#mailerstudy 02 暗号入門 （2012-02-22更新）
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- 1. メールサーバ勉強会 #mailerstudy 02 暗号入門 - アリスとボブの恋の行方 - 株式会社ハートビーツ 滝澤 隆史
- 2. 私は誰 • 氏名: 滝澤 隆史 @ttkzw • 所属: 株式会社ハートビーツ • 何やっている人 ▫ メーラMuttの国際化や日本語対応パッチ作者 ▫ SpamAssassinの日本語対応パッチ作者 • メールシステムとの関わり ▫ システム管理者として1997年から2006年までメールサー バの管理 ▫ 昔、qmail関連で色々やっていた。2006年にqmail捨て捨 て。Postfix/Dovecot遣いにクラスチェンジ ▫ 現在は個人サーバでメールサーバを運用 Postfix + Dovecot + Sieve(dovecot-pigeonhole) + ClamAV + SpamAssassin + spamass-milter + Roundcube
- 3. アジェンダ • メールを利用する上での脅威 • 盗聴を防ぐ暗号技術 • 完全性、メッセージ認証、否認防止を行う暗号 技術 • 公開鍵が本物であることを証明する暗号技術
- 4. 参考図書 • 『新版 暗号技術入門 秘密の国のア リス』 ▫ 著者: 結城 浩 ▫ 出版社:ソフトバンククリエイティブ • 『暗号技術大全』 ▫ 著者: ブルース シュナイアー ▫ 出版社:ソフトバンククリエイティブ ▫ もしかしたら絶版かも • 各種RFC • WikiPedia
- 7. 登場人物 名前 役割 アリス メッセージの差出人 ボブ メッセージの受取人 イブ メッセージを盗聴する人 マロリー メッセージを改ざんする人
- 8. 盗聴 • データを盗み見ること • 盗聴により情報が漏洩する恐れがある イブ 盗聴 好きです 好きです 好きです アリス ボブ
- 9. 否認 • データを送っているにもかかわらず、送ってい ないと否認される • 受け取った内容を信じて行動すると馬鹿をみる 好きです 好きです 否認 ボブ アリス そんなメール ありがとう。 送ってないわ 僕も好きです
- 10. 改ざん • 受け取ったデータやファイルが改ざんされる マロリー 改ざん 好きです 嫌いです 嫌いです アリス ボブ
- 11. 詐称 • 送信者が詐称される 嫌いです アリス ボブ 嫌いです 偽物アリス 詐称
- 12. 脅威に対する対策技術 脅威 求めるもの 対策技術 盗聴 機密性 暗号化。 受信者のみあるいは当事者間のみが復号できるように メッセージを暗号化すること。 否認 否認防止 送信者のみが持っている鍵で暗号化すること。 （受信者が同じ鍵を持っていると否認防止はできない） 改ざん 完全性 完全性の検証。 送信者および受信者が同じアルゴリズム（一方向ハッ シュ関数やメッセージ認証コード）で計算した結果がお なじであることを検証すること。 詐称 認証 メッセージ認証。 送信者のみあるいは当事者間のみが持っている鍵で暗号 化し、受信者により復号できること。
- 13. 脅威のまとめ • 脅威のまとめ ▫ 盗聴 ▫ 否認 ▫ 改ざん ▫ 詐称 • 脅威への対策 ▫ 暗号技術の利用
- 15. 平文 (plaintext) • 平文（暗号化されていない文章）は盗聴された ら内容がわかる。 イブ アリス ボブ 平文であるため、 内容がわかる。 盗聴 好きです 好きです 好きです （平文） （平文） （平文）
- 16. 暗号文 (ciphertext) • 暗号文（暗号化された文章）は意味のない文字 列であるため、盗聴されても内容がわからない。 イブ アリス ボブ 暗号文であるため、 内容がわからない。 盗聴 好きです MIIB2DCCAU 好きです 暗号化 復号 （平文） （暗号文） （平文） 鍵 鍵
- 17. 暗号の要素 • アルゴリズム ▫ 暗号化および復号を行う仕組み •鍵 ▫ 暗号化および復号に使用する情報 • 例）シーザー暗号 ▫ アルゴリズム：アルファベット順に文字をシフト する ▫ 鍵：3文字
- 18. 現代の暗号のアルゴリズムと鍵 • 求められていること ▫ 広く公開されていること アルゴリズムを秘匿にすることは意味がない。 たいてい、解読されたり、漏洩されたりする。 ▫ 数学的に強度があること 解読に時間がかかる。 ▫ ……
- 20. 共通鍵暗号 • 暗号化と復号に同じ鍵を使う方法 • この鍵を共通鍵あるいは秘密鍵と呼ぶ • 主なアルゴリズム ▫ RC4、3DES、AES
- 21. 共通鍵暗号 アリス イブ ボブ 共通鍵を持ってい ないので、復号で きないため、内容 がわからない。 盗聴 好きです MIIB2DCCAU 好きです 暗号化 復号 （平文） （暗号文） （平文） 共通鍵 共通鍵 鍵の盗聴を防ぐために、信頼 問題点 できる方法で同じ鍵を予め渡 す必要がある。
- 22. 共通鍵暗号の問題点 • 共通鍵暗号の問題点 ▫ 鍵配送問題 鍵の配送中に鍵そのものが盗聴される恐れがある ▫ 鍵管理問題 人数が増えたら、そのペア分の鍵を管理することになり、非常 に煩雑になる。 • 解決策 ▫ ボブが作った共通鍵をアリスに対面で直接渡すなどの信頼 できる方法を使う しかし、人数が増えると破綻する 鍵管理問題は無くならない • 根本的な解決策 ▫ 公開鍵暗号を使う。 ▫ 共通鍵をさらに公開鍵暗号で暗号化する。
- 23. 公開鍵暗号 • 一組の公開鍵とプライベート鍵を用いて、暗号 化と復号を互いに異なる鍵で行う方法 • 公開鍵は公開してもよく、プライベート鍵は本 人のみが持って秘密にしておく。 • 公開鍵は見られても問題ないため、鍵の配送中 の盗聴の問題は解決する • 主なアルゴリズム ▫ RSA
- 24. 公開鍵暗号 アリス イブ ボブ ボブのプライベート 鍵を持っていないた め復号できない。 盗聴 好きです MIIB2DCCAU 好きです 暗号化 復号 （平文） （暗号文） （平文） プライベート鍵 鍵ペア 問題点 ボブの公開鍵 公開鍵 ボブの公開鍵が本物で あることを確認する必 要がある。
- 25. 公開鍵暗号の問題点 • 公開鍵暗号の問題点 ▫ 公開鍵の証明問題 アリスが受け取ったボブの公開鍵が本物であるかわ からない • 対策 ▫ ボブがアリスに信頼できる方法で公開鍵を渡す。 ▫ アリスが入手した公開鍵が本物であるかを検証す る。 フィンガープリントの確認 ▫ 信頼できる第三者にデジタル署名してもらう 公開鍵証明書
- 26. 公開鍵暗号の問題点 • 公開鍵暗号の問題点 ▫ 共通鍵暗号より計算コストが高い。 • 対策 ▫ 共通鍵暗号と併用し、鍵の配送や（後述する）デ ジタル署名などの一部の重要なときのみ公開鍵暗 号を用いる。
- 27. セッション鍵 • 通信のセッション中に一定時間だけ用いる使い 捨ての共通鍵 • 疑似乱数生成器により生成する • 公開鍵暗号を使ってセッション鍵を暗号化して 配送することにより、共通鍵暗号の鍵配送問題 は解決できる
- 28. 疑似乱数 • 乱数 ▫ 予測できない数 • 疑似乱数 ▫ コンピュータでは真の乱数を生成できない ▫ コンピュータで生成できるのは乱数に近い性質を 持つ疑似乱数 ▫ エントロピー（乱雑さ）を収集して用いることに より真の乱数に近づけることが行われている。 環境ノイズ（ディスクI/O、キーボード、マウスな ど）の利用
- 29. 疑似乱数生成器 • 疑似乱数生成器 ▫ 疑似乱数を生成する機能 Linuxの場合 /dev/random ▫ エントロピーを収集するまでロックする /dev/urandom ▫ エントロピープールを再利用しロックしない 他のOSでも同様な機能がある • 主な用途 ▫ セッション鍵の生成 ▫ 公開鍵暗号の鍵の生成
- 30. 暗号のまとめ • 暗号を使うことにより、盗聴による情報の漏洩 を防ぐことができる • 暗号の要素 ▫ アルゴリズムと鍵 • 暗号の方式 ▫ 共通鍵暗号 ▫ 公開鍵暗号 • 鍵配送問題 • セッション鍵 • 疑似乱数生成器
- 32. 一方向ハッシュ関数 • 任意の長さのメッセージを固定の長さのハッ シュ値に変換する関数 • 暗号学的ハッシュ関数やメッセージ ダイジェス トとも呼ばれる • メッセージが少しでも異なればハッシュ値も変 わるため、改ざんされたことが検出できる ▫ メッセージの完全性の検証 • アルゴリズム ▫ MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512
- 33. 一方向ハッシュ関数の性質 • ハッシュ値から元のメッセージを求めることが 困難 • あるハッシュ値になる異なるメッセージを見つ けることが困難（弱衝突耐性） • 同じハッシュ値になる異なるメッセージを見つ けることが困難（強衝突耐性）
- 34. 一方向ハッシュ関数の用途 • 改ざんの検出 • チェックサム • 例）ファイルの完全性の確認 ▫ 配布ソフトウェア（ISOイメージなど）と共に ハッシュ値を計算したファイルも用意する。 ダウンロードの失敗および改ざんの検知 $ cat SHA1SUM 0d64f0532316a0a212c5916d997581e72c52ff02 *ubuntu-11.10-desktop-amd64.iso 8492d3daf0c89907c4301cb2c72094fe59037c76 *ubuntu-11.10-desktop-i386.iso $ sha1sum -c SHA1SUM ubuntu-11.10-desktop-amd64.iso: OK ubuntu-11.10-desktop-i386.iso: OK
- 35. 一方向ハッシュ関数の用途 • フィンガープリント ▫ メッセージの完全性を確認するために、ユーザーがハッ シュ値を確認しやすいように16進数などで表現したもの CA証明書 Country = US Organization = VeriSign, Inc. Organizational Unit = Class 1 Public Primary Certification Authority Serial Number: 00 cd ba 7f 56 f0 df e4 bc 54 fe 22 ac b3 72 aa 55 Operational Period: Mon Jan 29, 1996 to Tue Aug 01, 2028 Certificate SHA1 Fingerprint: 90ae a269 85ff 1480 4c43 4952 ece9 6084 77af 556f $ gpg --fingerprint foo@example.jp pub 1024D/22B8A63A 2010-08-15 [満了: 2020-08-12] 指紋 = C72A 0457 2FA4 0973 21A0 2750 6C19 647E 22B8 A63A uid Foo Bar sub 2048g/D22D0E33 2010-08-15 [満了: 2020-08-12]
- 36. 一方向ハッシュ関数 アリス ボブ メッセージ メッセージ 一方向 一方向 ハッシュ関数 ハッシュ関数 ハッシュ値 比 改竄 較 検出 ハッシュ値 ハッシュ値 アリスがボブに信頼で 問題点 きる方法でハッシュ値 を伝える必要がある。
- 37. 一方向ハッシュ関数の問題点 • 一方向ハッシュ関数の問題点 ▫ ハッシュ値そのものが改ざんされる可能性がある • 対策 ▫ メッセージを送るたびにアリスがボブに信頼でき る方法でハッシュ値を伝える ▫ 公開鍵暗号と組み合わせて利用する →デジタル署名 • 注意 ▫ 「改ざんを検出する」技術であって「改ざんを防 ぐ」技術ではない。
- 38. メッセージ認証コード • 共通鍵とメッセージを使ってメッセージの認証 のための値（MAC値）を算出する方法 • MAC(Message Authentication Code)と略す • できること ▫ 完全性の検証（改ざんの検出） ▫ メッセージの送信者の認証
- 39. メッセージ認証コード • 送信側で計算したMAC値と受信側で計算した MAC値が同じであれば、同じ共通鍵と同じメッ セージであることが確認できる • 一方向ハッシュ関数の技術を用いたHMACがよ く使われている。 • 主なアルゴリズム ▫ HMAC-MD5, HMAC-SHA-1, HMAC-SHA256
- 40. メッセージ認証コード通信を行う2者間 問題点 で事前に鍵を共有 アリス ボブ する必要がある メッセージ メッセージ 共通鍵 共通鍵 MAC MAC アルゴリズム アルゴリズム MAC値 改竄 比 検出 較 と MAC値 MAC値 認証
- 41. メッセージ認証コード • メッセージ認証コードの問題点 ▫ 共通鍵を使うため、共通鍵暗号と同じ問題を抱え ている。 • 対策 ▫ ボブがアリスに信頼できる方法で公開鍵を渡す。 ▫ 公開鍵暗号と組み合わせて利用する
- 42. デジタル署名 • 一方向ハッシュ関数と公開鍵暗号を利用した技 術で、メッセージのハッシュ値をプライベート 鍵で暗号化したもの • できること ▫ 改ざんの検出 ▫ 送信者の認証 ▫ 否認の防止 • 主なアルゴリズム ▫ RSA, DSA
- 43. デジタル署名 アリス メッセージ メッセージ ボブ 一方向 一方向 ハッシュ関数 ハッシュ関数 ハッシュ値 ハッシュ値 改竄検出 比 認証 較 鍵ペア ハッシュ値 否認防止 アリスの 公開鍵 アリスの 公開鍵 アリスの 暗号化 復号 プライベート鍵 デジタル デジタル 署名 署名
- 44. デジタル署名の問題点 • デジタル署名の問題点 ▫ 公開鍵を使うため、公開鍵暗号と同じ問題を抱え ている。 • 対策 ▫ 公開鍵証明書 公開鍵基盤（PKI） ▫ 信頼の輪（web of trust） PGP, OpenPGP
- 45. まとめ 完全性 認証 否認防止 一方向ハッシュ関数 ○ メッセージ認証コード ○ ○ デジタル署名 ○ ○ ○
- 47. 公開鍵暗号の問題点 • 問題点 ▫ 公開鍵暗号やデジタル署名では通信相手の公開鍵 を入手する必要がある。 ▫ 入手した公開鍵が本物であるかどうかがわからな い。 • 解決策 ▫ 公開鍵証明書
- 48. 公開鍵証明書 • 公開鍵証明書は、公開鍵にユーザーやサーバな どの識別情報を付加した上で信用できる第三者 （認証局や知人）がデジタル署名を行ったもの。 • 運転免許書に例えると ▫ 公開鍵証明書：運転免許証 ▫ 認証局：運転免許証を発行する公安委員会 • 公開鍵証明書は単に証明書と呼ばれることが多 い
- 49. 公開鍵証明書 トレント（認証局） トレントの トレントの 公開鍵 プライベート鍵 ボブの アリスはトレントの証明 署名 CSR 書を適切な方法で事前に 入手する必要がある。 トレントの ボブの 証明書 証明書 CSR: 証明書署名要求 アリス ボブ トレントの トレントの ボブの 公開鍵 証明書 CSR ボブの 署名の CSRの サブジェクト 公開鍵 検証 生成 デジタル ボブの ボブの ボブの ボブの 署名 証明書 証明書 公開鍵 プライベート鍵
- 50. 公開鍵証明書と公開鍵基盤 • 疑問 ▫ ボブの証明書を発行したトレント（認証局）自身 の証明書は誰が発行するのか？ • 解決策 ▫ 公開鍵基盤（PKI, Public Key Infrastructure）
- 51. 公開鍵基盤（PKI） 自己署名 ルート認証局 ルート証明書 署名 CSR プライ 中間証明書 署名 ベート鍵 公開鍵 中間認証局 中間証明書 CSR プライ ボブの証明書 署名 ベート鍵 公開鍵 ボブ ボブの証明書 CSR プライ ベート鍵 公開鍵
- 52. 公開鍵基盤（PKI） ルート認証局 OSやソフトウェアに バンドルして配布 ルート証明書 アリス ルート証明書 公開鍵 中間認証局 署名の 検証 中間証明書 署名 証明書パス 中間証明書 の検証 公開鍵 ボブ 署名の 中間証明書 検証 署名 ボブの ボブの証明書 公開鍵 ボブの証明書 公開鍵 一緒に配布 ボブが配布
- 53. まとめ • 公開鍵証明書により公開鍵の認証を行うことが できる。 • 公開鍵基盤（PKI）により、利用者の公開鍵を 認証することができる。