暗号学の概要

データの機密性を提供する技術です。

平文を暗号文へ変換するプロセスを指します。

• 共通鍵暗号 (Symmetric-key cryptography)
  • ブロック暗号
  • ストリーム暗号
• 公開鍵暗号 (Public-key cryptography)
  • 素因数分解に基づく方式
  • 離散対数に基づく方式
  • 耐量子暗号：格子ベース、符号ベースなど

• セットアップアルゴリズム：$Setup(\lambda ) → {K_{enc}, K_{dec}}$
• 暗号化アルゴリズム：$Enc({K_{enc}, M}) → CT$
• 復号アルゴリズム：$Dec({K_{dec}, CT}) → M$

暗号化と復号に、同じ鍵を使う暗号方式です。

秘密鍵暗号とも呼ばれます。

従来から使われている方式には、ブロック暗号（DES、AES、ARIA、SEED）や、ストリーム暗号（RC4、ChaCha）があります。

長所：非対称暗号より高速です。

短所：鍵の共有が課題であり、多数の鍵が必要です。鍵の数は$N(N-1)/2$個です。

暗号化と復号に、異なる鍵を使う暗号方式です。

公開鍵暗号とも呼ばれます。

RSA、ElGamal、NTRUなどがあります。

長所：鍵共有の問題を解決し、鍵の数も少なくなります。必要な鍵は$2N$個です。

短所：共通鍵暗号より低速です。

• 平文 (plain text)：アルゴリズムに入力する、元のメッセージやデータです。
• 暗号文 (cipher text)：暗号化アルゴリズムの出力です。
• 暗号化アルゴリズム (encryption algorithm)：平文を暗号文に変換するアルゴリズムです。
• 復号アルゴリズム (decryption algorithm)：暗号文を平文に変換するアルゴリズムです。
• 公開鍵と秘密鍵 (public key and private key)：それぞれ暗号化と復号のために選ばれた鍵の組です。

暗号アルゴリズムは公開されても安全でなければなりません。秘密鍵さえ守られていればよい、という原理です。

システムの安全性を高め、異なる鍵を使って他者と通信しやすくします。

1. 総当たり攻撃 (Brute-force attack)：考えられるすべての鍵を試して、暗号文を解読する攻撃です。
2. 暗号解読 (Cryptanalysis)：暗号アルゴリズムの構造を分析し、平文を推測する攻撃です。
   • 暗号文単独攻撃 (ciphertext-only attack)
   • 既知平文攻撃 (known-plaintext attack)
   • 選択平文攻撃 (chosen-plaintext attack)
   • 選択暗号文攻撃 (chosen-ciphertext attack)