4.1情報セキュリティの基礎と暗号・認証（PKI・デジタル署名）

応用情報の午前で暗号技術が問われるとき、最も差がつくのは「鍵をどちらの向きに使うか」を正確に言えるかどうかです。公開鍵暗号は「誰が何の鍵で暗号化し、誰が何の鍵で復号するか」によって、実現できる性質が機密性にも真正性にもなります。この節では、CIAという評価軸をまず整理したうえで、共通鍵暗号・公開鍵暗号・ハッシュ関数それぞれの数学的な性質の違いが、実務でどう使い分けられるかを深掘りします。

4.1.1CIAと補完要素

• 機密性（Confidentiality）＝許可された主体だけが情報にアクセスできる状態。完全性（Integrity）＝情報が改ざん・破壊されず正確である状態。可用性（Availability）＝必要なときに利用できる状態。補完要素として真正性（Authenticity）（主張どおりの本人・本物である保証）・責任追跡性（Accountability）（誰が何をしたか追跡できること）・否認防止（Non-repudiation）（後から行為を否認できないこと）・信頼性（Reliability）（意図した動作の継続）がある。
• 同じ侵害事象でも影響を受けるCIA要素は状況で異なる（例: 顧客名簿の漏えい=機密性、Webサイト改ざん=完全性、DoSによる停止=可用性）。デジタル署名は「暗号化」の応用でありながら機密性ではなく真正性・完全性・否認防止を実現する点が、CIA=暗号化という単純化を避けるべき理由である。

4.1.2共通鍵暗号・公開鍵暗号・ハイブリッド暗号

• 共通鍵暗号＝暗号化・復号に同一の鍵を使う方式（AES等）。処理は高速だが、通信相手ごとに鍵を安全に共有する鍵配送問題を抱える（n人が総当たりで通信するには鍵が n(n-1)/2 通り必要）。公開鍵暗号＝対になる公開鍵と秘密鍵を使う方式（RSA等）。機密性用途では「送信者が受信者の公開鍵で暗号化→受信者が自分の秘密鍵で復号」という向きを使う。これにより鍵配送問題を解消するが、処理は共通鍵暗号より大幅に低速。
• 公開鍵暗号には逆向きの使い方もある。送信者が自分の秘密鍵で暗号化（署名）すれば、対応する公開鍵で復号できることが「その秘密鍵の持ち主にしか作れない」ことの証明になり、真正性・否認防止を実現する（＝デジタル署名の原理）。「公開鍵で暗号化→秘密鍵で復号」＝機密性、「秘密鍵で暗号化（署名）→公開鍵で検証」＝真正性、という向きの違いを取り違えないことが最重要。
• ハイブリッド暗号＝実務での主流方式。データ本体は高速な共通鍵暗号で暗号化し、その共通鍵（セッション鍵）だけを受信者の公開鍵で暗号化して送ることで、鍵配送問題の解消と処理速度を両立する。SSL/TLSの鍵交換もこの方式に基づく。