前書き#
最近、ブログを閲覧していると、ブロガーの PGP Key ページを見つけました。以前はメール通信の暗号化に使用されることを知っていましたが、具体的な原理や使用方法はあまりわかりませんでしたので、関連する情報を調べ、PGP 暗号化についてまとめました。
PGP の定義#
Pretty Good Privacy（PGP）は、暗号化ソフトウェアであり、データ通信の暗号化プライバシーと認証を提供します。PGP は、テキスト、電子メール、ファイル、ディレクトリ、およびディスクパーティション全体に対して署名、暗号化、復号化を行い、電子メールの通信のセキュリティを向上させます。PGP 暗号化は、ハッシュ、データ圧縮、対称鍵暗号化、そして最後に公開鍵暗号化の直列組み合わせを使用します。最も重要なのは、対称鍵暗号化（対称暗号）と非対称鍵暗号（非対称暗号）の 2 つの形式の暗号化の組み合わせです。
PGP の動作原理#
PGP 暗号化の実装では、まず対称鍵暗号化アルゴリズムを使用して元のデータを暗号化します。対称鍵暗号化アルゴリズムには、DES、AES、Blowfish などが含まれます。これらのアルゴリズムはデータの高速な暗号化と復号化を可能にしますが、送信者と受信者の間で鍵を共有する必要があります。
鍵をネットワーク上で転送することを避けるために、PGP は公開鍵暗号化アルゴリズムを使用します。公開鍵暗号化アルゴリズムは、異なる鍵を使用して暗号化と復号化を行うアルゴリズムであり、公開鍵は暗号化に、秘密鍵は復号化に使用されます。公開鍵暗号化アルゴリズムには、RSA、DSA などが含まれます。これらのアルゴリズムは非常に高いセキュリティを持っていますが、対称鍵暗号化アルゴリズムよりも暗号化と復号化の速度が遅いです。
PGP は対称鍵暗号化を行い、受信者の公開鍵を使用して暗号化します。これにより、鍵の安全性が保証され、受信者だけが対称鍵を復号化できるため、データの機密性が保護されます。受信者は自分の秘密鍵を使用して暗号化された対称鍵を復号化し、その後、対称鍵を使用してデータを復号化します。この方法により、データの安全性が保護され、暗号化と復号化の速度が向上します。
PGP はデータ保護のために 2 種類の暗号化アルゴリズムを使用します：対称鍵暗号化と公開鍵暗号化。対称鍵暗号化は、同じ鍵を使用して暗号化と復号化を行うアルゴリズムですので、暗号化と復号化の間で鍵を共有する必要があります。一方、公開鍵暗号化は、異なる鍵を使用して暗号化と復号化を行うアルゴリズムであり、公開鍵は暗号化に、秘密鍵は復号化に使用されます。以下では、これら 2 つのアルゴリズムの動作原理について簡単に説明します。
対称鍵暗号化#
対称鍵暗号化は、同じ鍵を使用して暗号化と復号化を行うアルゴリズムですので、暗号化と復号化の間で鍵を共有する必要があります。対称鍵暗号化の手順は次のとおりです：
- 送信者は暗号化キーを選択し、元のデータをそれで暗号化します。
- 暗号化されたデータは受信者に送信されます。
- 受信者は同じ鍵を使用して暗号化されたデータを復号化します。
対称鍵暗号化は非常に効率的ですが、送信者と受信者の間で鍵を共有する必要があるという明らかな欠点があります。この鍵がハッカーや他の人に取得されると、データは保護されません。この問題を解決するために、PGP は別の暗号化アルゴリズム、すなわち公開鍵暗号化を使用します。
公開鍵暗号化#
公開鍵暗号化は、異なる鍵を使用して暗号化と復号化を行うアルゴリズムであり、公開鍵は暗号化に、秘密鍵は復号化に使用されます。公開鍵暗号化の手順は次のとおりです：
- 送信者は受信者の公開鍵を取得し、それを使用して対称鍵を暗号化します。
- 暗号化された対称鍵と暗号化されたデータが受信者に送信されます。
- 受信者は自分の秘密鍵を使用して暗号化された対称鍵を復号化します。
- 受信者は復号化された対称鍵を使用して暗号化されたデータを復号化します。
公開鍵暗号化により、送信者は受信者の公開鍵を使用してデータを暗号化することができ、対称鍵を共有する必要がありません。したがって、暗号化されたデータがハッカーによって取得されても使用することはできません。なぜなら、彼らは受信者の秘密鍵を持っていないからです。
PGP の例#
一般的な暗号化された電子メールを例に説明します。具体的なワークフローは次のとおりです：
ユーザー A がユーザー B にメールを送信する場合。
- ユーザー B は公開鍵と秘密鍵のペアを生成し、公開鍵をユーザー A に送信します。
- PGP ソフトウェアはアルゴリズムを使用してランダムなセッションキーを生成します。このキーは非常に大きな数字であり、一度だけ使用されます。
- ユーザー A は生成されたキーを使用してメールを暗号化し、ユーザー B の公開鍵を使用してキーを暗号化します。
- 最後に、ユーザー A は暗号化されたメールとキーをユーザー B に送信し、ユーザー B は自分の秘密鍵を使用して復号化し、セッションキーを取得し、それによって完全なメールを復号化することができます。
PGP の暗号化の用途#
PGP には 3 つの主要な用途があります：
- 暗号化された電子メールの送受信。
- このメッセージを送信した人の身元を確認するためのデジタル署名の検証。
- データの暗号化。
その中で、セキュアな電子メールの送信は、これまでのところ PGP の主要な応用です。デジタル署名は、公開鍵暗号化を基にした技術であり、メッセージの送信者の身元とメッセージの完全性を証明し、メッセージの改ざんを防止します。送信者は自分の秘密鍵を使用してメッセージの要約を暗号化し、デジタル署名を生成します。受信者は送信者の公開鍵を使用してデジタル署名を復号化し、メッセージの要約を生成し、2 つの要約が一致するかどうかを比較して、メッセージの完全性と身元を検証します。デジタル署名の検証に失敗した場合、メッセージが改ざんされた可能性があるか、偽造された送信者からのものである可能性があります。
まとめ#
PGP は、対称鍵暗号化アルゴリズムを使用してデータの機密性を保護し、公開鍵暗号化アルゴリズムを使用して対称鍵の安全性を保護し、デジタル署名技術を使用してメッセージの完全性と身元を検証します。対称鍵と公開鍵暗号化を組み合わせたこの方法は、セキュリティと効率のバランスを取ることができます。PGP は、データの暗号化とデジタル署名の標準として広く使用されており、ユーザーのプライバシーとセキュリティを保護しています。
参考文献#
Pretty Good Privacy - Wikipedia
What is PGP Encryption and How Does It Work? | Varonis
Public Key Cryptography Simply Explained | Hacker Noon
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