この単元のつまずきポイント
「公開鍵で暗号化して公開鍵で復号する」と誤解する生徒が多く、暗号化に使う鍵と復号に使う鍵の対応関係と、なぜ両方式を組み合わせるかの理由が説明できません。
このテーマで実際に生成した教材
下の枠内が、まなびAIがこのテーマで実際に生成した教材です。読み解きにくい学習指導要領は、デジタル庁が推進する国産AI「源内」の一部である法令検索AI「Lawsy」の技術で検索・参照し、約30秒で出力されました。
共通鍵暗号と公開鍵暗号：情報の安全を守る2つのカギ
インターネットを通じて情報をやり取りする際、私たちは常に「情報が盗み見られたり、改ざんされたりしないか」という不安に直面します。この不安を解消し、安全な通信を実現するために不可欠なのが「暗号技術」です。
暗号技術には、大きく分けて「共通鍵暗号方式」と「公開鍵暗号方式」の2種類があります。それぞれの特徴と、どのように使い分けられているのかを学んでいきましょう。
1. 共通鍵暗号方式
共通鍵暗号方式は、データを暗号化するときと復号化するときに、同じ鍵（共通鍵）を使う方式です。例えるなら、たった一つの鍵で開け閉めできる鍵付きの箱のようなものです。
仕組み
- 送信者と受信者が、事前に同じ鍵を共有します。
- 送信者は、その共通鍵を使ってメッセージを暗号化します。
- 暗号化されたメッセージを受信者に送ります。
- 受信者は、共有している共通鍵を使ってメッセージを復号化し、元のメッセージを読み取ります。
特徴
- メリット: 暗号化・復号化の処理が非常に高速です。大量のデータを扱うのに適しています。
- デメリット: 通信を始める前に、送信者と受信者が安全な方法で共通鍵を共有する必要があります。インターネットのような不特定多数が利用する環境で、この鍵を安全に受け渡すのが難しいという課題があります。
身近な例
- ZIPファイルにパスワードを設定して圧縮する
- 無線LAN（Wi-Fi）の暗号化（WPA2/WPA3など）
代表的なアルゴリズム
- AES（Advanced Encryption Standard）
2. 公開鍵暗号方式
公開鍵暗号方式は、公開鍵と秘密鍵という、ペアになる2つの異なる鍵を使う方式です。公開鍵は名前の通り誰にでも公開されますが、秘密鍵は所有者だけが大切に保管します。
仕組み
- メッセージを受け取りたい人（受信者）は、公開鍵と秘密鍵のペアを作成します。
- 公開鍵はインターネットなどで公開し、秘密鍵は自分だけが大切に保管します。
- メッセージを送りたい人（送信者）は、受信者の公開鍵を使ってメッセージを暗号化します。
- 暗号化されたメッセージを受信者に送ります。
- 受信者は、自分だけが持っている秘密鍵を使ってメッセージを復号化し、元のメッセージを読み取ります。
特徴
- メリット:
* 鍵を事前に共有する必要がなく、安全に通信を開始できます。
* 「デジタル署名」という技術を使うことで、メッセージが途中で改ざんされていないか、また誰が送ったメッセージなのか（送信者の認証）を確認することができます。
- デメリット: 暗号化・復号化の処理が共通鍵暗号方式に比べて遅いです。大量のデータの暗号化には向きません。
身近な例
- ウェブサイトのHTTPS通信（URLが`https://`で始まるサイト）
- 電子メールの暗号化
代表的なアルゴリズム
- RSA
3. 共通鍵暗号と公開鍵暗号の使い分け
それぞれの暗号方式には得意なことと苦手なことがあります。実際のインターネット通信では、これらの方式を組み合わせて利用することがほとんどです。これをハイブリッド暗号方式と呼びます。
- 共通鍵暗号方式が向いている場面:
* 大量のデータを高速に暗号化・復号化したいとき
* 例: ファイルの暗号化、動画ストリーミングの暗号化
- 公開鍵暗号方式が向いている場面:
* 鍵を安全に相手に渡したいとき
* デジタル署名を使って、送信者の認証やメッセージの改ざん検知を行いたいとき
* 例: TLS/SSL通信での共通鍵の交換、電子証明書
ハイブリッド暗号方式の例（HTTPS通信など）
ウェブサイトにアクセスする際のHTTPS通信では、次のような流れで安全が確保されています。
- まず、公開鍵暗号方式を使って、一時的に通信するための共通鍵を安全に交換します。
- 共通鍵の交換が完了したら、その共通鍵を使って、実際の通信データ（ウェブページのコンテンツなど）を高速に暗号化・復号化します。
これにより、安全かつ高速な通信が実現されています。
確認問題
問題1
共通鍵暗号方式が持つ、鍵の運用に関する主な課題は何ですか？
- 暗号化・復号化の処理速度が非常に遅いこと
- 暗号化するたびに新しい鍵を生成する必要があること
- 通信を始める前に、共通鍵を安全に相手に共有する必要があること
- 復号化するための秘密鍵が複数存在し、管理が困難なこと
正解: 3
解説:
共通鍵暗号方式は、暗号化と復号化に同じ鍵を使用するため、通信を始める前にその鍵を安全に送信者と受信者の間で共有しなければなりません。インターネットのようなオープンな環境では、この鍵の安全な受け渡しが大きな課題となります。
問題2
公開鍵暗号方式において、AさんがBさんに暗号化されたメッセージを送る場合、AさんはBさんのどの鍵を使ってメッセージを暗号化しますか？
- Aさん自身の公開鍵
- Aさん自身の秘密鍵
- Bさんの公開鍵
- Bさんの秘密鍵
正解: 3
解説:
公開鍵暗号方式では、メッセージを受け取る相手の公開鍵を使って暗号化します。このとき、暗号化されたメッセージは、その相手だけが持つ秘密鍵でしか復号化できません。これにより、メッセージの内容が他の人に知られることを防ぎます。
問題3
実際のインターネット通信（HTTPSなど）において、大量のデータを高速に暗号化するために主に利用される暗号方式は次のうちどれですか？
- 共通鍵暗号方式
- 公開鍵暗号方式
- ハッシュ関数
- デジタル署名
正解: 1
解説:
公開鍵暗号方式は鍵の交換には優れていますが、処理速度が遅いため、大量のデータを直接暗号化するのには向きません。そのため、実際の通信では、まず公開鍵暗号方式で共通鍵を安全に交換し、その交換された共通鍵（処理が高速）を使って大量のデータ通信を暗号化する「ハイブリッド暗号方式」が採用されています。
編集・参照情報
- 編集・運営: かわさき楽AIサポート（株式会社スマイルファクトリー）
- 作成方法: 学習指導要領データを検索し、AI生成教材を編集して掲載
- 参照範囲: 第10節 情 報 > 第１ 情報Ⅰ > ２ 内 容 > (4) 情報通信ネットワークとデータの活用
- 公開日: 2026年7月8日
この教材の使い方
塾講師の方は、生徒に「なぜ2種類の暗号方式が必要なのか」を先に問いかけてから本文に進ませると理解が定着します。共通鍵の高速性と鍵配送問題、公開鍵の安全な鍵配布という対比を、板書やホワイトボードで図解して補足すると効果的です。
保護者の方は、生徒がZIPパスワードやWi-Fi暗号化など身近な例と結びつけて理解できているかを確認してあげてください。「この場面ではどちらの方式が使われている？」と日常の一場面で問いかけると、暗号技術が生活に根付いていることを実感できます。
復習の際は、生徒本人がAIに一問一答クイズを出してもらい、間違えた設問だけ仕組み図に戻って確認する反復学習が効果的です。用語の暗記に走らず、鍵の受け渡し手順を自分の言葉で説明できる状態を目標にしてください。
よくある質問
共通鍵と公開鍵、どちらから覚えさせるとよいですか？
教材では共通鍵暗号方式を先に扱っています。仕組みがシンプルで身近なZIPやWi-Fiに例えやすいためです。理解の順番はご家庭の判断で構いませんが、まず共通鍵から入るとつまずきにくいです。
子どもが「公開鍵を公開して大丈夫なの？」と混乱しています。どう説明すれば？
公開鍵と秘密鍵はペアで、公開鍵で暗号化したものは対の秘密鍵でしか復号できない点がポイントです。細かい数理は高校範囲を超えるため、疑問が深まったら学校の先生にご確認ください。
家庭学習では何を確認させれば定着しますか？
「鍵の数」「事前共有の要不要」「処理速度」の3点をノートに整理させると比較が明確になります。AESなど用語も教材の範囲で押さえ、余力があれば身近な例を書き出す形でご家庭の判断で進めてください。