暗号化の仕組み：デジタルプライバシー保護ガイド

暗号化は、読み取り可能な情報（平文として知られる）を、数学的アルゴリズムと秘密鍵と呼ばれる秘密の値を使用して、暗号文と呼ばれる読み取り不可能な形式に変換するプロセスです。正しいキーを持つ者だけが、プロセスを逆転させて元のデータを復元できます。このメカニズムは、セキュアなメッセージングからオンラインバンキングまで、今日、人々が「デジタルプライバシー」と呼ぶもののほとんどの基礎となっています。

2つの基本的なタイプ：対称型と非対称型

暗号システムは一般的に2つのカテゴリーに分類されます。対称型暗号化は、単一の秘密鍵を使用してデータをロックおよびロック解除します。プライバシー企業のProtonによると、送信者と受信者は同じキーを既に持っている必要があります。これにより対称型暗号化は高速になりますが、実際の問題が生じます。キー自体が傍受されずに何らかの方法で共有する必要があります。

非対称型暗号化はその問題を解決します。数学的に関連する2つのキーを使用します。公開鍵は公開で共有できますが、秘密鍵は秘密に保たれます。一方のキーで暗号化されたデータは、もう一方のキーでのみ復号化できるため、事前に秘密を交換する必要はありません。トレードオフはスピードです。Protonは、非対称型暗号化が対称型暗号化より約1,000倍遅いことに注意しており、その基礎となる数学がはるかに複雑だからです。

このトレードオフのため、ほとんどの実際のシステムはハイブリッドアプローチを使用しています。非対称型暗号化は、オープンネットワーク上で一度限りの対称型キーを交換するために簡潔に使用され、その後、高速な対称型アルゴリズムが実際のバルクデータを処理します。この組み合わせは、HTTPSウェブサイト接続、仮想プライベートネットワーク（VPN）、および暗号化されたメールに電力を供給します。Protonが説明しています。

AES：ほとんどの日常的な暗号化の背後にある標準

最も広く使用されている対称型アルゴリズムは、Advanced Encryption Standard（AES）です。これは、米国国立標準技術研究所（NIST）によって2001年11月26日に連邦情報処理標準（FIPS）197として公開されました。AESは128、192、または256ビットのキー長をサポートし、128ビットのブロックでデータを処理します。NISTはそれを、電子データを保護するために使用できるFIPS承認アルゴリズムとして説明しており、世界中の政府および商業システムで使用されています。

「エンドツーエンド」暗号化とは何か

すべての暗号化が同じレベルの保護を提供するわけではありません。HTTPSで使用されるTLSプロトコルなどの標準的な「転送中」暗号化は、デバイスとサーバー間でデータが移動する間だけデータを保護しますが、データはそのサーバーに到達しても読み取り可能なままです。エンドツーエンド暗号化（E2EE）はさらに進みます。IBMによると、データは転送中に暗号化されたままであり、受信者のデバイス上でのみ復号化されます。つまり、メッセージを運ぶサービスプロバイダーでさえそのコンテンツを読むことができません。

IBMはE2EEを4段階で動作するものとして説明しています。アルゴリズムはメッセージを暗号文に変換します。暗号文はネットワーク全体を移動し、傍受者にはランダムな文字に見えます。受信者のデバイスは、秘密鍵または共有鍵を使用して元のメッセージを復元します。その後、データは転送中に改ざんされなかったことを確認するために整合性がチェックされます。IBMはWhatsApp、Signal、Appleのメッセージなどのメッセージングプラットフォーム、および1PasswordやBitwardenなどのパスワードマネージャーなど、エンドツーエンド暗号化を適用するサービスの例を列挙しています。

量子コンピュータがなぜ暗号化標準を変えているのか

規制当局はすでに将来の脅威に備えています。十分に強力な量子コンピュータは、理論的には、今日の非対称型暗号化が依存する数学的問題を破ることができます。2024年8月13日、NISTのコンピュータセキュリティリソースセンター（CSRC）によると、NISTは古典的なコンピュータと量子コンピュータの両方からの攻撃に耐えるために特別に構築された3つの新しい連邦情報処理標準を承認しました。

3つの標準は、FIPS 203（モジュール格子ベースのキーカプセル化メカニズム標準、CRYSTALS-Kyberサブミッションから派生）；FIPS 204（モジュール格子ベースデジタル署名標準、CRYSTALS-Dilithiumから派生）；およびFIPS 205（ステートレスハッシュベースデジタル署名標準、SPHINCS+から派生）です。NISTのCSRCは、標準は「量子コンピュータからの将来の攻撃に耐えるように設計されており、現在の標準のセキュリティを脅かし、キー交換とデータが改ざんされていないことを確認するために使用されるデジタル署名の両方をカバーしている」と述べています。

これが日常のプライバシーを意味するもの

ほとんどの人にとって、実用的な要点は、暗号化はすでにデジタルライフの多くをデフォルトで保護しているということです。HTTPSはウェブの閲覧をセキュアにし、AESはファイルとWi-Fiトラフィックをセキュアにし、E2EEは多くの一般的なメッセージングアプリを保護します。ポスト量子標準への継続的なシフトは、主に個々のユーザーが自分で構成する必要があるのではなく、標準化団体、デバイスメーカー、およびサービスプロバイダーによって管理されているバックグラウンドインフラストラクチャの変更です。