基本情報でプラス2問正解するための暗号学

基本情報でプラス2問正解するための暗号学

「さて今月もやってまいりました今月の一冊のコーナーということでですね今現在収録しているのが11月の約半ば頃ということでですね先月の今月の一冊となっております先月の今月の一冊はいむず先月発表し損ねたんですねそうなんですちょっと収録のタイミングの都合とか僕が独領するタイミングの都合とか色々ありましてここまで来てしまったんですけども来てしまいましたはい」

「今日はですねはい種本あまず初めに言っとくとねはい今回ちょっとこれ外れ替えの予感がしますよあんま言わないで最初に言っちゃダメなんですよ聞きうせちゃう聞きうせるから本当にね読んでて辛かったっすやめればいいじゃないですかやめませんそこでやめたら一冊読めなくなるからやめませんはい」

「あれですね目標に対するコミット力強いですねそうなんですよ早めに決めれば違う本にも乗り換えれたかもしれないんですけどちょっともう半ば過ぎたタイミングで悩んでたんで読み切りましたさすがです本日のちょっと待ってくださいそれ」

「本つまんないみたいなこと言ってますよ大丈夫ですか大丈夫です大丈夫なんですねはいわかりましたでなんでハズレかっていうと本がつまんないじゃなくて僕の力が及ばずでしたどちらかというと多くありますよねそういう時ってはいそんな本の内容内容じゃねえや種本がですねはい暗号技術実践活用ガイドということでですね我々コンピューター触ってるとよく暗号カーダのなんだの出てくるじゃないですかはいはいいっぱいあるセキュアーダの」

「いっぱいありますよねそんな裏側で使われている数学的なロジックについてすっごい説明されてたんで数学弱者の僕としてはですねすごく理解ができなかったそんな本でございます数学弱者なんですかそうなんかどういう感じで理解できなかったかというとですねこの暗号方式ってこういう仕組みですよ」

「で裏側ではこういう数式があってつまりこうなんですよみたいなところのつまりのロジックが全然つながらなくてですね何回読んでもわからなかったんですよねそんな中から今日はじゅんぺいくんあなた基本情報を受けようとしてますね見えますやべえ一応基本情報に出てくる」

「あの部分をちょっと解説していこうかなと思ってますじゃあついていけそうかもしれない大丈夫だと思います僕一応大学でちょっとやったんで暗号化の部分は今日暗号化の中でも特に基本情報で出てくるすごい簡単なあの部分に触れていこうかなと思うんですじゃあすごい簡単かっていうと常識かもしれないあれですね」

「知っておくと便利かどうかはさておき基本情報で一問正解が増えるでかいそんな回にしていこうかなと思ってますのでよろしくお願いしますということでまず暗号とは何ぞやという話なんですけどそもそもじゅんぺいくん暗号の定義とは何でしょう暗号の定義を答えたいなこれ何でしょう」

「暗号の定義Aと暗号広いですよコナン君とかにも出てきますからそうだよこれコンピューターに限らずですよ古くは戦争とかなんですかね暗号って自分にしか分からない第3者にそれを見られた時にそいつに意味を理解されないようにして自分とやり取りしたい人だけが理解できる状況にすること」

「いいじゃん同じような回答ですね多分言うたら日本語とかも暗号なんじゃないかって思っちゃいますね別言語ってことねそれも穴がち間違いではないかもしれないです暗号というのはですねまず暗号化されてない普通の文章を平文と言います平文だよね平文だと思ってます平文だと思ってます」

「平文ですよかったですまさかの訓読み音読みなんですねそうですね珍しい平文暗号化してない通常の文章我々が普段話している言葉ですねこういうものを平文といいですねはい」

「それを暗号化することによって解読できないような状態にするとただそれだけだと解読できないので複合といって元の文章に戻すっていうところもセットで暗号と言うんですねつまり暗号化のポイントは解読できないようにすることそれを元の文章に復元できることっていうこの2つができることっていうのがですね暗号の定義というかポイントとなってますなるほどねはい」

「逆に暗号化しないやつ間違えた複合できないやつありますよね情報が落ちるってことですかねいや戻せないようにします我々コンピューターエンジニアがよく使うやつですあるあるあるあるあるあるあるあるハッシュ正解えらいそれはめっちゃえらいその通りですハッシュ化は逆にもう複合できないようにします暗号化とハッシュ化の違いそんなところですかねそして暗号っていうのはですねコンピューターだけに留まらないんですよ」

「古くは多分紀元前からあります目的はちょっと知らないんですけど最も古い暗号と呼ばれているのがですねシーザー暗号と呼ばれているんですけどシーザー紀元前1世紀に登場したやつですね何を使ってたんですかね」

「頻繁に使ってたらしいですじゃあいろいろだな今見てる文献には頻繁に使っていたって書いてますなるほどなんでいろいろ使ってたと思います政治とかじゃないでも政治とか軍事とかなんじゃないまあそうですよね秘密にしたいことですもんねラブレターとかかもねあと」

「めんどくさいですねそれだけで振られそうだねマジでめんどくさいですよねこのシーザー暗号がねすごい暗号を理解するにあたってめちゃめちゃねシンプルでいいと思うんでどういう暗号かっていうのをちょっと説明したいんですけど今回じゃあExcelっていう文字を暗号化していこうと思いますExcelっていう文字かなかなか」

「いやアルファベットで想像してほしいなはいエクセルという文字がありますこれを暗号化しますと暗号化の際にはですねどういうルールで暗号化するっていうのを決めておく必要があるんですね今回はアルファベットを1個ずらすというそういう手法で暗号化していきましょうはい」

「するとEの次FですよねXの次YですよねXLなんでまたEが来てそれFになりますよねLの次Mですよね」

「なのでこのExcelをさっきの1っていう数字で暗号化するとFYFMっていう文字になるんですよここからなかなかExcelって想像しにくいじゃないですかこれがもう原初の暗号になってますただこれ解読めちゃめちゃ簡単ですなぜならアルファベットの世界の話ですけど26パターン試せばぶち破れるんで1個ずつずらしてダメだったら2個にして3個ってことですねそうです」

「なのでこれは暗号としてはすごいシンプルで分かりやすいんですけど分かりやすい分簡単に突破できちゃうというか複合できちゃうそのルールを知らない人でもはいここにですね暗号のキーがあるんですけどよく暗号化するときに鍵とかっていう言葉出てこないですか出てきますねこの鍵っていうのがさっきのシーザー暗号で1の部分ですねあーなるほどこれを使う」

「こういう暗号化するときに使うルールのことを鍵と言うんですけど今回の場合だったら1っていう鍵を使ってExcelっていう単語を平文を暗号化するとFYFMという暗号文が出来上がるとD抜けてません?あれExcelってC入ってますよねExcelC入ってるじゃんですよねD抜けてるなーって思ってました」

「どっちでもいいけどねどっちでもいいんですよ今回はExcelっていう新しい単語を暗号化したいと思ってますややこしい情報を増やさないでくださいそれによってなんかあれなんですか影響が出ちゃうんですかD増えるといやごめん」

「やっぱ影響出るんですね次の暗号の紹介するときに影響出るわこれじゃあやめましょうエグゼルエグゼルでいいかも」

「それは影響出ないですね短い方が分かりやすいよねちょっとごめんEXEに変換しますEXEですかEXEですFYFですねはいFYFですこいつらは26パターン試せば簡単に元の単語が分かるんで簡単に突破できる暗号ですと続いて登場したのがですねビジュネル暗号というですねビジュネル暗号これはちょっとさっきのシーザー暗号より解くのむずいです」

「さっきのシーザー暗号って弱点が一個あって同じ単語が同じ文字に変換されるところがやばいんですよねこのビジュネル暗号っていうのはちょっとそこを改良したやつで」

「例えば鍵に1,2,3っていうのを渡されますとそうすると1文字目は1個ずらして2文字目は2個ずらして3文字目は3個ずらして4文字目になったらまた1に戻って1個ずらしてっていう形でずらす個数を変えるんですよなので例えば今回だったらさっきのエグゼ」

「に対して1,2,3っていうキーを渡すとEっていう文字が先頭と最後についてますよねなんですけどずらす個数が変わるんでそれをずらすとF,Z,Hになるんですよまず最初のEは1個ずらすんでFになりますとで次のXは2個ずらすんでX,Y,ZでZになりますとで最後のEは3つずらすんでEからF,G,HかなんでHになりますよとはい」

「そうするとですね最初Eだった文字がFとHになってて非常にこれ解読が難しくなるんですよ難易度が確かにこれがビジュネル暗号というやつでございますとこれも一見結構解読難そうじゃねって思うんですけどコンピューターの計算力をもってすると実は簡単に解読できるらしいんですねまあまあはい」

「最初の一文字目は絶対に一文字目だから単語の切り目が分からなかったとしてもそう渡りすればいいだけただ鍵の長さが分からないととはいえでもそう渡りできるパターン数ってことですよねそうなんかね」

「手法だけバッて言うよ頻度分析手法っていうのを使うとですねわかるらしいんですけどその辺はちょっとA単語でAなのかEなのかIなのかっていうのがたぶんいっぱい出てくるからそれに絞ってたくさん出てる単語単語じゃなくてアルファベットに当たりをつけて」

「解くってことですねそうですAとかEは多いんだけどQとか漢字か少ない単語があるんですよね頻度分析っていうカタカナを想像してました漢字ですねインド系だねインド系謎のあれかなインド系だね漢字ですね頻度分析的な頻度分析ですねはいはい了解しましたそうなんですっていうのでこのビジネル暗号っていうのもありますがこれコンピューターの力を持ってすると簡単に破れますよとうーん」

「これらの暗号化って実は複合するときと暗号化するときに全く同じ鍵を使うんですよこういうのを対象鍵暗号方式と言いまして基本情報風で言うと共通鍵暗号方式って言うんですね複合と暗号で同じ鍵使ってるよというはい」

「これらのメリットはですね実は結構早いんですよ計算がなんですがそもそもこれ鍵が同じなので事前に鍵共有しないといけないじゃないですか確かにそれ自体が危ないんですよねじゃあこれで暗号化しようぜって言ったその鍵自体は暗号化されてないじゃないですかだから大変だなと大変それバレたらそうなんですそこでコンピューターを使う人たちがですね編み出した」

「エレガントな解決方法それがですね公開鍵暗号方式というやつなんですね出た聞いたことあるよねでもこれ頻繁に出てこないですか頻繁に出てきますなんかちなみにこういうので使ったなみたいな記憶ありますえっとGitHubとか使ってる気がしますね使うね最初SSH方式の時ですねそうですそうです使った記憶があります」

「でもそれぐらいかな俺が覚えてるのはなるほどいいですねそこに出てきた裏側で使ってるSSHってやつはまさにこの公開鍵暗号方式使ってますこれは非対称暗号って言ってる通りですね暗号化するときと複合するときで使う鍵が違いますよっていうそういう暗号方式ですねこれどういう風にやるかというとですねまず最初に」

「暗号用の鍵と複合用の鍵をセットで生成するんですねであなたには暗号化するような鍵を渡しますって暗号化する鍵だけ配るんですよはいはい」

「そうするとどういうことが起きるかっていうとまず暗号鍵に関しては誰にでも配ってるんでみんな暗号化できますとだけど複合するときは自分が持ってる秘密の鍵だけ持ってればいいので暗号文が送られてきたらそれを解読はできるんですけどこの持ってる秘密鍵をどっかに漏らさない限りはそれを複合他の人はできないんですね頭いいなので」

「最初のそのなんて言うんでしょうね共通鍵暗号の時にあった問題点の1個のそもそもの鍵を共有するのが大変っていう問題がここで解決されるんですよはいはいじゃあちょっとこれをですねじゅんぺいが言ったGitHub上で使いましたみたいなはいの言ったじゃないですかはいその手順って覚えてます?ちなみになんとなくうん」

「まずなんか自分でGitHub上だったかVSCode上だったかちょっと覚えてないんですけど公開鍵秘密鍵を生成するコマンドみたいなのを打ったんですよオープンSSRSSHキージェンダーそれですねそれでジェネレートをして秘密鍵は自分のところSSHみたいなフォルダを作ってそこに入れて確か」

「そこにプラスもう一個なんかファイルでそのどの公開鍵だったか秘密鍵だったかを書いておいてこれは読み込みますみたいな登録をしたファイルを作っておきましたであとはGitHubの方にこれは公開鍵ですよねを登録したって感じですかね確かそのはずローカルでなんか今一個やってた聞き逃してましたなんか」

「なんかファイルにSSHのファイル?ファイルじゃねえやディレクトリーには秘密鍵を登録しておくんですけどまた別でこの秘密鍵だか公開鍵だかを読み込むやつですみたいなリストみたいなのを書く」

「コンフィグかなSSHコンフィグにも一応確か書いた気がしますなるほどしっかり覚えてますね順平がこういう話ができるようになっているのに俺は成長を感じています確かに」

「ドキュメントを作った気がしますこの流れの自分用に周りの人用にSSHパイセンってこと?SSHパイセンですSSHパイセンですすげえじゃんそういうことよ今じゅんぺいが言った流れがまさにさっきの方式と同じなんですけどまずSSHキージェンで暗号鍵と複号鍵の両方を生成してましたとコンフィグは」

「要は自分のPCと通信するサーバーいっぱいあるからコンフィグ書いてるだけで今回の暗号とはあんま関係ないんで端折りますね暗号鍵だけ共有っていうところがさっきのGitHub上に公開鍵を登録してたっていうところですねあとはこれで向こうは暗号化するパワーを手に入れてこっちは複合するパワーを手に入れたので」

「向こうから暗号文が送られてきたらこっちでは解読できるけどその暗号文を途中で誰かが見ても解読できないよねっていう状態が生まれるというそういう状況でございますとこれによってファイルの安全性っていうのが保たれているというわけなんですねこれが非常にですね基本情報で絶対出てくると思ってます出てくるよねこれ」

「その逆も実は使えるんですよこの公開鍵暗号方式って逆に複合する鍵を配るパターンっていうのもあってそうするとどんな状況になりますか自分しか暗号鍵を持っていないから自分だけ暗号化する謎の文章を作ることができてたくさんの人がそれを複合できる読めるそれそのまま送るのと何が違うでしょう」

「そのまま送るのとは中身がバレない暗号化されてるからでもみんな複合できるんだよみんな複合できるな盗聴した人も複合できちゃうこれ2問目突入してますねこれ2問目突入してる2問正解できる多分これどっちも出てくるよねどっちも出てますねもうちょっとくださいhttpsとか勉強した気がするんだけどそういうのに関わりますよねうん」

「物理的に考えてもいいのかなあんま関係ないかでもだって複合できるっていうことは複合できるってことは見えなくすることが今回の目的ではない見えなくすることが今回の目的ではない逆にその暗号鍵を持ってない人が適当に暗号化して送ってきた文章を複合しようとしたらどうなりますか複合できません」

「ここがねヒントですねということはセキュリティ的な話でいやお前偽物やんみたいなやつを見つけられるそういうことです偽物やんっていうよりは途中で改ざんされてないかとか本当にこの鍵を持ってる本人が送ってきたのかっていうそういう確認ができるんですね」

「やったなぁ思い出しましたこれが通称デジタル署名と呼ばれてるやつですねデジタル署名と公開鍵暗号方式っていうのは使ってる仕組みは同じでどっちを秘密にしてどっちを公開するかっていう違いだけがあるっていうものなのでこれで2問正解が増えますありがとうございますありがとうございます」

「どうしようかなこれの裏側で使われているところだけちょっと言おうかな僕これ少し感動したんですけど暗号の安全性って2つ種類があってですね情報的安全性っていう概念と計算量的安全性っていう概念があるんですね情報的安全性っていうのはそもそも解読不能っていう状態計算量的安全性っていうのは」

「めっちゃ頑張ったら解読できるんだけどちょっと現実的じゃないっていうやつ今回この公開鍵暗号方式でよく使われるですね裏側のアルゴリズムにRSAってやつかもしくは楕円曲線暗号っていう2つの暗号を使われることが多いんですねちょっとこのRSAっていう方で言うとですねあの」

「めちゃくちゃでかい素数を2つ掛け合わせたやつを鍵にするんですよでそれの元が何だったのかっていうのを計算すると実はこの暗号っていうの解けるようになってるんですけどこのめちゃくちゃでかい素数っていうのをですね解くのにすっごい時間がかかるんで安全ですよっていうことになってるんですねということはRSAは」

「計算量的安全性で担保されているというものなので実はこれ桁数短いと安全じゃなくなるんですねなので実はRSAの鍵生成するときってビット数自分で決めれるんですけどこれね2048ビットにしないと今はねちょっと危ないと言われてますねへー」

「ちなみに2048ビットって言われるとさピンとこないじゃないですか1000無料対数って何ビットだかわかります?わかりません1000無料対数無料対数ってさもうビットじゃないビットじゃない10進数の1000無料対数って何ビットで表現できるかわかります?想像でいいよこれ計算忘れたわかんないですね」

「実は無料対数って僕らが数学上で知ってる一番でかい単位だと思うんですけどそれでも72ビットぐらいなんですね恐ろしいこのRSAで使ってる数字っていうのは半端ないサイズですね宇宙なんだっけなマジかよって思ったのは宇宙にある情報量より大きいみたいななんか聞いたことある気がする1000無料対数の」

「何十倍何百倍もあるってことですねどころじゃないあれどころじゃない無料対数の無料対数上とかそのレベルな気がする違うなもっとあるよねそこは気がどくて分かんないです多分指数の足し算指数の部分足し算になるから1000無料対数の1000無料対数上が多分140ビットぐらいなんですよへーだから」

「さらにそれの無料対数上の無料対数上の無料対数上の無料対数上みたいになってって宇宙に存在する物質の情報量とより多いみたいなそのレベルの数値らしいですっていうので暗号ってそんなでけえ数字使って安全性担保してるんだなと思ったらねちょっとロマンを感じたなと思ったんですけどかっこいいなので」

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「あとは説明欄からGoogleフォームにお便りお待ちしてますのでそちらからポッドキャストで話してほしいことを質問等お願いしますよろしくお願いします各種ポッドキャストのフォローとか評価もお待ちしてますのでそちらもお願いしますそれではのりさんの今月のノルマが終わったということであと2冊ですか?違うか2冊ありますみんなで応援していきましょう応援してくれそれではまた次回バイバイ初めて触った」

「マックブック思い出がいっぱいのチーム開発再起動したら治った謎のバグ僕たち私たちは卒業します駆け出しエンジニアを卒業したいあなたへひまじんプログラマーの週末エンジニアリングレッスン各種ポッドキャストで配信中」