易しいPKI：
なぜ安全なのか

国立情報学研究所
学術ネットワーク研究開発センター
谷本 茂明 tanimoto@nii.ac.jp
https://upki-portal.nii.ac.jp/

2007/06/08

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1Agenda1. （Principle of PKI）なぜ安全なの？
a. 公開鍵暗号
b. 暗号化と署名

2. （Knowledge of PKI）どう実現しているの？
a. 主な構成要素：証明書、認証局、リポジトリ
b. 運用ポリシー：CP/CPS

3. （Interoperability of PKI）どう使うの？
a. メール（S/MIME）、Web（SSL）
b. UPKI

2007/06/08

CSIワークショップ2インターネット上の主な脅威と対処例

PKI

１. 盗聴

暗号化
(公開鍵暗号、共通鍵暗号)

２. なりすまし×

認証(公開鍵暗号、共通鍵暗号)

３. 改ざん×

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ディジタル署名(公開鍵暗号、ハッシュ関数)

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3

Agenda1. （Principle of PKI）なぜ安全なの？
a. 公開鍵暗号
b. 暗号化と署名

2. （Knowledge of PKI）どう実現しているの？
a. 認証局、証明書
b. CP/CPS

3. （Interoperability of PKI）どう使うの？
a. メール（S/MIME）、Web（SSL）
b. UPKI

2007/06/08

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4２．基礎編 暗号とは？
z互いに秘密の知識を共有して、他人には分からない方法で情報交換を行うこと
z古典暗号（代表例：ｼｰｻﾞｰ暗号）¾鍵とアルゴリズムの概念未分化¾アルゴリズム：秘密¾ 暗号利用が広まるとアルゴリズム数が爆発¾置換え空間：小(例:ｱﾙﾌｧﾍﾞｯﾄ26文字)

シーザー暗号の例
入力
ＵＰＫＩ

変換テーブル(２バイトシフト)
ＡＢＣＤＥＦ・・z現代暗号

ＹＺＡＢＣＤ・・¾鍵とアルゴリズムを分化¾アルゴリズム：公開¾鍵：秘密(共通鍵暗号)¾置換え空間：大2007/06/08

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出力（置換後）ＷＲＭＫ5

現代暗号の進化～クローズド環境からオープン環境へ～
z クローズド環境

A

K1,K2,K3¾ 共通鍵ｋの数

B

K1
K3

K4

K2

通信相手数だけ管理必要

K5

CK2,K4,K6

K1,K4,K5

DK6

K3,K5,K6

z オープン環境(インターネット)
鍵の数が爆発

Ａの私有鍵(KSA）
公開鍵(KPA）

鍵を公開 公開鍵暗号¾ 私有鍵のみ秘密(鍵の数の爆発なし)¾ 公開鍵はネットワーク等によって流通¾ 鍵の空間を拡大(公開鍵から私有鍵の推定を防止)
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AC

KSA

KSB

KPA

KPB

KSC

KSD

KPC

KPD

B

D
6

共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式●共通鍵暗号方式
共通鍵

平文（ひらぶん）（ひらぶん）

暗号化

共通鍵

暗号文

復号

平文（ひらぶん）（ひらぶん）→暗号化と復号の鍵が同一●公開鍵暗号方式

１対１に対応

公開鍵

平文（ひらぶん）（ひらぶん）

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暗号化

暗号文

私有鍵

復号

→暗号化と復号の鍵が異なる
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平文（ひらぶん）（ひらぶん）

7 暗号化と署名
z 以下の仕組みを利用して署名/暗号を実現① 署 名：私有鍵でエンコード→公開鍵でデコード② 暗号化：公開鍵でエンコード→私有鍵でのみデコード
アイの鍵ペアアイの公開鍵証明書

公開鍵証明書または公開鍵そのもの

署名データ

私有鍵

①②

アイ
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暗号データ

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イチロー
8Agenda1. （Principle of PKI）なぜ安全なの？
a. 公開鍵暗号
b. 暗号、署名

2. （Knowledge of PKI）どう実現しているの？
a. 主な構成要素：証明書、認証局、リポジトリ
b. 運用ポリシー：CP/CPS

3. （Interoperability of PKI）どう使うの？
a. メール（S/MIME）、Web（SSL）b. UPKI

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9 PKIの主な構成要素：
証明書、認証局、リポジトリ
証明書：鍵ペアの所持者であることを保証した情報。X.509 標準に準拠する公開鍵証明書
認証局：証明書を発行する認証機関を指す。認証局（CA ）はユーザの身元と鍵ペアの所有を確認し、その公開鍵証明書を発行
リポジトリ：証明書や、証明書の状態に関する情報（失効情報等）等を利用者（リライングパーティ)への情報提供
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PKIの主な構成要素：
加入者、利用者加入者（サブスクライバ）：加入者（サブスクライバ）：¾¾認証局から証明書を発行され認証局から証明書を発行されたエンティティたエンティティ¾¾証明書に記載された公開鍵
証明書に記載された公開鍵に紐づけられた秘密鍵を持つ。に紐づけられた秘密鍵を持つ。
利用者（リライングパーティ）：
利用者（リライングパーティ）：¾¾サブスクライバの証明書を検サブスクライバの証明書を検証するエンティティ
証するエンティティ

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11公開鍵証明書
X.509証明書フォーマット
基本領域

拡張領域

バージョン番号(v3)
シリアル番号
署名アルゴリズム
発行者識別名
有効期間
主体者識別名主体者公開鍵情報

拡張名(OID)
タイプ、値

ＣＡの署名

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認証局(CA: Certification Authority)z 基本機能：¾ 公開鍵暗号利用時に、その公開鍵が確かに加入者（サブスクライバ）本人のものであることを証明するための「公開鍵証明書」を発行／管理する¾ 要求に応じて証明書を配布する¾ 証明書の失効リスト（CRL）を管理する

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認証局の必要性●なりすましの脅威（認証局が無い場合）
②
④？？

請求書
Ａ様

小売店

③

③

Ａ

Ａさんからの注文だ！

①
注文書
発注者Ａ

Ｂ

これはＡの公開鍵ですＢＢ

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Ｂ

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受け取った公開鍵で署名を検証すれば結果はＯＫになってしまう!!

署名

信頼できる機関（認証信頼できる機関（認証局）による署名が無い局）による署名が無い

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*：信頼できる第三者機関 (TTP： Trusted Third Party)z認証局が有る場合
z認証局が有る場合ＣＡ（認証局）：TTP*
アイ（ｻﾌﾞｽｸﾗｲﾊﾞ）①鍵対（私有鍵・公開鍵）の作成，私有鍵保管
私有鍵 公開鍵③注文書などの送信文書の作成、私有鍵を使って電子署名を付与

注文書

ＩＣカード
2007/06/08②アイの公開鍵をＣＡへ登録

信頼できる機関（ＣＡ）による署名が有る

イチロー小売店（ﾘﾗｲﾝｸﾞﾊﾟｰﾃｨ）⑤ＣＡからアイの公開鍵証明書を取得
公開鍵証明書アイの公開鍵

ＣＡ署名⑥公開鍵を用いて署名検証を行い、注文書に「改ざん」や「なりすまし」がないことを確認

④ 送信

アイ署名

注文書
アイ署名

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リポジトリ
認証局
証明書、CRLzリポジトリ証明書および CRL を格納し公開¾ CA が発行した証明書や CRL を格納、利用者（リライングパーティ）が検索して取得出来るようにする。
※CRL（失効リスト）：私有鍵の紛失・盗難や証明書記載内容の変更に伴う再発行などの際に発行される
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 運用ポリシー：CP/CPSz CP：証明書ポリシー– 証明書を発行する際の基準。
身元確認方法や鍵ペアの生成方法、想定するアプリケーションなどを記述したもの。
一般的には、証明書を発行する認証局毎に定義して用いる。

認証局

公開z CPS：認証局運用規定– CPの要件を満たすために、認証局がどのような運用を行うかを規程したものがCPS

CP/CPS
信用利用者

CP : Certificate Policy
CPS: Certification Practice Statement

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17CP/CPSの主な内容
zRFC3647（CP/CPSのフレームワークを規定）での主な内容は、下記のとおり。
(1)(1) 概要概要(2)(2) 公開とリポジトリの責任
公開とリポジトリの責任(3)(3) 本人性確認と認証
本人性確認と認証(4)(4) 証明書のライフサイクル
証明書のライフサイクル
CP/CPS(5)(5) 設備、管理、運用上の統制
設備、管理、運用上の統制(6)(6) 技術的セキュリティ管理
技術的セキュリティ管理(7)(7) 証明書、失効リスト、OCSPのプロファイル
証明書、失効リスト、OCSPのプロファイル(8)(8) 準拠性監査とその他の評価
準拠性監査とその他の評価(9)(9) 他の業務上の問題及び法的問題
他の業務上の問題及び法的問題(10）証明書、ARL/CRLプロファイル例(10）証明書、ARL/CRLプロファイル例
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（参考）
UPKI共通仕様＊でのCP/CPSガイドライン記述例*:https://upki-portal.nii.ac.jp/upkispecific/specific4.1.1 概要【解説】
本節では認証局の名前、サービス名、大枠のサービス内容、相互認証を行う等の宣言を行い、認証局の概要について記す。また、相互認証の方式についても簡単に定義しておくことが望ましい。
【記述例】
1 はじめに○○電子認証局は、○○大学により運営され、○○大学内及び大学間のサービスにおける電子認証のために必要となる電子証明書（以下、「証明書」という）を発行する。
本文書において、「○○ 電子認証局（以下、「本認証局」という）」の権利または義務は国立大学法人たる○○大学 に帰属することを意味する。
本認証局は、大学間のサービスを共有するために相互認証接続を行う 。

上記のように、ガイドラインの各章において、それぞれ上記のように、ガイドラインの各章において、それぞれ解説と記述例を示し、解説と記述例を示し、 理解し易いようにしている。
理解し易いようにしている。
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Agenda1. （Principle of PKI）なぜ安全なの？
a. 公開鍵暗号
b. 暗号化と署名

2. （Knowledge of PKI）どう実現しているの？
a. 主な構成要素：認証局、登録局、リポジトリ
b. 運用ポリシー：CP/CPS

3. （Interoperability of PKI）どう使うの？
a. メール（S/MIME）、Web（SSL）
b. UPKI

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20 メール（S/MIME）
z S/MIME (Secure/MIME) は、証明書を利用して電子メールに暗号化とデジタル署名のセキュリティを提供（基本は、スライド８：暗号化と署名）
アイ

公開鍵証明書＠アイ

イチロー
公開鍵証明書
＠イチロー

私有鍵
＠アイ

私有鍵
＠イチロー

受信者
（イチロー）の公開鍵証明書

暗号メール

平文
メール

受信者
（イチロー）の私有鍵

暗号化

暗号
暗号
メール
メール

暗号
暗号
メール
メール

平文
メール

復号

NW
署名メール

平文
メール

署名

署名
署名
メール
メール

署名
署名
メール
メール

送信者
（アイ）の私有鍵

署名検証

送信者
（アイ）の
公開鍵証明書参考：http://www.ipa.go.jp/security/pki/072.html#_Toc3020828
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 Web（SSL)
zzサーバ認証（クライアント認証）：
サーバ認証（クライアント認証）：
サーバ（クライアント）の真正性を確サーバ（クライアント）の真正性を確認し、通信経路を暗号化する技術
認し、通信経路を暗号化する技術

信頼する認証局①①認証:
認証: 信頼する認証局から発行された
信頼する認証局から発行された証明書を使って確認証明書を使って確認②②暗号:
暗号: 認証時に生成した暗号鍵で通信認証時に生成した暗号鍵で通信中のデータを暗号化中のデータを暗号化
認証局② 通信経路を暗号化① サーバ証明書を発行
Webサーバクライアント

サーバ認証の場合
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 UPKI（３層構成）
UPKI（３層構成）
NII
Pub CA

ｵｰﾌﾟﾝﾄﾞﾒ
ｲﾝPKI
WebｻｰﾊﾞWebｻｰﾊﾞWeb Srv.

S/MIME
S/MIME
S/MIMEA Univ.
CAｷｬﾝﾊﾟｽPKI

WebｻｰﾊﾞS/MIME
WebｻｰﾊﾞS/MIMEWeb
Srv.
S/MIME

認証・署名・暗号ｻｰﾊﾞ、ｽﾊﾟｺﾝ

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学内用
学内用
EE

A Univ.
NAREGI CA

Proxy
Proxy
Proxy

学生、
教職員

認証・署名・暗号B Univ.
CA

学内用
学内用
EE

グリッド
PKI

署名・暗号

Other
Pub CAB Univ.
NAREGI CA

EE
EEEE

Proxy
Proxy
Proxy

ｻｰﾊﾞ、ｽﾊﾟｺﾝ

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グリッドｺﾝピューティング

EE
EEEE

学生、
教職員

23

 各層の位置づけ
オープンドメイン
PKIキャンパスPKI

グリッドPKI

インターネット

各大学内

グリッドコンピュー
ティングの運用機関

目的

インターネット上での認証、署名・暗号など

学内NW・システムへの安全なアクセス

GSI (Grid Security
Infrastructure)の構築

用途

主にSSL/TLS認証、その他S/MIME署名・暗号など

Web SSO、VPN、無線LAN（802.1X）、申請・署
利用者証明書、サーバ
名アプリ（身分証明書、 証明書の発行など事務ペーパレス化等）

証明書発行対象

サーバ、自然人など

教職員、学生、学内サーバなど

利用者、サーバなど

不特定多数？

主に学内関係者

グリッド環境利用者

オープンドメイン認証事業者などアウトソース 、インソース

GOC (Grid OperationCenter)

適用領域

利用者（リライングパーティ)
認証局の運用

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
 まとめ
まとめ
1.
1. （Principle（Principle ofof PKI）なぜ安全なの？
PKI）なぜ安全なの？
•• 基本：公開鍵暗号
基本：公開鍵暗号•• 暗号化と署名
暗号化と署名2.
2. （Knowledge（Knowledge ofof PKI）どう実現しているの？
PKI）どう実現しているの？
•• 主な構成要素：証明書、認証局、リポジトリ
主な構成要素：証明書、認証局、リポジトリ•• 運用ポリシー：CP/CPS
運用ポリシー：CP/CPS

3.
3. （Interoperability（Interoperability ofof PKI）どう使うの？
PKI）どう使うの？
•• 応用例：メール（S/MIME）、Web（SSL）
応用例：メール（S/MIME）、Web（SSL）•• UPKIの概要
UPKIの概要

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「易しいPKI：なぜ安全なのか」
ご静聴、ありがとうございました
To be continued・・・• 身近なPKI：サーバ証明書の重要性• これからのPKI：さまざまな大学内サービスの認証・認可の統合
・CSIシンポジウム(一橋記念講堂）：
全国大学共同電子認証基盤（UPKI）の構築
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