式の最大の長所は「処理速度の速さ」、最大の短所は「鍵の配送問題」です。

共通鍵暗号方式の長所

共通鍵暗号方式の計算は比較的シンプルなため、処理速度が非常に速いという特徴があります。大量のデータを暗号化する場合、公開鍵暗号方式と比べて数百倍から数千倍も高速に処理できます。

そのため、ファイルの暗号化、ディスクの暗号化、通信データの暗号化など、大量のデータを扱う場面で広く使われています。

また、同じ強度を実現するために必要な鍵の長さが、公開鍵暗号方式より短くて済みます。たとえば、AES-128（128ビットの鍵）は、RSA-3072（3072ビットの鍵）と同程度の安全性を持つとされています。

共通鍵暗号方式の短所（鍵配送問題）

共通鍵暗号方式の最大の弱点は、「鍵をどうやって相手に安全に渡すか」という問題です。これを「鍵配送問題」と呼びます。

暗号化通信を始める前に、送信者と受信者は同じ共通鍵を持っている必要があります。しかし、その鍵をネットワーク経由で送ると、途中で盗聴されるリスクがあります。盗聴されてしまえば、暗号化の意味がなくなってしまいます。

この問題を解決するために、実際のシステムでは公開鍵暗号方式と組み合わせた「ハイブリッド暗号方式」が使われています。最初に公開鍵暗号方式で共通鍵を安全に交換し、その後は高速な共通鍵暗号方式で通信する方法です。

代表的な共通鍵暗号アルゴリズム

試験で覚えておくべき共通鍵暗号アルゴリズムは、主に3つあります。

AES（Advanced Encryption Standard）は、現在最も広く使われている共通鍵暗号です。米国政府が標準として採用し、鍵長は128ビット、192ビット、256ビットの3種類があります。

無線LANの暗号化（WPA2/WPA3）やファイル暗号化など、身近なところで活躍しています。試験では「現在の標準」として覚えておきましょう。

DES（Data Encryption Standard）は、かつての標準だった共通鍵暗号です。鍵長が56ビットと短く、現在のコンピュータ性能では解読可能なため、新規システムでの使用は推奨されていません。試験では「旧標準」「鍵長が短く脆弱」として出題されます。

3DES（Triple DES）は、DESを3回繰り返すことで安全性を高めた方式です。DESからAESへの移行期に使われましたが、現在はAESへの置き換えが進んでいます。

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試験ではこう出る！

共通鍵暗号方式は、全試験区分で頻出です。特に「公開鍵暗号方式との違い」を問う問題が定番で、処理速度、鍵の数、鍵配送問題の3点を押さえておけばほとんどの問題に対応できます。

アルゴリズムの具体的な計算方法までは問われません。試験ではここまででOKです。

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【確認テスト】理解度チェック

ここまでの内容を理解できたか、簡単なクイズで確認してみましょう。