暗号

暗号学において、暗号(またはcypher ) は暗号化または復号化を実行するためのアルゴリズムであり、手順として実行できる一連の明確に定義された手順です。 あまり一般的ではない別の用語として、暗号化があります。 暗号化またはエンコードとは、情報を暗号またはコードに変換することです。 一般的な用語では、「暗号」は「コード」と同義です。どちらもメッセージを暗号化する一連の手順であるためです。 ただし、暗号学、特に古典的な暗号学では、これらの概念は異なります。

コードは通常、出力で異なる長さの文字列を置き換えますが、暗号は通常、入力と同じ数の文字を置き換えます。コードは、1 つの意味を別の意味にマッピングします。単語やフレーズは、文字または数字としてコード化できます。コードは通常、入力からキーに直接意味を持ちます。コードは主に時間を節約するために使用されます。暗号はアルゴリズムです。与えられた入力は、暗号のプロセスに従って解読する必要があります。暗号は、書かれた情報を暗号化するためによく使用されます。

ランダムな文字列または数字を単語または語句にリンクした大規模なコードブックに従って置換することによって操作されるコード。たとえば、「UQJHSE」は「次の座標に進みます」のコードになります。暗号を使用する場合、元の情報はプレーンテキストと呼ばれ、暗号化された形式は暗号テキストと呼ばれます。暗号テキスト メッセージにはプレーンテキスト メッセージのすべての情報が含まれていますが、適切な復号化メカニズムがなければ、人間またはコンピューターが読み取れる形式ではありません。

暗号の動作は通常、キー(または、従来のNSA用語では暗号変数)と呼ばれる補助情報に依存します。暗号化手順はキーによって異なり、キーによってアルゴリズムの詳細な動作が変わります。暗号を使用してメッセージを暗号化する前に、キーを選択する必要があります。キーを知らないと、結果として得られる暗号文を読み取り可能な平文に復号化することは、不可能ではないにしても、極めて困難です。

現代の暗号のほとんどは、いくつかの方法で分類できます。

• 通常、固定サイズのシンボルのブロック (ブロック暗号) で動作するか、連続したシンボルのストリーム (ストリーム暗号) で動作するかによって異なります。
• 暗号化と復号化の両方に同じキーを使用するか (対称キー アルゴリズム)、またはそれぞれに異なるキーを使用するか (非対称キー アルゴリズム) によって異なります。アルゴリズムが対称の場合、キーは受信者と送信者のみが知ることができ、他の誰にも知られてはいけません。アルゴリズムが非対称の場合、暗号化キーは復号化キーとは異なりますが、密接に関連しています。一方のキーをもう一方のキーから推測できない場合、非対称キー アルゴリズムは公開/秘密キーの特性を持ち、機密性を損なうことなくキーの 1 つを公開できます。

アラビア語でゼロを意味する صفر (ṣifr) に由来する「cipher」という語は、中世にアラビア数字の一部としてヨーロッパに広まった。ローマ数字にはゼロの概念がなかったため、数学の進歩は限定的だった。この変遷の中で、この語は中世ラテン語では cifra として、その後中期フランス語では cifre として採用された。これが最終的に英語の cipher (少数派綴りは cypher) につながった。この語が暗号化を指すようになった理由として、ゼロの概念がヨーロッパ人にとってわかりにくいため、この語が理解しにくいメッセージや通信を指すようになったという説がある。^[1]

暗号という用語は後にアラビア数字、またはそれらを使用した計算を指すためにも使用されるようになったため、アラビア数字の形式でテキストをエンコードすることは、文字通りテキストを「暗号」に変換することです。

日常的な場面では、「コード」と「暗号」は通常同じ意味で使われますが、これらの単語の技術的な用法は異なる概念を指します。コードには意味が含まれており、単語やフレーズが数字や記号に割り当てられて、より短いメッセージが作成されます。

一例としては、電報の交換を利用して商業契約を締結することで生じる長い電信メッセージを短縮するために使用された商業電信コードが挙げられます。

もう 1 つの例は、単語全体の暗号です。これは、日本語の書き言葉で、音節を表す日本語の文字を補うために漢字を使用するのとよく似ています。英語で漢字を使用する例としては、「The quick brown fox jumps over the lazy dog」を「The quick brown fox jumps 上 the lazy 犬」に置き換えることが挙げられます。速記者は、単語全体を省略するために特定の記号を使用することがあります。

一方、暗号はより低いレベル、つまり個々の文字、小さな文字のグループ、または現代の方式では個々のビットやビットのブロックのレベルで機能します。一部のシステムでは、セキュリティを強化するためにスーパー暗号化を使用して、コードと暗号の両方を 1 つのシステムで使用していました。場合によっては、コードと暗号という用語は、それぞれ置換と転置と同義語として使用されます。

歴史的に、暗号化はコードと暗号の二分法に分かれており、コーディングには暗号の用語に類似した「エンコード、コードテキスト、デコード」など の独自の用語がありました。

しかし、コードには、解読されやすいことや、煩雑なコードブックの管理が難しいことなど、さまざまな欠点があります。このため、現代の暗号技術ではコードは使用されなくなり、暗号が主流となっています。

暗号化にはさまざまな種類があります。暗号化の歴史の初期に使用されたアルゴリズムは現代の方法とは大きく異なり、現代の暗号は動作方法と 1 つのキーを使用するか 2 つのキーを使用するかによって分類できます。

シーザー暗号は、最も古い暗号システムのひとつです。ジュリアス・シーザーは、紀元前50年ごろ、マルクス・トゥッリウス・キケロに手紙を書く際に、アルファベットの文字を3文字ずらし、残りの文字を先頭に折り返す暗号を使用しました。^[要出典]

過去に使われていたペンと紙を使った暗号は、古典暗号と呼ばれることもあります。これには、単純な置換暗号（ ROT13など）と転置暗号（レールフェンス暗号など）が含まれます。たとえば、「GOOD DOG」は「PLLX XLP」と暗号化できます。ここで、メッセージ内の「O」は「L」、「G」は「P」、「D」は「X」に置き換えられます。「GOOD DOG」の文字を転置すると、「DGOGDOO」になります。これらの単純な暗号や例は、平文と暗号文のペアがなくても簡単に解読できます。^{[2] [3]}

1640年代、議会派の司令官である第2代マンチェスター伯爵エドワード・モンタギューは、イングランド内戦中に同盟国に暗号化されたメッセージを送信するための暗号を開発した。^[4]

単純な暗号は、文字ごとに置換アルファベットを変更する多アルファベット置換暗号（ヴィジュネル暗号など）に置き換えられました。たとえば、「GOOD DOG」は「PLSX TWF」として暗号化でき、ここで「L」、「S」、「W」は「O」に置き換えられます。たとえ少量の既知または推定の平文であっても、ペンと紙の暗号化用に設計された単純な多アルファベット置換暗号と文字転置暗号は簡単に解読できます。^[5]ワンタイムパッドに基づいて安全なペンと紙の暗号を作成することは可能ですが、これには他の欠点があります。

20 世紀初頭、転置、多アルファベット置換、および一種の「加法」置換を使用して暗号化と復号化を行う電気機械式機械が発明されました。ローター マシンでは、複数のローター ディスクが多アルファベット置換を提供し、プラグ ボードが別の置換を提供しました。ローター ディスクとプラグ ボードのワイヤを変更することで、キーを簡単に変更できました。これらの暗号化方法は以前の方式よりも複雑で、暗号化と復号化にマシンが必要でしたが、英国のBombeなどの他のマシンがこれらの暗号化方法を解読するために発明されました。

最新の暗号化方法は、使用されるキーの種類と入力データの種類の 2 つの基準で分類できます。

使用されるキーの種類によって、暗号は次のように分類されます。

• 対称鍵アルゴリズム（秘密鍵暗号）では、暗号化と復号化に同じ鍵が使用され、

• 

  非対称鍵アルゴリズム(公開鍵暗号化)。暗号化と復号化に 2 つの異なる鍵が使用されます。

対称鍵アルゴリズム（DESやAESなど）では、送信者と受信者は事前に共有鍵を設定し、他のすべての関係者から秘密にしておく必要があります。送信者はこの鍵を暗号化に使用し、受信者は同じ鍵を復号化に使用します。AES（Advanced Encryption System）の設計は、DES（Data Encryption Standard）の設計上の欠陥を克服することを目的としていたため、有益でした。AESの設計者は、現代の暗号解読攻撃の一般的な手段は、その設計構造のためにAESに対して無効であると主張しています。[12]

暗号は、入力データのタイプによって 2 つのタイプに区別されます。

• ブロック暗号は固定サイズのデータ​​ブロックを暗号化し、
• ストリーム暗号は、連続したデータ ストリームを暗号化します。

純粋に数学的な攻撃（つまり、暗号を解読するのに役立つ他の情報がまったくない場合）では、特に次の 2 つの要素が重要になります。

• 利用可能な計算能力、つまり、問題に応用できる計算能力。1 台のコンピュータの平均パフォーマンス/容量だけが考慮すべき要素ではないことに注意することが重要です。たとえば、攻撃者は複数のコンピュータを同時に使用して、キーの徹底的な検索の速度を大幅に向上させることができます (つまり、「ブルート フォース」攻撃)。
• キー サイズ、つまり、メッセージを暗号化するために使用されるキーのサイズ。キー サイズが大きくなるにつれて、徹底的な検索の複雑さも増し、暗号を直接解読することが非現実的になります。

望ましい効果は計算の難しさであるため、理論的にはアルゴリズムと望ましい難易度を選択し、それに応じてキーの長さを決定します。

クロード・シャノンは情報理論を用いて、理論上解読不可能な暗号は、少なくとも平文と同じ長さの鍵を持ち、一度しか使用できないワンタイムパッドでなければならないことを証明した。^[6]

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• ステガノグラフィー
• 電信コード

• アル・カディ、イブラヒム A. (1992)。 「暗号学の起源: アラブの貢献」。暗号学。16 (2): 97-126。土井：10.1080/0161-119291866801。S2CID  62601575。
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