情報セキュリティ第07回

(1)

1

情報セキュリティ第07回

大久保誠也静岡県立大学経営情報学部

2/59

はじめに



はじめに



今までの復習



安全な通信の目的



種々の通信プロトコル



演習

3/59

今までの復習

4/634/59

今までやってきた基礎技術



基礎技術：



秘密鍵暗号方式



公開鍵暗号方式



ハッシュ値と一方向関数



乱数

5/59

秘密鍵暗号



暗号化も復号も、同じ鍵を使用する。

共

秘密鍵



秘密鍵は第三者に渡してはいけない。



処理が軽いため、大きい平文を暗号化できる。

共共

平文暗号文暗号文平文



基礎技術：



秘密鍵暗号方式



公開鍵暗号方式



ハッシュ値と一方向関数



乱数

6/59

公開鍵暗号方式



暗号化と復号では、異なる鍵を使用する。

公開鍵で暗号化し、秘密鍵で復号する。



秘密鍵は第三者に渡してはいけない。



処理が重いため、基本的に小さい平文を暗号化する。

公秘

平文暗号文暗号文平文



基礎技術：



秘密鍵暗号方式



公開鍵暗号方式



ハッシュ値と一方向関数



乱数

(2)

7/59

ハッシュ値と一方向関数



文章のテキストファイルから生成できるビット列平文 ^{フィンガー} _プリント



異なる平文が、同じ指紋を生成する確率は低い。

平文

A

フィンガープリント

A

平文

B

フィンガープリント

B

違う指紋に



平文と指紋を受け取り、比較することで、平文が正しいか否かを判定できる。



基礎技術：



秘密鍵暗号方式



公開鍵暗号方式



ハッシュ値と一方向関数



乱数

8/59

乱数



数列の中でも、過去の数列から、次の数が予想できないものを、乱数列という。



つまり、x

₁, x₂, … , x_t

から次のx

_t+1

が予想できない。



一般に、計算機が使用するのは疑似乱数。

単純な例

種処理値1 処理値2 処理値3

…

乱数値1 乱数値2 乱数値3

処理処理処理

…

次の値は

予想できない



基礎技術：



秘密鍵暗号方式



公開鍵暗号方式



ハッシュ値と一方向関数



乱数

9/59

安全な通信の目的

10/59 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？

11/59

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

12/59 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！

(3)

13/59

代表的な攻撃方法と対処



盗聴



なりすまし



改ざん

14/59

シンプルな通信方法

15/59 ID

PASSWD

Alice

Bob

②

送信

あｓｄふぁｓｄＪｌｋｊぇｗｋｆ

③

「秘密鍵」で復号

ID PASSWD

①

「秘密鍵」で暗号化

盗聴しても、

復号できない

……

。

共

秘密鍵暗号を用いた通信(1)

16/59

秘密鍵暗号による通信(2)



盗聴について：



対処されている。間に盗聴者が居ても、内容が漏れることはない。



事前に秘密鍵を受け渡しておく必要がある。



なりすましについて：



特に対処されていないが、攻撃者が秘密鍵を持っていないなら意味のある通信にならない。



改ざんについて：



特に対処されていないが、改ざんされても意味のある通信にならない。

17/59 ID

PASSWD

Alice

Bob

③

送信

④

「秘密鍵」で復号

ID PASSWD

②

「公開鍵」で暗号化

秘公

①

送信

公

公開鍵暗号を用いた通信(1)

盗聴しても、

復号できない

……

。

公

18/59

公開鍵暗号による通信(2)



盗聴について：



対処されている。間に盗聴者が居ても、内容が漏れることはない。



秘密鍵を事前に共有しておく必要はない。



大きい平文を送るには、処理が重い。



なりすましについて：



特に対処されていない。渡された公開鍵が正しいものか否か、判断しておく必要がある。



改ざんについて：



特に対処されていない。

(4)

19/59

公開鍵暗号と秘密鍵暗号を組み合わせた通信

20/59

アイデア



秘密鍵暗号は、事前に秘密鍵を受け渡ししておく必要がある。

どうやって、鍵を受け渡しておくのか？



公開鍵暗号は、処理が重い。

どうやって、大量の平文を通信するのか？

秘密鍵暗号と公開鍵暗号を組み合わせて使うハイブリッド暗号

1.

平文は秘密鍵暗号で暗号化する。

2.

秘密鍵暗号の秘密鍵（共通鍵）を公開鍵暗号で暗号化する。

21/59

通信手順

(1)

平文

秘

Bob

Alice

公

AliceはBobに平文を送りたい

22/59

通信手順

(2)

平文

秘

Bob

Alice

公

① Bobの公開鍵を

渡しておく

23/59

通信手順

(3)

平文

秘

Bob

Alice

共

公

渡しておく

②

共通鍵を生成

24/59

通信手順

(4)

平文

秘暗秘

Bob

Alice

共

公

渡しておく

②

共通鍵を生成

③

秘密鍵暗号で平文を暗号化

平文

(5)

25/59

④

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

通信手順

(5)

公

平文

秘暗秘

Bob

Alice

共

公暗共

公

渡しておく

②

共通鍵を生成

③

秘密鍵暗号で平文を暗号化

平文

26/59

④

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

通信手順

(6)

公

平文

秘暗

送信

秘暗秘

Bob

Alice

共

共共

公暗公暗

公

渡しておく

②

共通鍵を生成

③

秘密鍵暗号で平文を暗号化

平文平文

⑤

送信する

27/59

④

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

通信手順

(7)

公

平文

秘暗

送信

秘暗秘

Bob

Alice

共共

公暗公暗

公

渡しておく

②

共通鍵を生成

③

秘密鍵暗号で平文を暗号化

平文平文

⑤

送信する

⑥

公開鍵暗号で

共通鍵を復号

^28/59

④

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

通信手順

(8)

公

平文

秘暗

送信

平文

秘暗秘

Bob

Alice

共共

公暗公暗

公

渡しておく

②

共通鍵を生成

③

秘密鍵暗号で平文を暗号化

平文平文

⑤

送信する

⑥

公開鍵暗号で共通鍵を復号

⑦

秘密鍵暗号で復号

29/59

通信手順補足

公

平文

秘暗送信

平文

秘暗秘

Bob

Alice

Aliceからの

メールが来た。

復号しよう……。

共共

公暗公暗

パス

＋フレーズ公

平文平文

実際にはパスフレーズも

使用することが多い

^30/59

盗聴されても…

Eve

公

平文

暗送信

平文

暗秘

Bobの

Bob

Alice

共共

暗暗

盗聴しても、

復号できない

……

。

パス

＋フレーズ

(6)

31/59

通信手順



以下のような流れで行われる。

1.AliceがBobにメールを送るとする。

2.Aliceは共通鍵を生成し、平文を暗号化する。

3.Aliceは共通鍵を、Bobの公開鍵で暗号化する。

4.Aliceは2と3で生成したものを、Bobにメールする。

5.Bobは、Bobの秘密鍵とパスフレーズで、Aliceから

送られた『暗号化された共通鍵』を復号し、共通鍵を取り出す。

6.Bobは、取り出した共通鍵で、『暗号化された平

文』から平文を取り出す。

Eve

は、

Bob

の秘密鍵を知らないため、共通鍵を取り

出せず、結果として平文を入手できない。

^32/59

まとめ

秘密鍵暗号と公開鍵暗号を組み合わせて使う

1.

平文は秘密鍵暗号で暗号化する。

2.

秘密鍵暗号の鍵を公開鍵暗号で暗号化する。



秘密鍵暗号は、事前に秘密鍵を受け渡ししておく必要がある。

どうやって、鍵を受け渡しておくのか？

→ 公開鍵暗号で秘密鍵暗号の鍵を暗号化。



公開鍵暗号は、処理が重い。

どうやって、大量の平文を通信するのか？

→ 小さい秘密鍵暗号の鍵のみを暗号化。

33/59

何が守れているのか



盗聴について：



対処されている。間に盗聴者が居ても、内容が漏れることはない。



なりすましについて：



特に対処されていないが、攻撃者が秘密鍵を持っていないなら意味のある通信にならない。



改ざんについて：



特に対処されていないが、改ざんされても意味のある通信にならない。

さらに認証技術等と組み合わせる必要がある

34/59

ssh

35/59

sshとは

 Secure Shell の略。



リモートの計算機と安全に通信するためのプロトコル。パスワードを含めた全てが暗号化される。



ハイブリット暗号方式を利用している。



なりすましにも、ある程度の耐性がある。

 sshは、telnetを置き換えていることが多い。

 ftp

を置き換える

sftp

等もある。



プロトコルはバージョンが2つある。

（

1

の使用は推奨されていない）

36/59

telnetとssh

telnet

の場合

sshの場合

通信は平文で行われる

通信はすべて暗号化さ

れて行われる

(7)

37/59

sshとteraterm

通信するプロトコルを選択できる

38/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

秘

計算機

Alice

公公

秘

Alice

はリモートの計算機に

接続して利用したい

39/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

秘

計算機

Alice

公

①

送信

公

秘

40/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

公秘

計算機

Alice

共

公

①

送信

②

共通鍵を生成

公

公秘

41/59

③

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

公

送信

秘

計算機

Alice

共

公暗共

公

①

送信

②

共通鍵を生成

公

公秘

42/59

③

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

公

送信

秘

計算機

Alice

共

共共

公暗公暗

公

①

送信

②

共通鍵を生成

④

送信する

公

公秘

(8)

43/59

③

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

公

送信

秘

計算機

Alice

共共

公暗公暗

公

①

送信

②

共通鍵を生成

④

送信する

⑤

公開鍵暗号で共通鍵を復号公

公秘

44/59

③

公開鍵暗号で共通鍵を暗号化

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

(1)

公

送信

秘

計算機

Alice

共共

公暗公暗

公

①

送信

②

共通鍵を生成

④

送信する

⑤

公開鍵暗号で共通鍵を復号公

公秘

⑥

共通鍵暗号を使用して、今後の通信を行う

Alice

は

Bob

に平文を送りたい

45/59



片方はホスト鍵、もう片方はサーバー鍵である



はじめて通信した際、利用者はホスト鍵を保存しておく。

 2

回目以降、保存しておいたホスト鍵と送られてきたホスト鍵を比較する。

ssh

プロトコルバージョン1 の

2本の鍵

公

秘公

秘

ホスト鍵サーバー鍵

定期的に作り直す基本的に

ずっと一緒

46/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

2回目以降 (1)

公

秘

計算機

Alice

公公

秘

前回保存しておいたホスト鍵

47/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

2回目以降 (2)

公

秘

計算機

Alice

公

①

送信

公

秘公

公

②

比較する

48/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

2回目以降 (3)

公

秘

計算機

Alice

公

①

送信

公

秘公

公

②

比較する

同じだったら、前回と同じ

計算機に接続しようとしている

(9)

49/59

ssh

プロトコルバージョン1 の通信の概要

2回目以降 (3)

公

秘

計算機

Alice

公

①

送信

公

秘公

公

②

比較する

違っていれば、前回と異なる計算機に接続しようとしている！

なりすまし

50/59

何が守れているのか



盗聴について：



対処されている。間に盗聴者が居ても、内容が漏れることはない。



なりすましについて：



初回に成功していれば、2回目以降はなりすましに（ある程度）耐性がある。



改ざんについて：



特に対処されていないが、改ざんされても意味のある通信にならない。

さらに認証技術等と組み合わせる必要がある

51/59

演習：

C言語で行うシフトと

ビット演算

52/59

UNIXにログインする



今回もUNIXで演習を行いますので、smaxにログインしてください。



今回は、UNIX環境におけるC言語で



シフト演算



ビット演算を行います。

53/59

C言語における

シフト演算とビット演算

 C

言語では

>> , <<

でビットシフトを実行できる

 C言語では、&, | , ~, ^ でビット毎のand, or, NOT, XOR

が計算できる。

8 >> 1;

// 100を右に1ビットシフトして010に 8 >> 1;

// 100を右に1ビットシフトして010に

8 | 1;

// 100と001にのORを計算して、101になる。

8 | 1;

// 100と001にのORを計算して、101になる。

54/59

使用例

1：

#include<stdio.h>

int main(){

short int test;

test=8; // 0000000000000100 printf("%d ¥n",test);

printf("%d ¥n",test >> 1);

printf("%d ¥n",test << 1);

}

#include<stdio.h>

int main(){

short int test;

}

コンパイルは

として行う。

gcc sample07a.c gcc sample07a.c

(10)

55/59

使用例

1：解説

#include<stdio.h>

int main(){

int test;

}

#include<stdio.h>

int main(){

int test;

}

8

は

2

進数だと

1000

で表される。

1000の1ビット右シフトは 100。10進数の4。

1000の2ビット右シフトは10。

10

進数の

2

。

1000

の

3

ビット右シフトは

1

。

10

進数の

1

。

1000

の

2

ビット左シフトは

100000

。

10

進数の

32

。

56/59

使用例

2：

#include<stdio.h>

int main(){

printf("%d ¥n", 10 & 6); // 1010 & 0110 = 0010 printf("%d ¥n", 10 | 6); // 1010 | 0110 = 1110 printf("%d ¥n", 10 ^ 6); // 1010 | 0110 = 1100 }

#include<stdio.h>

int main(){

コンパイルは

として行う。

gcc sample07b.c gcc sample07b.c

57/59

使用例

2：解説

#include<stdio.h>

int main(){

#include<stdio.h>

int main(){

58/59

使用例

3：

#include<stdio.h>

int main(){

int i;

int test;

test=6; // 110 for(i=0;i<=3;i++){

printf("---i=%d ¥n",i);

printf("%d ¥n",test & i );

printf("%d ¥n",test | i );

printf("%d ¥n",test ^ i );

} }

#include<stdio.h>

int main(){

int i;

int test;

test=6; // 110 for(i=0;i<=3;i++){

printf("---i=%d ¥n",i);

printf("%d ¥n",test & i );

printf("%d ¥n",test | i );

printf("%d ¥n",test ^ i );

} }

コンパイルは

として行う。

gcc sample07c.c gcc sample07c.c

59/59

課題の提出



情報セキュリティ 第07回