暗号化とハッシング

公共の場で面識のない二人が秘密を合意する

• ここには不可能そうに聞こえる問題があります。あなたと店は一度も会ったことがなく、何も共有していません。互いに交わす言動は誰にも盗聴されます。秘密鍵を合意してください。
• 1976年まで、答えは「不可能だ」でした：対称暗号では、事前にキーを宅配便や対面で届ける必要があります。そのため戦時中の暗号帳は印刷されて輸送されました。
• その後ディフィー、ヘルマン、そしてリヴェスト、シャミル、アドレマンによって、それができることが示されました。それは、施錠只能用のキーと、解錠只能用の別のキーを用いることで実現できます。あなたがオンラインで行ってきたすべての購入はこの仕組みの上に成り立っています。
• このレッスンは、対称暗号と非対称暗号、なぜ現実のシステムで両方を使用するのか、そしてハッシュ関数と呼ばれる一方向関数について解説します。

語彙

• 暗号化は、キーを使って読み可能な平文を読み取れない暗号文に変換することです。復号とは、適切なキーを使ってその逆を行うことです。
• 暗号化は機密性を守ります：盗聴されたコピーでも内容を読み取ることはできません。ただし、データが盗聴されたり、遅延させられたり、削除されたりすることを防ぐものではありません。
• 強みはアルゴリズムの秘匿ではなく、キーにあります。アルゴリズムは公開されており、弱点が敵ではなく味方の研究者によって見つけられるよう、あえて研究対象となっています。

対称暗号

• 対称暗号は、暗号化にも復号にも同じキーを使います。AESが標準的な例です。
• 高速であるため、大量データに適しています：ハードディスク全体、動画ストリーム、大きなファイルなど。
• 弱点はキー配分です：キーが盗聴されることなく相手元へ届く必要がありますが、もし盗聴されればシステム全体が破綻します。$n$人の全員がペアごとに秘密通信をしたい場合、必要なキーの数は$n$の二乗に増えます。

非対称暗号

• 非対称暗号では、各ユーザーにキーペアが割り当てられます：世界中に公開する公開鍵と、絶対に開示しない秘密鍵です。
• 公開鍵で暗号化したものは、対応する秘密鍵でのみ復号できます。したがって、エリスに機密メッセージを送る場合は、エリスの公開鍵で暗号化し、エリスだけがそれを読むことができます。
• 事前のキー交換は不要であり、これが本レッスンで提起した問題を解決します。その代償として非常に遅いため、大量のデータには使用されません。

一方のキーで施錠し、もう一方で解錠する。そのうち一つだけが秘密である

演習例：機密メッセージを送信する

ハイブリッドアプローチ、これが実際に行われていること

• 対称暗号は高速だがキーを共有できない；非対称暗号はキーを共有できるが低速です。現実のシステムでは、それぞれの特性を活かした使い分けを行います。
• クライアントはランダムなセッションキーを生成し、その小さな鍵をサーバーの公開鍵で暗号化して送信します。サーバーは自身の秘密鍵で復号し、これにより両端が同じセッションキーを保持することになります。
• その後の実際の会話の全バイトは、そのセッションキーを使って対称的に暗号化されます：高速で、遅い非対称ステップは数バイトのみに対して一度だけ行われます。
• これがHTTPSとSSHの動作原理そのものです。

キーの合意には非対称暗号、データの送信には対称暗号

ハッシュ

• 暗号ハッシュは、任意サイズの入力を固定サイズのダイジェストに変換します。同じ入力は常に同じダイジェストを与え、入力にわずかな変化を加えるとダイジェストは完全に変わります。
• 一方向性があります：ダイジェストから入力を復元することはできません。これが目的そのものであり、復号を前提とした暗号化とは異なる点です。
• 用途：パスワードの保存（システムはダイジェストのみを保持し、ログイン時にダイジェストを比較するため、データベースが盗まれてもパスワードは漏洩しない）、および整合性の確認（ファイルのダイジェストを再計算して比較し、変更を検知する）。

演習例：なぜ暗号化ではなくハッシュでパスワードを扱うのか

見落としやすいポイント

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