概要

AES（Advanced Encryption Standard）は、米国 NIST が 2001 年に標準化した共通鍵ブロック暗号です。TLS・VPN・ファイル暗号化・ストレージ暗号化など、現代の暗号化インフラのほぼすべてに使われています。SC試験では「動作モードの特性」と「なぜ GCM が推奨されるか」が頻出です。

仕組みと動作原理

共通鍵暗号の基本

パラメータAES の仕様
ブロックサイズ128ビット（固定）
鍵長128・192・256ビットのいずれか
ラウンド数鍵長128で10ラウンド（192で12・256で14）

同一の鍵で暗号化と復号を行うため、「鍵を安全に共有する方法」が常に問題になります（鍵配送問題）。

動作モードの比較

ECB（Electronic Codebook）モード

同じ平文ブロック → 同じ暗号文ブロック。パターンが露呈するため使用禁止。

CBC（Cipher Block Chaining）モード

各ブロックを前の暗号文ブロックと XOR してから暗号化。最初のブロックは IV（初期化ベクタ）と XOR。

特性評価
パターン隠蔽○（前ブロックに依存）
並列暗号化✗（シーケンシャル）
並列復号○
改ざん検知✗（別途 MAC が必要）
主な脆弱性パディングオラクル攻撃

CTR（Counter）モード

カウンタ値を暗号化した値と平文を XOR。ストリーム暗号的に動作。

特性評価
並列暗号化・復号○
ランダムアクセス○
改ざん検知✗

GCM（Galois/Counter Mode） ← 現在の推奨

CTR モードに GHASH による認証タグを追加した **AEAD（認証付き暗号）**モード。

特性評価
機密性○（CTR ベース暗号化）
完全性・認証○（GHASHによる認証タグ）
並列処理○
TLS 1.3 での使用◎（主要暗号スイート）

認証付き暗号（AEAD）の重要性

暗号化のみでは「改ざんされていないか」がわかりません。AEAD は暗号化と MAC（メッセージ認証コード）を一体化し、機密性＋完全性＋認証を同時に提供します。

暗号化のみ（CBC等）：平文 → 暗号文 → 受信者は内容を復号できるが改ざんに気づけない
AEAD（GCM等）：平文 → 暗号文 + 認証タグ → 受信者は認証タグで改ざん検知できる

鍵配送問題とその解決

共通鍵を安全に相手に渡す方法が問題です。

解決策仕組み
公開鍵暗号（RSA/ECDH）で共通鍵を配送TLS ハンドシェイクで使用
鍵交換アルゴリズム（Diffie-Hellman）安全でない経路でも安全に鍵を共有
事前共有鍵（PSK）帯域外で安全に共有済みの鍵を使用

SC試験での頻出ポイント

  • ECB モードが使用禁止な理由：同じ平文が同じ暗号文になりパターンが露呈する
  • CBC の IV（初期化ベクタ）の役割：同じ平文でも毎回異なる暗号文を生成するためのランダム値
  • GCM が推奨される理由：機密性と完全性を一つで実現（AEAD）
  • パディングオラクル攻撃：CBC モードの実装の欠陥を突いてパディングエラーの有無から平文を推測
  • AES-256 と AES-128 の使い分け：一般用途は AES-128 で十分な安全性。量子コンピュータ耐性が必要なら AES-256

よくある誤問・ひっかけパターン

誤り① 「CBC モードは改ざんを検知できる」→ 誤。CBC 単体では改ざん検知機能はありません。別途 HMAC などの MAC が必要です。

誤り② 「共通鍵暗号は公開鍵暗号より安全性が低い」→ 誤。鍵長が適切であれば安全性は十分です。処理速度が速いため実際のデータ暗号化に使われます。

誤り③ 「GCM の認証タグを検証せずに復号してもよい」→ 誤。認証タグの検証前に復号結果を処理すると改ざんデータを使うリスクがあります。

関連用語

重要キーワード

用語説明
ブロック暗号固定長ブロック単位で暗号化するアルゴリズム
動作モードブロック暗号を長いデータに適用するための方式（CBC・GCM等）
IV（初期化ベクタ）同じ平文でも異なる暗号文を生成するためのランダム値
AEAD暗号化と認証を一体化した方式。機密性・完全性を同時保証
認証タグGCMが生成する改ざん検知用のMAC値
鍵配送問題共通鍵を安全に相手に渡す方法の問題