インターネットを使った通信では、情報の安全性が重要です。特にサーバーとクライアント間でデータをやりとりする際には、通信内容が第三者に漏れないように「暗号化」の技術が活躍します。その中でも「共通鍵暗号方式」は処理速度に優れ、現在もさまざまな場面で利用されています。この記事では、共通鍵暗号方式の基本から、仕組み、実際の利用方法、注意点までをわかりやすく解説します。IT初心者の方やセキュリティに興味のある方も、ぜひご一読ください。
共通鍵暗号方式とは何か
共通鍵暗号方式（Symmetric-key encryption）とは、暗号化と復号に同じ鍵を使用する暗号方式です。これは、送信者（クライアント）と受信者（サーバー）が事前に「共通の鍵」を共有しておくことで、互いの通信を安全に保つ仕組みです。
例えば、クライアントがパスワードを送信する際、その情報を共通の鍵で暗号化し、サーバーはその同じ鍵を使って復号します。第三者が通信を盗み見ても、鍵がなければ内容を解読することはできません。
主な共通鍵暗号のアルゴリズム
代表的な共通鍵暗号方式には、以下のようなアルゴリズムがあります。
- AES（Advanced Encryption Standard）
現在最も広く使われている暗号方式。128ビット、192ビット、256ビットの鍵長があり、高速で安全性が高い。 - DES（Data Encryption Standard）
古くから使われていたが、現在では鍵長が短く、安全性が低いため推奨されていない。 - 3DES（Triple DES）
DESを3回適用することでセキュリティを高めたが、AESに比べて遅いため最近は利用が減っている。 - Blowfish/Twofish
フリーで使える暗号方式。高速だがAESよりも主流ではない。
サーバーとクライアントでの共通鍵の利用手順
1. 鍵の共有
最も難しいのは「どうやって最初に鍵を安全に渡すか」です。以下の方法が使われます。
- オフラインで事前に渡す
USBなどの記録媒体で安全に鍵を渡す。 - 公開鍵暗号方式で共通鍵を送信
クライアントがサーバーの公開鍵で共通鍵を暗号化し、サーバーだけが復号可能にする。 - 鍵共有プロトコル（Diffie-Hellman）を使う
インターネット上で安全に鍵を共有できる方式。
2. データの暗号化と復号
鍵が共有された後は、次のように使われます。
- クライアント：共通鍵でデータを暗号化してサーバーへ送信
- サーバー：共通鍵で暗号文を復号し、元のデータを取り出す
- サーバー側からクライアントへ返信する際も、同じ共通鍵で処理可能
利用例：SSL/TLS通信における共通鍵の役割
現在のWeb通信の標準であるSSL/TLSでは、最初に公開鍵方式を使って共通鍵を安全に交換し、その後のデータ通信はすべて共通鍵方式で暗号化されます。
この方式を使うことで、セキュリティと速度のバランスを取っています。公開鍵方式は安全だが処理が重いのに対し、共通鍵方式は軽いため実際のデータ送受信に向いています。
共通鍵暗号方式のメリット
- 高速処理
非常に高速に暗号化・復号が可能で、大量データの処理に向いています。 - 実装が比較的シンプル
一つの鍵で処理できるため、ソフトウェア実装が簡単です。 - 通信量の削減
公開鍵方式よりも暗号文のサイズが小さい場合が多く、通信負荷が軽いです。
共通鍵暗号方式のデメリットと課題
- 鍵の共有が難しい
安全な鍵の交換方法が必要で、そこに公開鍵方式を併用する必要があります。 - 盗まれると危険
鍵が漏洩すると、すべての通信が解読されてしまいます。 - ユーザーごとの鍵管理が大変
多数のユーザーがいる場合、ユーザーごとの鍵を安全に管理することが困難になります。
安全な共通鍵管理のための対策
- キーマネジメントシステム（KMS）の導入
鍵の生成・保管・利用を一元的に管理できるサービス（AWS KMSなど） - 鍵の定期的なローテーション
定期的に鍵を変更することで、万が一漏洩しても被害を最小限に抑えます。 - ハードウェアセキュリティモジュール（HSM）
専用のハードウェアで鍵を保管し、不正アクセスを防止します。
共通鍵暗号方式は今後も重要な技術
クラウドやIoTの普及により、セキュリティの重要性はますます高まっています。その中で共通鍵暗号方式は、依然として「実際の通信」における要となる技術です。今後も、他の暗号方式やセキュリティ技術と組み合わせながら、安全な通信の中核を担っていくでしょう。
公開鍵をクライアントに渡すタイミング
■ HTTPS（SSL/TLS）通信の場合
🔐 タイミング：
TLSハンドシェイク中（通信開始時）
🔁 流れの概要：
- クライアントがサーバーに接続要求（
ClientHello）を送る。 - サーバーが応答（
ServerHello）と一緒に、- サーバー証明書（＝公開鍵を含む）を送る。
- クライアントはその公開鍵を使って、
- セッション鍵（＝共通鍵）を暗号化してサーバーに送信。
- サーバーは自分の秘密鍵で復号し、共通鍵を得る。
■ API通信や独自プロトコルの場合
🔐 タイミング：
- 最初のリクエスト時にサーバーが公開鍵を返す
- あるいは あらかじめ固定の公開鍵を埋め込む（静的方式）
💡 例：
- クライアントが
/api/getPublicKeyのようなエンドポイントにアクセスし、公開鍵を取得。 - 公開鍵をローカルの設定ファイルなどに事前に格納しておく。
■ 注意点
- 公開鍵そのものは「暗号化のために誰にでも渡してよい」鍵ですが、**なりすましを防ぐために認証（＝本物かどうか）**が必要です。
- そのため、SSL証明書のような認証局（CA）による署名付き証明書で「この公開鍵は本当に〇〇サーバーのもの」と確認できるようにします。
まとめ
共通鍵暗号方式は、同じ鍵を使って暗号化・復号する仕組みで、高速かつ効率的な暗号方式です。鍵の共有という課題はあるものの、公開鍵暗号方式や鍵共有プロトコルと組み合わせることで、実用的な安全性を確保できます。
サーバーとクライアントの安全な通信を支えるこの技術を理解することで、よりセキュアなシステム構築や運用に役立てることができます。今後、エンジニアとしてセキュリティを意識するならば、共通鍵暗号方式の理解は必須です。