情報I「ネットワークと暗号化」練習問題と解説

学校や家庭など限られた範囲のネットワークがLAN、それらを結んだ広い範囲のネットワークがWANで、世界規模でつないだものがインターネットです。接続機器では、同じネットワーク内で複数の機器をつなぐハブと、異なるネットワーク同士をつないで宛先に応じた経路を選ぶルータの役割の違いが問われます。ルータが行う「どの道を通すか決める」処理を経路制御（ルーティング）といいます。

データをそのまま丸ごと送るのではなく、パケットという小さな単位に分割し、それぞれに宛先などの情報をつけて送り、受信側で番号順に組み立て直す方式です。回線を1つの通信が占有しないので、多数の利用者で回線を効率よく共有できます。また一部のパケットが壊れても、そのパケットだけ送り直せば済みます。分割せずに回線を占有する方式（回線交換）と比較させる出題が定番です。

プロトコルは通信のための取り決め（約束事）です。手順やデータ形式を双方が同じルールに従うことで、メーカーや機種が違っても通信できます。インターネットではTCP/IPという体系が使われ、役割ごとに階層に分かれています。おおまかには、IPが宛先まで届ける担当、TCPが届いたか確認して順序どおりに組み立てる担当です。用途別のプロトコルとしては、Webの HTTP／HTTPS、メール送信の SMTP、メール受信の POP・IMAP、ファイル転送の FTP があります。

ネットワーク上の機器を識別する番号がIPアドレスです。人間に覚えやすい文字列であるドメイン名を、機械が使うIPアドレスに変換する仕組みがDNSです。IPv4は32ビットで表され、2³²通り（約43億個）しかなく足りなくなったため、128ビットのIPv6への移行が進んでいます。「アドレスが枯渇した理由」を、ビット数と表せる個数の関係から説明させる問題がよく出ます。

共通鍵暗号は暗号化と復号に同じ鍵を使います。処理は速いのですが、その鍵を相手にどうやって安全に渡すかという鍵配送問題が生じます。公開鍵暗号は、誰でも入手できる公開鍵で暗号化し、受信者だけが持つ秘密鍵で復号します。鍵を渡す必要がない代わりに処理が遅いため、実際のHTTPS通信では「共通鍵そのものを公開鍵暗号で安全に送り、以後の本文は速い共通鍵暗号でやりとりする」という組み合わせが使われます。

デジタル署名は、送信者が本人であること（なりすまし防止）と、内容が改ざんされていないことを保証します。その公開鍵が本当にその人のものかを第三者機関が証明するのが電子証明書と認証局です。また、情報セキュリティの3要素は機密性・完全性・可用性（頭文字でCIA）。外部からの不正な通信を遮断するファイアウォール、人の心理の隙を突くソーシャルエンジニアリング、実在するサイトを装って情報を盗むフィッシングもあわせて押さえます。