ストリーム暗号（stream cipher）は、データを逐次的に暗号化する方式で、特に通信分野で重要な役割を果たしています。
本記事では、ストリーム暗号の基本概念、特徴、代表的な暗号化方式、そして実用例について詳しく解説します。
ストリーム暗号の基本概念
ストリーム暗号とは？
ストリーム暗号は、データを1ビットまたは1バイト単位で暗号化する方式で、暗号の一形態です。
これは、データを一定の長さのブロックごとに暗号化するブロック暗号（block cipher）とは対照的です。
- 逐次的な暗号化：ストリーム暗号は、受信したデータを即座に復号できるため、リアルタイム性が求められる通信に適しています。
ストリーム暗号の特徴
ストリーム暗号には以下のような特性があります。
- データ量の一致：元のデータ（平文）と暗号化後のデータ量が常に一致します。
- これは、ブロック暗号がブロック長の整数倍にデータ量を調整する必要があるのとは異なります。
- 応答性：受信側でデータを即座に復号できるため、応答性が重視される用途に特化しています。
ストリーム暗号の実装方法
XOR演算による暗号化
ストリーム暗号の具体的な実装方法の一つは、XOR（排他的論理和）演算を利用することです。
この方法では、以下の手順が行われます。
- 鍵ストリームの生成：
- 暗号鍵を基にして、一定の規則に従い擬似乱数を生成し、無限に続く符号列（鍵ストリーム）を作成します。
- 暗号化の実施：
- 平文と鍵ストリームの同位置のビットまたはバイトをXOR演算し、その結果を暗号文として送信します。
- 復号プロセス：
- 受信側では、同じ暗号鍵から鍵ストリームを再生成し、受信した暗号文に対して再度XOR演算を行います。これにより、元の平文に戻すことが可能です。
例：RC4暗号
RC4は、最も広く使用されているストリーム暗号の一例です。
このアルゴリズムは、シンプルでありながら高速な暗号化を実現し、Wi-FiセキュリティのWEPやTLSプロトコルでも利用されていました。
しかし、近年はそのセキュリティ上の脆弱性が指摘され、代替技術が模索されています。
ストリーム暗号の応用
通信分野での利用
ストリーム暗号は、特に通信分野で多く使用されます。
リアルタイムデータの保護が求められる場面、例えばオンラインチャットやビデオ通話などで、その利点が発揮されます。
IoTデバイスでの適用
また、IoTデバイスなど、リソースが限られた環境でも効率的に動作するため、ストリーム暗号が活用されています。
データ量が限られている場合でも、迅速なデータ処理が可能となります。
まとめ
ストリーム暗号は、逐次的なデータ暗号化を通じて、通信の安全性を高める重要な技術です。
XOR演算を利用したシンプルな実装が特徴で、応答性の高い用途に最適です。
今後も、通信技術の発展に伴い、ストリーム暗号の重要性はますます増していくでしょう。
さらに参考してください。
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