Microsoft PowerPoint pptx

情報セキュリティ

第８回 ２０１６年６月３日（金）     1/20

本日学ぶこと



本日の授業を通じて

 「鍵」の生成・配送・認証・破棄について，その必要性と方法を 理解します．  セキュリティを実現するために必要となる，「乱数」の性質と， 具体的な乱数生成アルゴリズムを学びます．  公開鍵暗号とディジタル署名を円滑に運用するための，「公開 鍵基盤（_{PKI）」について学びます．}

3

鍵は重要



鍵は小さい

 DES：56ビット  AES：128, 192, 256ビット  RSA：安全に運用するには，2048ビット以上 

鍵は平文と同じ価値を持つ．

 鍵が知られる(compromised)と，過去の暗号文の中身も 知られる．

鍵をどう作る？使う？



鍵の生成

 乱数で生成する． 

鍵の配送

 鍵も暗号化して送る．  ハイブリッド暗号  鍵の暗号化：C_K = E₁(K, r)  メッセージの暗号化：C_M = E₂(r, M)  E₁は公開鍵暗号，E₂は対称暗号，rは乱数を使うことが多い． 

鍵の認証

 「Aliceの鍵」が確かにAliceの鍵であると認識する方法は？  公開鍵暗号なら，公開鍵基盤（PKI)

5

乱数の要件



無作為性

 でたらめに見える．  統計的検定により判定できる． 

予測不可能性

…暗号論的に安全な乱数の要件

 過去の乱数列を見ても，次の乱数が求められない． 

再現不可能性

…真の乱数の要件

 ある乱数列と同じ数列を再現できない．  乱数列に周期がない．

乱数生成法



線形合同法

 古典的な擬似乱数生成アルゴリズム．randやrandom関数でも 利用  X_n+1 = (A*X_n + B) % M に基づく．  予測可能．周期が小さく，質が悪い 

Blum-Blum-Shub

 X_n+1 = (X_n)2 % pq に基づく乱数生成アルゴリズム  予測不可能，再現可能 

/dev/random，/dev/urandom

 UNIXの特殊ファイル．catやddといったコマンドで取り出す．  環境ノイズをもとに生成し，再現不可能  多ビット乱数を生成するには不向き

7

擬似乱数生成器



内部状態を初期化する際に与える値を「

種

」という．



内部状態は，一つ乱数を生成すると，変わる．



しかし内部状態の取り得る値は有限個なので，周期をなくす

（周期を

∞にする）ことはできない．

内部状態

種

乱数列

図の出典：『暗号技術入門 第3版 秘密の国のアリス』 p.317を改変 擬似乱数生成器 乱数の 初期化 乱数 生成

乱数まとめ



「乱数」を使ってすること

 鍵（公開鍵暗号の場合，鍵ペア）の生成  ノンスやソルトの生成 

「乱数」の課題

 計算機上でセキュリティを実現するための乱数生成法として 何を選べばよいか？  rand関数は不適当  無作為性と予測不可能性を満たし，再現不可能性に関して は周期を大きくすることで対処する  種の選び方  種の漏洩は，鍵の漏洩と同じ  「時刻」や，「時刻とプロセス番号の組み合わせ」は， 推測されやすいので，使わない．

9

これまでの授業のおさらい（１）



「対称暗号（秘密鍵暗号）」ができること

 秘密通信：鍵を持つ者しか知ることのできないよう，メッセージ をやり取りすること．  機密性の保持：鍵を持たない者が，暗号化されたファイルを 取得しても，もとのメッセージは分からない．  高速な暗号化・復号処理 

「対称暗号」の課題

 鍵をどのように生成し，あらかじめ共有すればいいか？

これまでの授業のおさらい（２）



「公開鍵暗号」ができること

 秘密通信：復号鍵を持つ者しか知ることのできないよう， メッセージをやり取りすること．  機密性の保持：復号鍵を持たない者が，暗号化された ファイルを取得しても，もとのメッセージは分からない．  暗号化鍵の公開：誰でも暗号化ができる． 

「公開鍵暗号」の課題

 鍵ペアをどのように生成すればいいか？  「Aliceの暗号化鍵」と言われて本当にAliceの鍵なのか？ …改ざん（中間者攻撃）の可能性

11

これまでの授業のおさらい（３）



「一方向ハッシュ関数」ができること

 ハッシュ値の生成  ハッシュ値は，メッセージに対して非常に小さい値である．  メッセージが１ビットでも変われば，ハッシュ値は大きく 変わるので，メッセージの改ざんを検出できる．  第三者検証：関数が公開されていれば，メッセージとハッシュ値 のペアが適切かどうか誰でも確認できる． 

「一方向ハッシュ関数」の課題

 メッセージとハッシュ値をともに改ざんしたときは？

これまでの授業のおさらい（４）



「メッセージ認証コード」ができること

 MAC値の生成とその検証：鍵を持つ者は，メッセージとMAC値 のペアが適切かどうかを確認できる． 

「メッセージ認証コード」の課題

 第三者検証ができない．  否認（生成したが，後になって自分は生成していないと主張す ること）ができてしまう．

13

これまでの授業のおさらい（５）



「ディジタル署名」ができること

 署名文の作成：RSAでは，「Aliceの署名文」は，Aliceの復号鍵 を持つ者のみが生成できる．  第三者検証  署名文復元法では，署名文が適切かどうか，暗号化鍵 （公開鍵）を用いて誰でも確認できる．  認証子照合法では，メッセージと署名文のペアが適切か どうか，暗号化鍵（公開鍵）を用いて誰でも確認できる．

公開鍵基盤



Public Key Infrastructure, PKI



公開鍵を効果的に運用するために定められた規格・仕様の

総称



構成要素

 利用者：PKIを利用する人・コンピュータ

 認証局（Certification Authority, CA)：証明書を発行する人・コ

ンピュータ

 登録局（Registration Authority, RA)：登録業務を行う機関．

申請者の本人確認をする．

15

証明書とは



公開鍵証明書，ディジタル証明書とも呼ばれる．



利用者の公開鍵と，それに対する認証局のディジタル署名

からなる情報

のこと．



フォーマットは，

X.509 が最も有名．

 署名の対象となる情報（公開鍵），署名文のほかに，ディジタル 署名アルゴリズム，発行日時と有効期限，公開鍵の所有者， 証明書の作成者なども記載される． 証明書 Aliceの 公開鍵 CAの 署名

認証局とは



公開鍵証明書の発行や管理をする．



信頼される第三者

（

Trusted Third Party,

TTP

）である．



業務

 鍵ペアを生成する．  公開鍵証明書を作成し発行する．  公開鍵証明書を破棄する．証明書失効リスト(Certificate Revocation List, CRL)に，申請のあった鍵情報を登録する．  破棄 = 失効 = revocation (動詞形はrevoke) ≠ 削除

17

利用者がすること



自分の公開鍵を登録する．

 鍵は，自分または認証局が生成する．  プライベート鍵は，秘密に保管する． 

自分の公開鍵を破棄する．

 以後使用しないというときや，復号鍵（プライベート鍵）が他者に 知られてしまった可能性があるときに実施 

暗号化したい人の公開鍵を含む証明書を取り寄せる．

 暗号化，署名文の検証のいずれかに使用する．  証明書の検証も忘れずに．  適切な署名文である  証明書の有効期限が切れていない  証明書が失効されていない（CRLを参照する）

証明書をどのように検証するか？



証明書には，認証局による署名がついているので，

その認証局の鍵を含む証明書を取り寄せればよい．

 「認証局の鍵を含む証明書」の検証は？ …… 

認証局は階層化されている．

 例：札幌支店の従業員Bob - 札幌支店認証局 - 北海道支社認 証局 _{- 東京本社認証局} 

最上位の認証局の証明書は，自分自身の鍵による署名

（

セルフ署名

）がついている．

証明書 Bobの 公開鍵 CA1の 署名 証明書 CA1の 公開鍵 CA2の 署名 証明書 CAXの 公開鍵 CAXの 署名

…

PKIを運用するなら



RFC 5280をはじめとする技術仕様や，解説書を読む．



CP/CPSを策定し，公表する．

 CP (Certificate Policy，証明書ポリシー)：認証局が電子証明 書を発行する際の運用方針を示した文書のこと． 何を_{(What)ポリシーとするかを定める．}

 CPS (Certification Practice Statement，認証局運用規定)：

CAのセキュリティポリシー，約款および外部との信頼関係など に関する詳細を規定した文書のこと． どのように_{(How)ポリシーを適用するのかの手順を記す．} 

オブジェクト識別子

(OID)を取得し，CPに記載する．

 日本なら，1.2.392.（6桁）  （RSAなどのアルゴリズムのOIDを，1.2.840.113549.1.1.1など として指定することも） 19

情報を「埋め込む」技術



情報ハイディング（

information hiding）：あるものに本来とは

異なる別の情報を埋め込むこと

 ステガノグラフィ（steganography）：情報を秘密裏に埋め込み， 通信の事実すら秘密にしつつ情報を伝達  電子透かし（digital watermarking）：文書・音声・静止画像・動 画像に情報を埋め込むことで，改ざん検知や著作権管理 （_{Digital Rights Management, DRM）に活用}