情報セキュリティ第03回

(1)

1

情報セキュリティ第03回

大久保誠也静岡県立大学経営情報学部

2/28

はじめに



情報セキュリティの技術



暗号



古典的な暗号



演習：シーザー暗号



演習の解説

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本日の資料

今日の資料は

http://flute.u-shizuoka-ken.ac.jp/~s-okubo/

の『授業関係』から取ることができます。

第

5

回から

smax

を利用するので、

アカウントを思い出しておくこと

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情報セキュリティの技術

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情報理論と暗号

 情報理論の応用

 情報圧縮

画像や音楽のデジタルデータを圧縮

00000...000000000011111111111111….11111 0が１個,1が200個

 誤り訂正

通信路上で誤りが起きたとき、検出・訂正 Alice －－－－→Bob

000 通信 010

↑間違いを検出・訂正

 暗号今回の話

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この授業で出てくる内容

基礎的な部分

2進数と計算（他の科目でやっているはず）

16進数

一方向関数とハッシュ値

疑似乱数

応用的な部分

暗号技術

認証技術

実際の通信で何が行われているか

(2)

7/28

10 進数とは



"ブロック"10個で、（違う大きさの） "ブロック"となる。

 145₁₀の意味することは、

1 4 5

₁₀

「10個のブロックが 10個集まったもの」が1つ

「10個のブロックが集まったもの」が4つ

「1個のブロック」

が5つ

1

×

10

²₁₀

4

×

10

¹₁₀

5

×

10

⁰₁₀

8/28

2 進数とは

 "ブロック"2個で、（違う大きさの）"ブロック"となる。

 1111₂の意味することは、

1 1 1 1

₂

「1個のブロック」

が1つ

1

×

2

⁰₁₀

「1個のブロックが 2個集まったブロック」

が1つ

1

×

2

¹₁₀

「2個のブロックが2個集まったブロック」が1つ

1

×

2

²₁₀

「2個のブロックが 2個集まったブロックが 2個集まったブロック」が1つ

1

×

2

³₁₀

9/28

16進数とは

 "ブロック"16個で、（違う大きさの）"ブロック"となる。

 0～9とA～Fまでの16個の記号で表現する。

3 3

4 4

1 1

0 0

2 2

10進数 16進数

8 8

9 9

7 7

5 5

6 6

10進数 16進数

D 13

E 14

F 15

B 11

A 10

C 12

10進数 16進数

10/28

16進数への変換



16進数から10進数：

2進数から10進数と同様



10進数から16進数：

2進数から10進数と同様



16進数から2進数：

右の表のようになる



2進数から16進数：

4桁毎に区切って、

右の表。

1010 A

1011 B

0101 5

0110 6

0111 7

1000 8

1001 9

0000 0

0001 1

0010 2

0011 3

0100 4

1100 C

2進数 16進数

1111 F

1110 E

1101 D

11/28

排他的論理和



2つの値のうち、

片方のみが1のときに1、

両方が0もしくは1のときには0 となる計算。



XOR、EORともいう。

 記号は



。

1 1

0 0 0

0 0 1

1 1 0

1

y x  x y

12/28 Hello

World

Hello World

盗聴

Hello World

Bob 送信

Alice

Hello World

Eve 盗聴

A:>

Hello World 覗き見して

やろう

Aliceからメールが来た。

送信

外部に漏れてないかなぁ？

(3)

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改ざん

9時集合

12時

送信集合

12時 集合

このメールは正しいのかな？

Mallory

通信内容を書き換えてやれ Alice

Bob

14/28 hogehoge

Mallory

Bob

送信

hogehoge

なりすまし

Aliceからメールが来たけど、

本当にAliceなのかな？

Aliceを語って送信だ！

15/28

暗号技術

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Bobに

メールを…… ^Hello

World

Hello World

電子メールは非常に便利

Hello

World Bob

送信

Alice

Hello World

早い。

安い。

簡単。

情報化社会に欠かせないツールに

17/28 Hello

World

Hello World

電子メールは

危険な場合も ……(1)

Hello

World Bob

送信

Alice

Hello World

盗聴

Hello World

Eve 盗聴

A:>

Hello World

覗き見してやろう

文章がそのまま流れるので、

悪い人に情報が漏れる！

送信

18/28

電子メールは

危険な場合も ……(2)

Bob

なりすまし

Hello World

Eve

A:>

Alice

Hello World

Aliceの名を語ってメールを送信だ！

他人を語ってメールを投げられる！。

本当に本人から来たのか？。

Hello World

送信

Hello World

(4)

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電子メールの

危険な部分 - まとめ

盗聴の危険性

文章内容がそのままネット上を流れる！。

間に悪意のある人がいると、情報が覗かれる！。

なりすましの危険性

他人になりすますことが容易！。

本当に、その人からメールが来たのか、確認できない！。

暗号の技術で、すべて解決！

20/28

暗号の目的

平文（送りたい文）を暗号化し、暗号文にする。

この際、鍵を使用する。

This is a pen.

（16進数表記）

5468697320697320612070656E2E0A 平文

test

鍵

（16進数表記）

883BC0A17AA746D3DCADCE425C6A10AC

;zB¥j

暗号文

暗号化されていると、

元の文章がわからない。

21/28

対策：暗号化

極秘

暗号化されていて、

よくわからんなぁ

Bob

Alice

暗号化することで機密性を保てるあ！

送り間違えた！

極秘送信

暗号化：

第三者が見てもわからないように変換すること

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暗号の歴史(1)

 シーザー暗号

文字ずらすことで暗号化・復号

ex 暗号化：DOG → GRJ

（各文字を、3文字分後にずらす）

復号：GRJ →

DOG

（各文字を、3文字分前にずらす）

 単純換字暗号

文字を置き換える表に従って暗号化・復号

ex 表：a→v, b→d, c→a

暗号化：abc→

vda

（テーブルの対応に従って各文字を置き換え）

復号：vda→

abc

（テーブルの対応に従って各文字を置き換え）

23/28

暗号の歴史 (2)

 多表式換字暗号

文字を置き換える表を複数使用する

 転置式暗号

文字の並ぶ順番を入れ替える

ex： 1文字目を3文字目に、2文字目を1文字目に、

3文字目を4文字目に、4文字目を2文字目に置く。

暗号化：cats →

asct

復号：asct→

cats

 スーパー暗号

これらの方式を組み合わせた物。

現代暗号へ _24/28

演習：シーザー暗号

(5)

25/28

 シーザー暗号

文字ずらすことで暗号化・復号

ex 暗号化：DOG → GRJ

（各文字を、

3

文字分後にずらす）

復号：

GRJ

→

DOG

（各文字を、3文字分前にずらす）

文字を

3

文字ずらす処理を，

MS-Excel で行えれば良い

シーザー暗号で行いたいこと

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文字と文字コード

 各文字は文字コードというコードにより、計算機内部では扱われている。

 さまざまなコードの割り当て方が存在している

SHIFT_JIS ：94 4c

ISO-2022-JP（JIS）：47 2d

EUC-JP ：c7 ad

UTF-8 ：e7 8c ab

”猫”という文字は、

このように表現。

27/28

出てくるExcelの関数



CODE(x)

（文字列x の先頭文字の）文字コードを返す。



CHAR(x)

コード番号x に対応した文字を返す。



MOD(x, y)

xをy で除算した余りを返す。

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演習：シーザー暗号(1)

文字を入力

3を入力

aを入力

=CODE(B3) を入力

=MOD(B4-97+$B$2,26)+97 を入力

=CHAR(B5)を入力

29/28

文字を入力

3を入力

aを入力

=CODE(B3) を入力

=MOD(B4-97+$B$2,26)+97 を入力

=CHAR(B5)を入力

何文字分ずらすか

平文

（暗号化したい文字）

演習：シーザー暗号 (1)

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文字を入力

3を入力

aを入力

=CODE(B3) を入力

=MOD(B4-97+$B$2,26)+97 を入力

=CHAR(B5)を入力 B3にある文字の文

字コードを求める

aは97、 eは101、

bは98、 …

cは99、

dは100、 zは122

演習：シーザー暗号 (1)

(6)

31/28

文字を入力

3を入力

aを入力

=CODE(B3) を入力

=MOD(B4-97+$B$2,26)+97 を入力

=CHAR(B5)を入力

演習：シーザー暗号 (1)

B2の文字数ずらした文字を求める。

B4-97 ：

B4の文字がaから何文字あとかを計算

B4-97+3：

3文字ずらす MOD(略, 26)：

zの次はaにする必要があるので、26のあまりを求める MOD(略)+97：

“a”の文字コード(97)を足す。

32/28

文字を入力

3を入力

aを入力

=CODE(B3) を入力

=MOD(B4-97+$B$2,26)+97 を入力

=CHAR(B5)を入力文字コードを

文字にする

演習：シーザー暗号 (1)

33/28

演習：シーザー暗号(2)

セルの内容を右のセルにもコピー

34/28

演習：シーザー暗号(3)

文字を1文字ずつ入力してみよう

3文字ずれた暗号文が生成されたか確認しよう

35/28

演習：シーザー暗号 (4)

値を変えてみましょう

さっきとは異なった暗号文が生成されたか確認しよう

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課題の提出

 今日のMS-Excelのファイルを経情グループウェアから提出する。

 ファイル名は学籍番号c.xls とすること。

（学籍番号は自分の学籍番号を入力すること）

 グループ名は『H26_情報セキュリティ』です。

 ユーザーIDとパスワードは、ユニバーサルパスポート等と同じです。

(7)

37/28

Visual Studio で（前半）

#include<stdio.h>

int main(){

int i,key;

char plain_text[20],cipher_text[20];

printf("文字列を入力してください。¥n");

scanf("%s",plain_text);

printf("ずらす文字数を入力してください。¥n");

scanf("%d",&key);

#include<stdio.h>

int main(){

int i,key;

scanf("%d",&key);

その1/2： 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

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Visual Studio で（後半）

その2/2：

for(i=0;i<strlen(plain_text);i++){

cipher_text[i]='a'+(plain_text[i]-'a'+key)%26;

printf("%c->%c¥n",plain_txt[i],cipher_txt[i]);

}

cipher_text[i]='¥0';

printf("暗号文は %s です。¥n",cipher_text);

}

for(i=0;i<strlen(plain_text);i++){

}

} 11 12 13 14 15 16 17 18 11 12 13 14 15 16 17 18

C

言語における文字列

(1)

st[0]

t

st[1] st[2] st[3] st[4] st[5] st[6] st[7] st[8] st[9]

e s t ¥0

文字列の最後には、NULL がつきます。

（「つきます」というか、「つけます」）



C言語では、文字列は配列として扱うことができる。

 例えば、文字列

"test" が、サイズ10の文字型の配列 stに保存されているなら、

40/28

C言語における文字列(2)



NULLがないと、どうなるのか？

st[0]

t

e s t ¥0

文字列は test と。

計算機

g o m i ¥0

st[0]

t

e s t -

文字列は test-test と。

計算機

g o m i ¥0

この¥0 が違う文字だと… …

文字列を扱うときには、文字列の末尾に NULLがついているかどうかが重要になる

41/28

解説 (1)

#include<stdio.h>

int main(){

int i,key;

scanf("%d",&key);

#include<stdio.h>

int main(){

int i,key;

scanf("%d",&key);

その1/2：

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

平文と暗号文を保存する配列を準備

平文を読み込み。

42/28

解説 (2)

その2/2：

for(i=0; i<strlen(plain_text); i++){

}

for(i=0; i<strlen(plain_text); i++){

}

} 11 12 13 14 15 16 17 18 11 12 13 14 15 16 17 18

strlen()は、文字列の長さを返す関数

Excelのときと同様にして3文字ずらす

暗号文の末尾にNULLを付加

情報セキュリティ 第03回