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「暗号化・PKI・デジタル署名」——情報セキュリティの核心です。試験では「共通鍵と公開鍵の違い」「デジタル署名の仕組み」「CAの役割」が頻出。仕組みを理解すれば記号的な暗記は不要になります。
暗号化の基礎——なぜ情報を暗号化するのか
暗号化とは、データを第三者が読めない形（暗号文）に変換し、正当な受信者だけが元の情報（平文）に戻せるようにする技術です。情報セキュリティの3要素「CIA」のうち、主に機密性（Confidentiality）を確保するために使われます。
| セキュリティ要素 | 意味 | 暗号化との関係 |
|---|---|---|
| 機密性（C） | 許可された者だけが情報にアクセスできる | 暗号化が直接担保する要素 |
| 完全性（I） | 情報が改ざんされていない | デジタル署名・ハッシュが担保 |
| 可用性（A） | 必要なときに情報が利用できる | バックアップ・冗長化が担保 |
インターネット上でクレジットカード番号・パスワード・個人情報を安全にやり取りできるのは、暗号化技術のおかげです。診断士試験では暗号化の「仕組みと特徴の違い」が中心的に問われますが、実務でも経営者へのセキュリティ説明に必須の知識です。
共通鍵暗号方式——高速だが鍵管理が課題
共通鍵暗号方式とは、暗号化と復号に同じ鍵（共通鍵）を使用する暗号方式です。送信者と受信者が事前に同じ鍵を共有する必要があります。
平文+共通鍵で暗号化
共通鍵で復号
| 観点 | 内容 |
|---|---|
| 代表的なアルゴリズム | AES（現在の標準・128/192/256bit）、DES（旧標準・56bit・現在は安全でない）、3DES（DESを3回適用・現在は非推奨） |
| メリット | 処理速度が速い（公開鍵の100〜1000倍速）。大量データの暗号化に向いている |
| デメリット① | 鍵配送問題：事前に安全な方法で共通鍵を相手に渡す必要がある（ネット上では難しい） |
| デメリット② | 鍵管理の複雑さ：N人が互いに通信する場合、N×(N-1)÷2個の鍵が必要になる |
公開鍵暗号方式——鍵配送問題を解決する革命的仕組み
公開鍵暗号方式とは、暗号化と復号に異なる2つの鍵（公開鍵と秘密鍵）を使用する暗号方式です。1976年にディフィーとヘルマンが提案し、インターネットセキュリティの基盤となりました。
・公開鍵：誰でも入手可能。インターネット上に公開してよい
・秘密鍵：自分だけが持つ。絶対に外部に漏らしてはいけない
・公開鍵で暗号化したデータは対応する秘密鍵でしか復号できない（逆も然り）
受信者の公開鍵で暗号化
（第三者が傍受しても解読不可）
自分の秘密鍵で復号
| 観点 | 内容 |
|---|---|
| 代表的なアルゴリズム | RSA（素因数分解の困難さを利用）、楕円曲線暗号（ECC・短い鍵で高セキュリティ・スマホに向く） |
| メリット | 鍵配送問題が解決される（公開鍵は公開して構わないので安全に配布できる）。N人の場合も各自が公開鍵1つ・秘密鍵1つを持てばよい |
| デメリット | 処理速度が遅い（共通鍵の100〜1000倍の計算コスト）。大量データの暗号化には不向き |
ハイブリッド暗号（SSL/TLS）——2方式の長所を組み合わせる
共通鍵は「速いが鍵配送が難しい」、公開鍵は「鍵配送は安全だが遅い」——この2つの弱点を補い合わせたのがハイブリッド暗号方式です。SSL/TLSはその代表例です。
- クライアントとサーバが接続を開始（TLSハンドシェイク）
- サーバが自分の公開鍵を含むデジタル証明書をクライアントに送る
- クライアントが今回限りの共通鍵（セッション鍵）をランダムに生成
- その共通鍵をサーバの公開鍵で暗号化してサーバに送信
- サーバが自分の秘密鍵で復号し、共通鍵を取得
- 以後の通信は共通鍵で高速に暗号化・復号
公開鍵暗号は「共通鍵の安全な受け渡し」だけに使い、実際のデータ通信は共通鍵で行う——これがハイブリッドの本質です。
| 暗号方式 | 速度 | 鍵配送 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| 共通鍵暗号 | 高速 | 困難（事前共有必要） | 大量データの暗号化（ハイブリッドの本体部分） |
| 公開鍵暗号 | 低速 | 容易（公開鍵を公開） | 共通鍵の安全な配送・デジタル署名 |
| ハイブリッド | 高速（実質） | 容易（公開鍵方式で解決） | SSL/TLS（HTTPS）・メール暗号化 |
デジタル署名——「本人が送った」「改ざんされていない」を証明する
デジタル署名とは、公開鍵暗号を応用した技術で、電子文書の「送信者の認証（なりすまし防止）」と「完全性の保証（改ざん検知）」を実現します。電子契約・電子申請・コード署名などに利用されます。
デジタル署名では、暗号化（秘密保持）とは鍵の使い方が逆になります。
| 機能 | 仕組み |
|---|---|
| 本人認証（なりすまし防止） | 秘密鍵を持っているのは本人だけ。秘密鍵で作られた署名を公開鍵で検証できれば本人と確認できる |
| 完全性（改ざん検知） | 文書が1バイトでも変わるとハッシュ値が全く異なる値になるため、改ざんを即座に検出できる |
| 否認防止 | 秘密鍵は本人しか持っていないため、「自分は送っていない」という否認ができなくなる |
・暗号化（秘密保持）：受信者の公開鍵で暗号化 → 受信者の秘密鍵で復号
・デジタル署名：送信者の秘密鍵で署名 → 送信者の公開鍵で検証
「署名するときは自分の秘密鍵を使う」——この逆向きの使い方が試験でよく問われます。
PKI（公開鍵基盤）——信頼の連鎖を構築する仕組み
公開鍵暗号方式には「その公開鍵が本当に本人のものか」という問題があります。悪意ある第三者が「私がXさんです」と偽の公開鍵を公開した場合、受信者は騙されてしまいます（中間者攻撃）。
PKIとは、この問題を解決するために認証局（CA：Certificate Authority）が公開鍵の正当性を証明する仕組み（インフラ）全体を指します。
| コンポーネント | 役割 |
|---|---|
| CA（認証局） | デジタル証明書を発行・管理する信頼できる第三者機関。Webサーバ・個人・企業の公開鍵の正当性を保証する |
| RA（登録局） | 証明書申請者の本人確認（審査）を行う機関。CAに代わって登録業務を担うことがある |
| デジタル証明書（電子証明書） | 「この公開鍵はXさんのものです」とCAが署名した電子文書。X.509形式が標準 |
| CRL（証明書失効リスト） | 有効期限前に失効した証明書のリスト。秘密鍵の流出・組織変更時に失効処理が行われる |
| OCSP | 証明書の失効状態をリアルタイムで確認するプロトコル（CRLの代替として利用） |
CAが発行するデジタル証明書には、申請者の公開鍵と身元情報が含まれ、CAの秘密鍵でデジタル署名されています。
CAは「ルートCA」「中間CA」という階層構造（信頼の連鎖：Chain of Trust）を持ち、ルートCAの公開鍵はOSやブラウザに事前インストールされています。ルートCAを信頼することで、その下の証明書すべてを自動的に信頼できます。
SSL/TLSとHTTPS——Webセキュリティの基盤
SSL/TLSとは、インターネット通信を暗号化するプロトコルです。SSLは現在は脆弱性が発見されて非推奨となっており、現在はTLS（Transport Layer Security）1.2 / 1.3が標準です。ただし慣習的に「SSL証明書」「SSL/TLS」という呼称が広く使われています。
| 観点 | HTTP（非暗号化） | HTTPS（SSL/TLS使用） |
|---|---|---|
| 通信内容 | 平文（第三者が傍受可能） | 暗号化（第三者が解読不可） |
| サーバ認証 | なし（なりすましリスク） | デジタル証明書で正規サーバを確認 |
| 改ざん検知 | なし | MACなどで改ざんを検知 |
| SEO・ブラウザ表示 | 「保護されていない通信」警告 | 鍵アイコン表示（信頼の印） |
ハッシュ関数——デジタル署名・改ざん検知の土台
ハッシュ関数とは、任意の長さのデータを固定長の「ハッシュ値（メッセージダイジェスト）」に変換する一方向関数です。
| 特性 | 意味 | 重要性 |
|---|---|---|
| 一方向性 | ハッシュ値から元データを復元できない | パスワードの安全な保管 |
| 衝突耐性 | 異なる2つのデータが同じハッシュ値になることを計算上不可能にする | 改ざん検知の信頼性 |
| 雪崩効果 | データが1bitでも変わるとハッシュ値が大きく変わる | 微細な改ざんも即時検出 |
・SHA-256（SHA-2ファミリー）：現在の標準。256bitのハッシュ値を生成
・SHA-3：NIST標準の最新ファミリー
・MD5・SHA-1：脆弱性が発見されており、セキュリティ用途では非推奨
試験対策——頻出問題パターンと解き方
| テーマ | よく出る問われ方 | 正解の核心 |
|---|---|---|
| 共通鍵 vs 公開鍵 | 「共通鍵暗号方式の特徴として正しいものは？」 | 高速・同じ鍵で暗号化復号・鍵配送問題あり |
| 公開鍵暗号 | 「公開鍵暗号方式で暗号化に使う鍵は？」 | 受信者の公開鍵で暗号化・受信者の秘密鍵で復号 |
| デジタル署名の鍵 | 「デジタル署名の生成に使う鍵は？」 | 送信者の秘密鍵で署名・送信者の公開鍵で検証 |
| デジタル署名の目的 | 「デジタル署名で実現できないものは？」 | 機密性（暗号化）は実現しない。認証・完全性・否認防止を実現 |
| CAの役割 | 「認証局（CA）の役割として正しいものは？」 | 公開鍵の正当性を証明するデジタル証明書の発行 |
| SSL/TLSの仕組み | 「HTTPSについて正しいものを選べ」 | ハイブリッド方式（公開鍵で共通鍵交換+共通鍵で本通信） |
・「デジタル署名は送信者の公開鍵で署名する」→ 誤り（署名は秘密鍵、検証は公開鍵）
・「公開鍵暗号は共通鍵より高速」→ 誤り（公開鍵は低速。大量データに向かない）
・「HTTPSでは公開鍵暗号だけでデータを暗号化する」→ 誤り（ハイブリッド方式で共通鍵を使う）
・「CAは通信の暗号化を行う」→ 誤り（CAは証明書の発行のみ。暗号化はエンドポイントが行う）
・「共通鍵暗号では鍵を公開しても安全」→ 誤り（共通鍵は秘密に保持しなければならない）
よくある質問（FAQ）
まとめ——暗号化・PKI・デジタル署名を試験で確実に得点する
- □ 共通鍵：同じ鍵で暗号化・復号、高速、鍵配送問題あり（AES/DES）
- □ 公開鍵：2種の鍵（公開鍵・秘密鍵）、低速、鍵配送問題なし（RSA/楕円曲線）
- □ ハイブリッド：公開鍵で共通鍵を交換→共通鍵で本通信（SSL/TLSの基本構造）
- □ デジタル署名：送信者の秘密鍵で署名・送信者の公開鍵で検証（暗号化と鍵の向きが逆）
- □ PKI：CAが公開鍵の正当性を証明するデジタル証明書を発行する仕組み
- □ HTTPS：デジタル証明書（PKI）＋ハイブリッド暗号（SSL/TLS）の組み合わせ
暗号化・PKI・デジタル署名は、情報セキュリティ科目の中でも最も論理的に理解しやすい分野です。「秘密鍵と公開鍵の使い方の向き」さえ整理すれば、暗号化・署名・証明書の問題は全て解けるようになります。特にデジタル署名の「秘密鍵で署名・公開鍵で検証」という逆向きの使い方を、体に刻み込んでおきましょう。
