認証技術・署名技術
２０００・１１・６
佐野 晋
要求
安全にメッセージを相手に送りたい
通信相手を確認したい
改ざん防止
盗聴の防止
発信者がアドレスを偽っていない保証
受信者がアドレスを偽っていない保証
さらに
第3者がメッセージの正しさを確認できる
送った相手がそのメッセージを拒否できない
通信の事実を隠したい
2000/11/6 S.Sano
認証技術・署名技術
2
要求-かっこよくいうと
機密性 （Confidentiality）
完全性 (Integrity)
改ざんの検知，防止
真正性 (Authenticity)
第３者に情報が伝わらない，
盗聴の防止
送信者の正当性
否認拒否 (Non Repudiation)
送信者が送信の事実を拒否できない機能
受信者が受信の事実を拒否できない機構
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認証技術・署名技術
3
どうやってつくるか
機密性(機密保護）
完全性（改ざん検出）
暗号
暗号
デジタル署名
真正性(成りすまし防止）
暗号
デジタル署名
認証
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認証技術・署名技術
4
暗号の基礎知識
ひらぶん
平文
plaintext
暗号化鍵
復号化鍵
encryption key
decryption key
暗号文
暗号化
ciphertext
encryption
復号化
decryption
平文
解読
cryptanalysis
平文
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認証技術・署名技術
5
暗号技術の変遷
①通信を秘密に
②暗号アルゴリズムを秘密に
③暗号アルゴリズムは公開，鍵を秘密に
④復号化鍵＊のみを秘密に
＊：正しくは公開鍵方式の二つの鍵の
いずれか一方
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認証技術・署名技術
6
暗号認証技術の基礎知識
慣用(対称鍵)暗号系 … DES
暗号化と復号化は同じ鍵
送信者と受信者は鍵を共有する
高速
公開鍵暗号系 … RSA
暗号化と復号化で鍵が違う － ふたつの鍵
片方の鍵は自分以外に知られても良い
公開鍵と秘密鍵
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認証技術・署名技術
7
一方向ハッシュ関数
任意のデータ長を固定のデータに変換
ぶつかりが少ない
出力から入力が予測しにくい
任意長
データ
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ハッシュ関数
認証技術・署名技術
128bit
データ
8
メッセージダイジェスト
一方向性ハッシュ関数で
ＭＤ２，ＭＤ４，ＭＤ５
元データの変更が出力に大きく影響
逆演算が困難
同じメッセージダイジェスト値をもつ別の元データを見
つけるのが困難
Ｌ．Ｒivest
１２８ビット
ＳＨＡ－１
ＮＩＳＴ，ＮＳＡ
１６０ビット
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認証技術・署名技術
9
慣用暗号系を用いた暗号と認証
平文
秘密の鍵をお互いに共有
相互に相手認証が可能
暗号化
暗号文
秘密鍵
復号化
平文
秘密鍵
共有
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認証技術・署名技術
10
公開鍵暗号系を用いた秘密性の確保
送り先の公開鍵でメッセージを暗号化
送り先の秘密限で復号
平文
Ａ
暗号化
暗号文
Bの公開鍵
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復号化
Bの秘密鍵
認証技術・署名技術
平文
Ｂ
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公開鍵暗号系を用いたデジタル署名
発信元の秘密鍵でメッセージを暗号化
発信元の公開限で復号
デジタル署名
第3者も正当性と送信元の確認ができる
平文
Ａ
暗号化
暗号文
Ａの秘密鍵
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復号化
Ａの公開鍵
認証技術・署名技術
平文
Ｂ
12
一方向関数を用いたメッセージ
認証子
メッセージは平文
メッセージ認証子(MIC)を生成して添付
MIC-Message Integrity Check
平文
Ｈ
Ａ
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暗号化
ＭＩＣ
Ａの秘密鍵
Ｈ
比
復号化
較
Ａの公開鍵
認証技術・署名技術
Ｂ
13
認証
個人認証…システムがユーザを認証
本人しか知らない事実 (例: パスワード)
持ち物(例: 印鑑、 ICカード)
身体的特徴を利用(例： 指紋、網膜)
プロセス認証…プロセスやホストを認証
低レベルの識別子の利用(例：アドレス、プロセスID)
パスワード
暗号技術に基づいた認証子
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認証技術・署名技術
14
認証
ゴール
要求が本物の要求者の意志に基づくものである
ことを要求受理者が確認する
要求の一般的な処理の流れ
①本人を認証(authentication)
②要求が正当であることを確認(authorization)
③要求の受理、処理
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認証技術・署名技術
15
パスワード
システムと利用者で秘密を共有
システム側では暗号化（ハッシュ）して保存
利用者は記憶し必要に応じて入力
パスワードによる認証の限界
利用者のパスワード管理の問題
名前，単語など類推されやすいパスワード
メモ書き
忘れる
ネットワーク上をそのまま流れ、盗聴の危険
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認証技術・署名技術
16
使い捨てパスワード
一度だけ有効なパスワードの生成
同期式
disposable password
onetime password
カウンタ同期 (ex. SafeWord)
時刻同期 (ex. SecurID)
非同期式
チャレンジ/レスポンス型
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S/KEY, OTP
SafeWord
SNK
認証技術・署名技術
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チャレンジ･レスポンス型の例
ユーザ
クライアント
秘密鍵
サーバ
challenge = “２３４５６８７６”
秘密鍵
暗号化
暗号化
response = “０３４２６８９０”
検証
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認証技術・署名技術
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S／KEY, ＯＴＰ
ユーザ
n
n,seed,f (seed+s)
サーバ
クライアント
challenge = n-1,seed
秘密：ｓ
ｆ n-1
n-1
response = f (seed+s)
ｆ
f:メッセージダイジェスト関数
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検証
認証技術・署名技術
19
使い捨てパスワードの問題
ユーザに計算能力が必要
計算ソフトウエア
専用計算機
計算済みのリスト
同じチャレンジ･レスポンスの対が現れる
可能性
秘密の値が類推される可能性
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認証技術・署名技術
20
暗号アルゴリズムによる認証
秘密の鍵を共有
慣用鍵暗号系
秘密鍵による暗号化
公開鍵暗号系
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認証技術・署名技術
21
鍵の量
n人でお互いに認証すると
慣用暗号系の場合 …n × (n - 1) / 2
公開鍵暗号系の場合 … ｎ対
の鍵が必要
公開鍵を用いるとスケールするが
処理に時間が必要
→ ハッシュ関数，と組み合わせ
相手の公開鍵の信頼性は？
信頼おける第３者による署名 ＝ 証明書
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認証技術・署名技術
22
メッセージの電子署名
発注書
ベーコン１００ｇ
注文します
電子署名された発注書
ベーコン
１００ｇ
注文し
ます
ハッシュ
関数
暗号化
Ａの
秘密鍵
署名
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認証技術・署名技術
23
メッセージの電子署名と確認
発注書の
電子署名
ベーコン１００ｇ
注文します
ハッシュ
関数
暗号化
注文主の
秘密鍵
署名
ベーコン１００ｇ
電子署名の 注文します
確認
署名
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ハッシュ
関数
比較
暗号化
認証技術・署名技術
注文主の
公開鍵
24
公開鍵の公開がポイント
本当にその公開鍵はそのユーザの公開鍵か？
証明書
鍵を第3者が証明
鍵発行者がユーザの公開鍵をデジタル署名する
鍵発行者の公開鍵は既知
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これは
佐野の
印である．
証明書発行局
認証技術・署名技術
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証明書
公開鍵とその所有者情報の対応を第３者
が，確認して電子署名したもの
印鑑証明書
この鍵はＡの
公開鍵である
ことを証明します
発行局
Ｘ．５０９証明書
バージョン番号
署名アルゴリズム
発行者名
有効期限
ユーザＩＤ
公開鍵
ハッシュ
関数
暗号化
ＣＡの
秘密鍵
関連情報
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署名
認証技術・署名技術
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公開鍵基盤
PKI – Public Key Infrastructure
証明書発行局（ＣＡ）を中心にした公開鍵
の流通基盤
Ｘ．５０９
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認証技術・署名技術
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ＣＡの機能
ＣＡ
ＣＡ
証明書発行局
（２）本人確認
（１）発行要求
＋本人
確認情報
Ａの鍵です
発行局
（３）発行
Ａの証明書
Ａ
Ｂ
ベーコン１００ｇ
注文します
Ａ
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Ａの鍵です
発行局
認証技術・署名技術
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CA
Certification Authority
認証局または証明書発行局
証明書を発行する第三者機関
エンティティの認証と署名(Certificate)
証明取消の確認と署名(CRL)
階層化による分散管理が可能
信用度はポリシとそれに従った運用による
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認証技術・署名技術
29
ＣＡの機能
Registration Authority
Issuing Authority
証明書に著名する機能
Publishing Authority
証明書を発行してよいかどうかを判断する機能
証明書を配布する機能
Validation Authority
個々の証明書の有効性を判定する機能
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認証技術・署名技術
30
CAの役割り
他のCAとの連携
(1)公開鍵Aの登録依頼
A
A
新規ユーザ
公開鍵DB
証明書発行局(CA)
B
(2)証明書の発行
ユーザAの公開鍵は
A
である．発行局
証明書発行局の役割
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CA
無効証明書
リスト
CRLの
発行
認証技術・署名技術
他ユーザ
からの
問い合わせ
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セキュリティ強化メール
メールをやりとりする当事者間でのセキュリティ
強化
メール送信者の認証
メールの改ざん防止
メール内容の秘匿
配送系は従来どおり
二つの方式
PGP - Pretty Good Privacy
S/MIME - Secure/Multipurpose Internet Mail
Extentions
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認証技術・署名技術
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ＳＳＬ
Secure Socket Ｌａｙｅｒ
Netscape Communications社が提案
主なブラウザに標準実装
インターネット上でのプライバシを保証
盗聴の防止
偽造の防止
改ざんの検出
利用アルゴリズム
機密保護： DES，IDEA，RC4，RC2
認証： RSA，DSS
改ざんの検出： SHA，MD5
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認証技術・署名技術
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ＳＳＬと階層
トランスポート層とアプリケーション層の間
にあり，アプリケーションとは独立
トランスポートのセッションごとの機密保護
と認証
アプリケーション
ＳＳＬ
ＴＣＰ
ＩＰ
Ｌｉｎｋ
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認証技術・署名技術
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ＳＳＬの仕様
Ｘ５０９ベースの証明書を交換
セッション鍵を生成し，相手の公開鍵で封
印し，転送
そのセション鍵をもとに暗号化通信
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認証技術・署名技術
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SSL セッション鍵の共有方法
サーバ
クライアント
接続要求
サーバの公開鍵 Ksrv（証明書）
Ksess を Ksrv で暗号化
{Ksess}Ksrv
セッション鍵（乱数）
Ksess
セッション鍵
Ksess
暗号通信
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認証技術・署名技術
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IPsec
IPレベルでの認証/データ暗号化
AH …認証
ESP …暗号化
IPv4 および IPv6 がターゲット
鍵管理プロトコルとは独立
Security Association の確立が前提
トラフィック解析には対処しない
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認証技術・署名技術
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IPsec(AH)
IP Authentication Header
IPデータグラムの保全性と認証を提供
(鍵付き)メッセージダイジェストを利用
配送途中で変化する値はメッセージダイ
ジェストの対象外
TTL(IPv4)
HopLimit (IPv6)
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認証技術・署名技術
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鍵つきMD5による認証
お互いに秘密鍵をもってメッセージ認証
IPデータグラム
ＭＤ５
認証子（ＭＩＣ）
ＭＤ５
鍵
送信側
2000/11/6 S.Sano
鍵
認証技術・署名技術
比
較
受信側
39
IPsec(ESP)
IP Encapsulating Security Payload
機密性を提供
AHとの併用が可能
ペイロード部分のみを暗号化
トンネルモード…IPペイロード全体
トランスポートモード…トランスポート層のみ
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認証技術・署名技術
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Security Association
通信当事者間で合意した鍵情報
｢誰から誰にデータを送る際に」
通信当事者の識別子情報
「どの種類の」
利用する暗号アルゴリズム、パラメータ
「どの鍵を使って」
利用する鍵
IPsecでは SPI で SAを識別
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認証技術・署名技術
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DES
DES - Data Encryption Standard
平文
64bit
米国商務省が規定した暗号基準
商用をベースに広く利用
共通鍵暗号系（慣用暗号系）
６４ビットのブロック暗号
DES
鍵
(56+8bit)
2000/11/6 S.Sano
暗号文
64bit
DES-1
平文
64bit
鍵
(56+8bit)
認証技術・署名技術
42
DES CBCモード
CBC - Cipher Block Chaining
同一平文でも異なった暗号文
IV(初期ベクトル）の割り当て
平文
パケットごとにランダムなIVを生成
DES
暗号文
鍵
2000/11/6 S.Sano
DES-1
平文
鍵
認証技術・署名技術
43
トリプルＤＥＳ
ＤＥＳを，さらに強力に
平文
１１２ビット鍵（２×５６ビット）
Ｄ
Ｄ-1
鍵1 鍵2
2000/11/6 S.Sano
Ｄ
鍵1
暗号文
Ｄ-1 Ｄ Ｄ-1
鍵1
認証技術・署名技術
平文
鍵2 鍵1
44
HMAC
Hash Message authentication Code
MD5(K XOR opad, MD5(K XOR ipad, text))
ipad = the byte 0x36 repeated 64
times
opad = the byte 0x5C repeated 64
times.
2000/11/6 S.Sano
認証技術・署名技術
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鍵管理の問題点
秘密鍵の安全管理の問題
安全性とシステムの処理効率
バックアップの必要性と危険性
管理する環境の物理的なセキュリティレベル
鍵変更時の影響の問題
鍵の紛失、盗難
証明書の期限切れ
2000/11/6 S.Sano
認証技術・署名技術
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どの階層で暗号するのか？
階層
アプリケーション層 …ex.メール
プレゼンテーション層…ex.ＳＳＬ
ネットワーク層
…ex. IPSec
リンク層
…ex. 回線暗号箱
エンドエンドセキュリティの考え方
2000/11/6 S.Sano
認証技術・署名技術
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