March 10, 2023

機密データに適した暗号化アルゴリズムを選ぶ方法

なぜデータに暗号化が不可欠なのか？

サイバーセキュリティにおいて、暗号化は強固なデータ保護戦略の最も重要な要素の一つです。しかし、多くの企業や個人は、堅牢な暗号化手法がもたらす重要性を過小評価しがちです。データ侵害が増加する中、機密データの保護は優先事項であるだけでなく、データが各段階で保護されるよう保証する体系的な習慣であるべきです。

IBMの「データ侵害のコスト 2022」レポートによると、データ侵害1件あたりの平均コストは組織で435万ドルに達し、調査対象の組織の83%が生涯に一度以上データ侵害を経験しています。データの暗号化を優先することは、長期的に利益をもたらすだけでなく、安心感と信頼感をもたらします。

暗号化とは一体何か？

暗号化とは、平文を暗号文と呼ばれる判読不能なテキストに変換するプロセスです。コンピュータは、AESなどの暗号化アルゴリズムを用いてテキストを処理し、ランダムに並べ替えてスクランブルすることで、送信中に読み取れないようにします。

このテキストの並べ替えは、「鍵」と呼ばれる非常に複雑な数学的計算に基づいており、暗号化に使用された同じ数学的計算を逆にすることでテキストを復号し、認証されたユーザーだけが元の平文にアクセスできるようにします。

暗号化方式の種類：

暗号化方式は基本的に2つのカテゴリに分けられます：対称鍵暗号と非対称鍵暗号です。対称鍵暗号では、データの暗号化と復号化に同じ秘密鍵を使用します。この鍵は、暗号化されたデータの送信者と受信者間で共有されます。

一方、非対称暗号化では2つの鍵、すなわち公開鍵と秘密鍵を使用します。公開鍵はデータの暗号化に使用され、秘密鍵はデータの復号に使用されます。この方式により、秘密鍵を持つ意図された受信者のみがデータを復号できることを保証します。

非対称暗号化は対称暗号化よりも安全であるとされることが多くありますが、処理速度が遅く、リソースをより多く消費する可能性があります。

対称方式および非対称方式に基づいてさまざまな暗号化アルゴリズムが考案されており、本ブログでは最も一般的な3つのアルゴリズムAES、3DES、RSAについて説明します。

異なる暗号化アルゴリズム

AESまたはAdvanced Encryption Standard

AES暗号化アルゴリズム（リンドールとも呼ばれる）は、データを保護するために広く使われている対称暗号化アルゴリズムです。AESアルゴリズムは128、192、または256ビットの鍵長を持ち、一度に128、192、または256ビットのテキストブロックを変換できることを意味します。

AESは、置換・転置ネットワーク(SPN)を用いて動作し、置換と転置のラウンドを組み合わせてテキストを暗号化します。つまり、平文データはまずブロックまたはチャンクに分割され、その後、複雑な計算を用いて複数回のラウンドにわたり置換（置き換え）と転置（スクランブル）が行われ、結果として得られる暗号文は事実上解読不可能になります。

暗号化プロセスには、サブバイト、行シフト、列混合、ラウンドキーの追加など、いくつかのサブプロセスが含まれます。このプロセスでは、テキストが複数のラウンドにわたりごちゃごちゃに並べ替えられます。実行されるラウンド数は鍵のサイズによって異なり、AESの場合は10、12、または14ラウンドです。

3DESまたはTriple DESまたはTriple Data Encryption

3DES暗号化アルゴリズムは、データ暗号化標準（DES）アルゴリズムのアップグレード版であり、各データブロックにDESアルゴリズムを3回適用します。このプロセスにより、3DESはその前身よりもはるかに解読が難しくなり、金融業界の決済システム、規格、技術で広く使用されるようになりました。

しかし、Sweet32脆弱性により、3DES内部のセキュリティホールが明らかになりました。これに対応して、米国国立標準技術研究所（NIST）は2019年に発表されたドラフトガイドラインで3DESの使用中止を発表しました。3DESは2023年以降、すべての新規アプリケーションでの使用が廃止され、中止される予定です。

RSA

RSAは1977年にRon Rivest、Adi Shamir、Leonard Adlemanによって開発された非対称暗号化アルゴリズムです。SSL/TLS証明書、暗号通貨、メール暗号化など、多くのアプリケーションで広く使用されています。

RSAの強力さは、「素因数分解」という手法にあります。この手法では、2つの非常に大きなランダムな素数を掛け合わせて別の巨大な数を作成します。この巨大な積から元の素数を特定することが課題となります。鍵の長さが増すにつれて、総当たり攻撃での解読はますます困難になり、RSAは768ビット、1024ビット、2048ビット、4096ビットなど、さまざまな暗号化鍵長を提供しています。

今後の展望

総合的に見て、AESは安全で高速かつ柔軟性があるとされており、今日最も広く使用されている暗号化アルゴリズムです。AESは、無線セキュリティ、プロセッサセキュリティ、ファイル暗号化、SSL/TLSプロトコル（ウェブサイトのセキュリティ）、Wi-Fiセキュリティ、モバイルアプリの暗号化、およびほとんどのVPNなど、多くの用途で使用されています。

国家安全保障局（NSA）を含む多くの政府機関は、機密情報を保護するためにAES暗号化アルゴリズムに依存しています。一方、3DESはセキュリティ上の脆弱性により非推奨となっており、RSAはスケーラビリティとセキュリティの高さから、最も広く使用されている非対称暗号化アルゴリズムとなっています。

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