『暗号解読』（1999年）は、秘密通信の長く興味深い歴史を描いています。この要約では、古代ギリシャから現代のNSAまで旅をし、数々の狡猾さ、決意、欺瞞に満ちた物語を詳しく紹介します。
本要約のポイント：秘密通信の進化をたどる
子供のころ、友達とだけの最高機密のメッセージをやりとりするために、自分だけの暗号を作ったことはありませんか？ 秘密のやり取りには底知れない魅力があり、人類は何世紀にもわたってそれを続けてきました。 暗号はたいてい権力者によって使われてきましたが、権力を求める者たち自身も利用してきました。 それは歴史的な策略や謀略に欠かせないものでした。暗号の強度そのものが歴史の流れを変える力を持っていたのです。対立する二つの国が戦争に勝つかどうか、あるいは誰かが生きるか死ぬか、王になるか、それとも生涯を牢獄で過ごすかを決めることもありました。
この要約では、こうした運命的な出来事のいくつかを、暗号解読者たちが第二次世界大戦の行方を変えた20世紀までご案内します。 暗号化の洗練度が増していく様子や、暗号化と解読の両方が情報技術によってどのように強化されてきたかがわかるでしょう。 この要約では、さらに以下のことも明らかになります。
- 職場の同僚や詮索好きなきょうだいから私的な手紙を守るための暗号化の方法
- 弱い暗号がスコットランド女王メアリーに非常に深刻な影響を及ぼした経緯
- 政府が次の最先端の暗号化手法の使用を必死に阻止しようとする理由
秘密の暗号は人類の歴史の早い段階で発展し、急速に進化した
- 秘密の暗号は比較的最近の現象に思えるかもしれませんが、メッセージの意味を隠す技術である暗号化の最古の形は、実は紀元前5世紀にまでさかのぼります！
- 当時のギリシャは、ペルシャに征服されるという絶え間ない脅威に直面しており、安全な通信の必要性を痛感していました。
- その結果生まれたのが暗号技術であり、この分野では同時に二つの異なる分野が発展しました。転置式と換字式です。
- 転置式は、単語や文の文字を並べ替えることで暗号文を作り出すものです。
- 例えば、転置式でよく知られるレールフェンス暗号は、メッセージの文字を二つの列の間でジグザグに交互配置していきます。
- もう一つの方法である換字式は、ある文字を別の文字で置き換える方式です。
- たとえば、A=V、B=Xのように、アルファベットすべての文字に代替ペアを設定して暗号アルファベットを作ります。
- この方式は従来のアルファベットを置き換えるため、単一換字式暗号と呼ばれます。
- 最も単純な換字式の一つがシーザーシフト暗号で、ユリウス・カエサル自身が好んだことに由来します。
- これは標準のアルファベットを使い、開始位置を一定の文字数だけずらすものです。
- つまり、アルファベットを3文字ずらすと、A=D、B=E、C=Fとなります。
- しかし、単純なシーザーシフト暗号は敵をいつまでも欺けるものではなく、やがてキーワード方式の暗号アルファベットが考案され、単一換字式暗号にひねりが加えられました。
- この暗号はシーザーシフトと似ていますが、アルファベットの先頭にキーワードまたはフレーズを置き、その後、キーワードで使われていない文字を使って通常のアルファベットを続けます。
- たとえば、キーワードが「CAESAR」なら、アルファベットは CAESRBDFGHIJK… となり、A=C、B=A、C=E、D=S となるわけです。
スコットランド女王メアリーの死が暗号技術の進歩を促した
- こうして暗号は早くから登場しましたが、すぐに暗号解読者たちの対抗を受けるようになりました。彼らは暗号を破る戦略を編み出す専門家です。
- 中でも特に優れていたのがアラブの暗号解読者たちで、西暦750年に極めて効果的な暗号解読ツールを発明しました。頻度分析です。これは単一換字式暗号を破るために用いられます。
- どんな書き言葉にも、他の文字より頻繁に使われる文字や単語があり、頻度分析は単一換字式で暗号化されたメッセージからそうした文字を特定します。最もよく使われる文字を知ることが、暗号解読の大きな助けとなるのです。
- たとえば、英語の文章で最もよく使われる文字は E、T、A、O、N、S、R です。
- さて、「piuub gkulvwpev!」で始まる暗号化されたメッセージがあったとします。
- その言語で最もよく使われる文字を把握していれば、暗号解読者はそれらを暗号内で最も頻繁に現れる文字に置き換えることができ、「pERRb gkRlSTpAS!」となることを見抜けます。
- これらの文字が埋まれば、残りを解読するのは簡単です。
- このように暗号解読者が高度になるにつれて、暗号化の手法も改良を迫られました。
- しかし、2世紀から15世紀にかけては、暗号にわずかな改良が加えられただけで、たとえばコード（符号）、すなわち単語やフレーズ全体を他の記号に置き換える暗号ツールが追加されました。
- たとえば、ノーメンクラトゥーアは、コードを用いた暗号アルファベットです。
- 残念ながら、この戦略は見かけほど安全ではなく、暗号の改良が必要であることを証明するために、ある王族の処刑が起きました。
- 1587年2月8日、スコットランド女王メアリーは、従妹のエリザベス女王の暗殺を企てた罪で裁判の末、処刑されました。
- メアリーは無実を主張していましたが、自分の手紙が単一換字式のノーメンクラトゥーアで暗号化されていたにもかかわらず、エリザベス側にいとも簡単に解読されていたことを知りませんでした。
- この時点で、暗号解読者たちは当時の手法よりはるかに優れており、新たな暗号戦略が必要であることが明白になりました。
- 何しろ、王族でさえ暗号解読者の犠牲になるなら、安全な者などいるでしょうか？
16世紀、解読不可能と誤って信じられた新たな暗号が登場した
- 頻度分析は単一換字式暗号の安全性を脅かしていました。
- 16世紀、ブレーズ・ド・ヴィジュネルというフランス人が、一つのメッセージに26の異なる暗号アルファベットを用いる暗号技術、つまり多表式暗号を開発しました。
- ヴィジュネル暗号は1586年に初めて発表され、「Le Chiffre Indéchiffrable」、つまり解読不能な暗号と呼ばれました。
- 仕組みは次のとおりです。 まず、ヴィジュネル方陣と呼ばれる表と、コードワードを作成します。
- 方陣には26の行があり、各行には上の行から1文字分ずらした暗号アルファベットが含まれています。
- たとえば、1行目が BCDEF なら、2行目は CDEFG となります。
- コードワードは、どのアルファベットを使っているかを示すものです。
- たとえば、コードワードが「WHITE」なら、5つの異なるアルファベットを用いる暗号を構築できます。
- 最初の文字は22番目の暗号アルファベット（Wで始まる）、次の文字は7番目（Hで始まる）に対応するからです。
- しかし、ヴィジュネル暗号はより安全であるものの、実用的とは言えず、決して解読不能でもありません。
- それはあまりに複雑で時間がかかるため、敏捷性と単純さを重視する軍事通信には普及しませんでした。
- 17世紀に普及した暗号、たとえばルイ14世が好んだものは、文字の代わりに数字や音節の置き換えを用いた、単に改良された単一換字式暗号でした。
- しかし、18世紀に電信通信が普及すると、ヴィジュネル暗号もまた使われるようになりました。
- 郵便配達人なら手紙をポストに投函するだけですが、電信オペレーターはメッセージを読まなければ配達できないため、プライバシーが明らかに低下したのです。
- そして19世紀、イギリスの暗号解読者チャールズ・バベッジは、複数のアルファベットを用いても、多表式暗号には使用されているコードワードの長さを示す兆候や繰り返しが依然として存在し、解読を可能にしていることを発見しました。
- ここまで歴史の中で暗号が果たしてきた役割を学びましたが、ここで基本に戻り、暗号と言語のつながりについてさらに深く掘り下げましょう。
暗号解読は、古代エジプト語とギリシャ語の解読に不可欠な役割を果たした
- アメリカ軍が第二次世界大戦中に、ネイティブアメリカンのナバホ族を無線通信士として起用しようと考えたことをご存じですか？
- その理由は、彼らの言語には文字による記録がなく、決して解読できないと考えられたからです。
- しかし、この興味深い歴史の一コマだけが、ほとんど知られていない言語が暗号と手を結んだ唯一の例ではありません。
- 1798年に発掘されたロゼッタストーンには、同じ内容が三つの異なる言語、ギリシャ語、デモティック、そしてそれまで見たことのないヒエログリフで記されていました。
- イギリスの言語学の天才トーマス・ヤングは、このヒエログリフ解読の好機に飛びつきました。
- ギリシャ語の翻訳を手がかりに研究に取り組み、文中の丸く囲まれたヒエログリフであるカルトゥーシュが、エジプトの統治者「プトレマイオス」とその妻「ベレニケ」の名前を表していることを発見し、謎の一端を解きました。
- この発見を基に、フランスの言語学者ジャン＝フランソワ・シャンポリオンがさらに研究を進め、クレオパトラとアレクサンダーのカルトゥーシュを見つけ出しました。
- これらの名前だけで、シャンポリオンは古代ヒエログリフを解読するのに十分な情報を得て、1824年にその成果を発表したのです。
- しかし、失われていたヒエログリフの解読が畏敬の念を抱かせる偉業だとしたら、古代言語線文字Bはさらに困難なものでした。
- 1900年、紀元前1375年にさかのぼる粘土板がクレタ島で発見され、最も古いその板に記された言語が何であるかという議論が巻き起こりました。
- 暗号解読者たちはこれを線文字Bと呼びましたが、1940年代まで完全な謎のままでした。そんな中、イギリスの建築家マイケル・ヴェントリスが、記号をギリシャの重要な地名と結びつけ始めたのです。
- ヴェントリスはすぐにクノッソスやティリソスといった海上輸送の拠点を特定し、言語を解読するための手がかりを手に入れました。
- ヴェントリスが線文字Bは実際には古代ギリシャ語の一種であると発表すると、学者たちは驚愕し、この発見は「ギリシャ考古学のエベレスト」として歴史に名を刻みました。
- このように、暗号と言語学のつながりは明白ですが、前者が世界の出来事に及ぼした影響を過小評価することはできません。
- 第二次世界大戦の勃発とともに、暗号は再び歴史の行方を決定づけることになります。
戦時中に暗号技術は大きく進歩した
- 無線の発明と世界大戦によって必要とされた機密性の高まりにより、安全な通信手段の発見がかつてないほど重要になりました。
- そのため、第一次世界大戦中、米軍は事実上解読不可能なシステムであるワンタイムパッド暗号の開発に着手しました。
- 「暗号の聖杯」と考えられているこの暗号は、ヴィジュネル方式の変形です。
- これは、送信者と受信者がそれぞれ一冊ずつ持つ、同一の二冊のパッド（冊子）を使用します。
- パッドの各ページには、ランダムに生成された一意の24文字のコードワードが含まれています。
- 送信者がランダムなコードを使ってメッセージを送ると、その後、両者は使用したページを破棄します。つまり、各コードは一度しか使われないのです。
- このシステムが解読不可能であることは数学的に証明されていますが、まったく非実用的でもあります。
- 軍は1日に何百ものメッセージを送信しますし、完全にランダムなキーワードを生成するのは想像以上に難しいのです。
- さらに、新しいパッドを常に配布し続けなければならないという問題もあります。
- とはいえ、十分なリソースを持つ者同士、たとえば二人の世界のリーダー間の通信を暗号化するには、ワンタイムパッド暗号は驚くほどうまく機能します。
- そのため、別のシステムが必要とされ、エニグマの誕生とともに、暗号化は機械化されました。
- 1918年、ドイツの発明家アルトゥール・シェルビウスは、エニグマと呼ばれる機械装置を構築することで、暗号を作成する新しい方法を見出しました。
- エニグマは、キーボード、暗号ディスクから成るスクランブルユニット、表示板で構成されていました。
- ユーザーが文字をタイプすると、暗号ディスクの設定に従って、表示板に暗号文字が表示されます。
- シェルビウスは第一次世界大戦後の平和な時期にこの発明を売り込むのに苦労しましたが、第二次世界大戦が近づくにつれてドイツ軍の関心が高まり、まもなく3万台ものエニグマが使用されるようになりました。
- この配布の規模の大きさにより、当時としては前代未聞のレベルの暗号化が可能となり、エニグマは突破不可能と見なされました。
エニグマ暗号の解読は第二次世界大戦の行方を決定づけた巨大な挑戦だった
- 1926年までに、イギリスはドイツの通信を注意深く監視しており、奇妙な暗号の傍受を始めていました。
- これがエニグマの仕業であり、連合国の暗号解読者たちを困惑させました。
- しかし皮肉なことに、ドイツが安全性を高めるために考案した方法が、最終的にエニグマの弱点を露呈させることになります。
- ドイツの通信は、メッセージを送るために二つの鍵を必要としました。
- すべての通信は日鍵を使用しますが、各メッセージは、そのメッセージだけを解読するための新しいメッセージ鍵から始まりました。
- 誤りを防ぐために、送信者はメッセージ鍵を2回繰り返しました。これは、スクランブラーディスクの設定方法を指示する、単純な3文字のフレーズです。
- ポーランドの暗号解読者であり数学者のマリアン・レイェフスキは、傍受したすべてのメッセージの3文字のメッセージ鍵を研究することで、この繰り返しに着目しました。
- 1年以内に、彼はエニグマが生成しうるすべてのスクランブラー設定のカタログを作成しました。全部で105,456通りの設定です。
- こうして、メッセージ鍵は日鍵とエニグマの設定を明らかにする指紋となったのです。
- しかし、アラン・チューリングとブレッチリー・パークの暗号解読チームがいなければ、戦争はさらに長引いていたかもしれません。
- 連合国は、ドイツ側がメッセージ鍵を繰り返すという過ちにいずれ気づくかもしれないと認識しており、アラン・チューリングはエニグマ暗号を破る別の方法を見つける任務を負いました。
- チューリングはレイェフスキと同様に、過去のメッセージに取り組み、パターンを特定していきました。
- たとえば、ドイツ軍は毎朝天気予報を放送していました。
- その報告を注意深く調べることで、「天気」に対応する暗号語が明らかになりました。
- しかし、チューリングの真の天才性は、レイェフスキのカタログ化作業を機械化し、正しい組み合わせが鍵を明らかにするまでエニグマ同士を電子的に接続したことにあります。
- チューリングと彼のチームの仕事により、連合国は爆撃に関する事前情報や、ノルマンディーで対峙することになるドイツ軍の詳細さえも入手することができました。
- 彼らの不可欠な働きが戦争を短縮し、犠牲者を減らしたことは広く認められています。
- エニグマは暗号技術の発展における新たな段階を画しましたが、その分野はそこで終わりませんでした。
- 次に、現代の暗号がどのように発展し、どこに向かっているのかを探っていきましょう。
パーソナルコンピュータの台頭が新たな暗号方式とセキュリティの形を生み出した
- エニグマとその最終的な解読が明らかにしたことの一つは、コンピューティングこそが暗号の未来であるということでした。
- コンピュータが商業的に普及するにつれて、新たな形の安全な通信が登場しました。
- 1960年代に商用コンピュータがビジネス界に広がったことで、金融取引や貿易交渉のための新たなセキュリティが必要になりました。
- その結果がIBMのルシファーです。これは、書かれたメッセージをバイナリコードに変換し、64ビットのブロックに分割してから、与えられた鍵に従って16回スクランブルをかけるシステムです。
- 1976年までに、ルシファーは米国国家安全保障局（NSA）によってデータ暗号化標準（DES）として承認されました。
- しかし、鍵を配布するためのより良い方法は依然として欠けていました。
- そのために、ホイットフィールド・ディフィー、マーティン・ヘルマン、ラルフ・マークルという三人の暗号学者が協力し、人々が長距離にわたって安全に暗号化メッセージを交換する方法を見つけ出しました。
- それまで暗号技術では、暗号化されたメッセージを送ると、受信者がそれを解読するには送信者の鍵が必要であるという前提がありました。
- そのため、直接会わない限り、鍵を郵送する必要があり、傍受の危険にさらされました。
- しかし、このチームは別の選択肢を考案しました。ディフィー・ヘルマン・マークル鍵交換です。これは次のように機能します。 暗号化されたメッセージを受け取ると、受信者は自分の鍵を使ってそれを再び暗号化します。
- 次に、二重に暗号化されたメッセージは送信者に返送され、送信者は自分の暗号化を解除してから再び受信者に送り返します。
- これで、暗号化は受信者自身のものだけとなり、容易に解読できます。
- しかし、常に改善の余地はあるもので、1977年にはMITの三人の科学者がRSA暗号を開発しました。これは、素数の積に基づく非常に安全な鍵を使用することで、さらに安全性を高めたものです。
- これらの鍵が特に安全なのは、ある数の素因数を決定するためのシンプルで汎用的なアルゴリズムが存在しないためであり、そのため非常に手間のかかる作業となるからです。
- たとえば、21（素因数は3と7）のような小さな積では問題になりませんが、数が大きくなるとそれだけ多くの作業が必要になります。
暗号の未来はコンピュータの進歩と政治的展開にかかっている
- エニグマは暗号のゲームを一変させました。その発明以来、暗号の分野は言語ベースのものから数学者に大きく影響されるものへと変貌を遂げてきました。
- 事実、物理学が今や暗号の未来の鍵を握っているかもしれません。なぜなら、暗号技術はついに暗号解読をしのぐという究極の目標を達成しつつあるからです。
- どのようにでしょうか？
- DESおよびRSA暗号の突破不可能性を通じてです。
- 今日では、DESの鍵の複雑さを規制してきたNSAでさえ、暗号化されたデータの膨大な量に対応し、素因数を見つけるために必要な計算を実行しきれていません。
- つまり、これらの暗号が破られるとすれば、それは技術的かつ理論的なブレークスルーによってのみ可能なのです。
- しかし、その暗号解読の進歩は、量子コンピュータにあるかもしれません。
- 現代の暗号を解く最も論理的な方法は、複数の計算を同時に実行することです。
- そうすれば、暗号解読者は、さもなければ約17年を要する作業を、わずか数分で達成できるでしょう。
- では、量子コンピュータはどのように機能するのでしょうか？
- 量子コンピュータは量子ビット（qubit）で動作します。これは、標準的なコンピュータのバイナリビットに相当するものです。
- しかし、量子コンピュータでは、回転する粒子がバイナリの1と0の代わりをします。
- 各量子ビットは互いに独立して動作できるため、250量子ビットは1075通りの同時計算を実行できます。
- しかし、暗号学者たちはこの可能性を認識しており、すでに優位性を保つための取り組みを進めています。
- 実際のところ、量子物理学は、超安全な暗号と鍵を構築する新しい方法も可能にするかもしれません。
- たとえば、物理学者たちはすでに、光の量子粒子である光子を、光ファイバーケーブルを使って長距離にわたって送信することに成功しています。
- さらに、光子は安全なワンタイムパッド暗号のための完全にランダムな鍵を生成するように配列することができ、第三者が傍受を試みた場合、その兆候を迅速に示すほど感度が高いのです。
- 当然のことながら、この技術は極めて安全な暗号を意味する可能性があります。実際、あまりに安全すぎるため、政府が一般市民や潜在的な犯罪者による使用を禁じるでしょう。
最終的なまとめ
- この本の重要なメッセージ： 何百年もの間、世界中の軍隊や政府は、戦争に勝利し秘密を隠すために暗号化されたメッセージを使ってきました。一方で、暗号解読者たちはメッセージをより効率的に解読する技術を磨いてきたのです。
- しかし、暗号技術には長い歴史がありますが、現代とコンピュータ技術は、暗号化と解読の両方の実践を完全に変革しました。
- さらに読むべきおすすめ：A Mind for Numbers （バーバラ・オークリー著） A Mind for Numbersは、私たちの脳が情報を取り込み、処理する方法についての洞察を提供します。
- 数学的または科学的な概念が自然に身につかない人でも、適切な献身と忍耐力があれば習得できること、そしてその方法を教えてくれます。
