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はてなキーワード: 公開鍵基盤とは
[B! セキュリティ] フェイスブックの暗号化、日米英などが見直し要求へ （写真=AP） 日本経済新聞
平文に一定のアルゴリズムに従って暗号鍵から生成したノイズデータを掛け合わせ、意味が読み取れない暗号文を作るのが暗号化である。逆に意味が取れない暗号文から平文を求める操作を復号と呼ぶ。アルゴリズムがよく知られていながら暗号鍵が無ければ復号できないものがよい暗号と言われる。一般には256bitAESでも使っておけばまずパッと見ても聞いても数学的にもほぼ乱数と区別できなくなる。
ノイズデータの生成方法には色々あり、事前に送り付けた乱数表を使い使用後は破棄するもの、事前に送り付けた共通鍵や公開鍵を使うもの、都度生成するものなどがある。掛け合わせる方法も色々あり、乱数表に書いてある数字と暗号文を足し合わせると平文になるもの、共通鍵を暗号文に使うと平文になるもの、公開鍵を使うと平文になるものなどがある。
共通鍵を平文に使うと暗号文になり、共通鍵を暗号文に使うと平文になるものを、対称暗号とか共通鍵暗号と呼ぶ。
公開鍵を平文に使うと暗号文になり、暗号文に秘密鍵を使うと平文になるものを公開鍵暗号と呼ぶ。非対称暗号ともいう。
共通鍵暗号でも公開鍵暗号でも「平文が、暗号文になり、平文に戻る」というところは同じだが、
共通鍵では「平文→ 鍵→暗号文→鍵 →平文」と同じ鍵を使い、
公開鍵では「平文→ 公開鍵→暗号文→秘密鍵 →平文」と二種類の鍵を順に使う。
なお、この二種類の鍵は順に使えば順序はどっちでも良い。先に秘密鍵で処理して公開鍵で処理することも可能だ。とにかく2種類両方を使えば良い。
共通鍵暗号は分かりやすい。zipのパスみたいなもんだ。Wi-Fiのパスワードも同じだ。だが公開鍵暗号については、二種類の鍵を順番に使うと何が良いのかと思う人も多いだろう。どうせ暗号で読めないのだからいいじゃないかと思うだろう。実は名前の通り鍵を公開しても全くノーダメージというところがメリットなのだ。書かなかったが公開鍵から秘密鍵を数学的に求めることは不可能である。逆も不可能である。そして処理する順番もどっちでもいい。つまり適当な暗号文と鍵の片割れを公開しておくことで、もう片割れの所有を証明できるのである。これが公開鍵暗号の醍醐味である。
この技術はHTTPSの証明書に使われている。というかすべての公開鍵基盤で使われている。.pemとか.cerとかid_rsa.pubはこの片割れであり、ウェブブラウザの「証明書の検証」とは、ネットを見てる時にサーバが送ってくる「適当な暗号文」として"*.hatena.ne.jp"のハッシュを知らん鍵で暗号化したもののハッシュを知らん鍵で暗号化したもののハッシュを暗号化したものに対して、事前にWindowsをインストールした時に付いてきたHatena-Masuda Ultra Global Root CAとかいったけったいな鍵の片割れを使ってみてちゃんと復号出来てるかチェックしているのである。
暗号化通信を行うには、暗号鍵でデータを暗号化すればいい。暗号化には共通鍵暗号を使うのが高速で便利だ。公開鍵暗号は原理的に計算量が多く低速である。しかし、どうやって共通鍵を事前に知らせればいい? 公開鍵暗号で共通鍵を暗号化すれば、受け取り手は自分の秘密鍵で復号できるだろう。しかし、秘密鍵は本当に秘密か? 暗号文と秘密鍵が手に入れば、公開鍵暗号でも解読できてしまうのではないか? HTTPS化しているウェブサービスでも、TLSをロードバランサで終端してデータセンタ内は平文だったりするのではないか? そこで鍵交換、セッション鍵生成の議論が登場する。
Diffie-Hellman-Merkle(Diffie-Hellman)鍵交換方式とは、ディッフィー君とヘルマン君が下宿で階段をドタドタやってる時に天啓のように降ってきたと言われる、ネット上に数字そのものを公開することなく、2者間で同じ1つの乱数を得る方法である。
送信者と受信者の間で共通の1つの乱数を得ることができ、その乱数を第三者に知られることがない。
上で何度か「公開鍵暗号の秘密鍵と公開鍵は、平文に対して両方使えば平文に戻り、順序は関係ない」と書いたのを覚えているだろうか。Diffie-Hellmanはこれに似た方式だ。まず、AさんとBさんは送信者がお互い本人であることを証明できるようにする(公開鍵基盤を使う)。そして、それぞれ手元で乱数AとBを生成する。次に、鍵用の乱数Aを適当な乱数で暗号化した鍵Aと、鍵用の乱数Bを適当な乱数で暗号化した鍵Bを計算し、お互いに送り付ける。この暗号Aと暗号Bは盗聴されているものとする。
AさんとBさんはそれぞれ鍵Bと鍵Aに対して暗号化を行う。すると鍵BAと鍵ABが生まれる。このとき数学的な都合により鍵BA == 鍵ABである。
では、暗号A、暗号B、適当A、適当Bのみから鍵ABや乱数Aを求めることはできないのか? 可能だが式変形などで「解く」ことができず、総当たりになるため計算量が膨大になる。従って実質的にはできない。
或は、暗号A、暗号Bを掛け合わせれば、鍵ABになるのではないか? これもできない。暗号AまたはBと掛け合わせるのは生の乱数AまたはBでなければ意味がない。第三者が乱数Cを作って暗号AやBと掛け合わせても、鍵ACや鍵BCになってしまい、鍵ABと一致しない。
これにより、手元で生成した乱数以外のすべての情報が公開で既知で盗聴されているにもかかわらず、2者間で秘密の暗号鍵用乱数を得ることができる。
原始的なDiffie-Hellman鍵交換の実際の計算は非常に簡単であり、この「暗号化」は事前に決めた別の方法で生成する既知の2つの整数X, Yと乱数A, Bに対して、
暗号A = XをA乗してYで割った余り、
暗号B = XをB乗してYで割った余り、
鍵AB = 暗号BをA乗してYで割った余り、
である。
なお、くれぐれも簡単と聞いてPython 2.7とかで実装しようとしないように。算数の上手い人が作ったライブラリを使え。暗号処理の自作は絶対バグらせて割られるのがオチだ。ちなみにDiffie-Hellman-Merkleの三人目のマークル氏というのは両名と何のゆかりもないので普通は名前に入れないのだが、Merkle氏の先行研究が直接の元ネタなので入れるべきだと主張する派閥もある。俺はどっちでもいいと思うが折角なので入れておく。
ここでやっとE2E暗号化が登場する。上のセクションでしれっと書いたが、DH鍵交換が完了した時に送信者と受信者が得る共通の乱数は、各々ローカルで都度生成する乱数を元にしている。身許保証は公開鍵によるが、鍵は公開鍵に縛られないのだ。つまり、SNSやメールサーバその他、身許を保証する機能と文章をやり取りする機能があるツールと、そのツールで間違いなく本人にDH鍵交換の暗号を送れるクライアントアプリがあれば、その経路で本人同士の間だけで共通の乱数を生成し、それを「セッション鍵」として共通鍵暗号方式による通信経路が設定できる。
この「公開鍵認証基盤で本人確認し、DH鍵交換でセッション鍵を設定し、鍵を端末に出し入れすることなく、受信側端末のメモリに入るまで暗号化を解くこともないまま、共通鍵暗号で通信する」のがいわゆる「End-to-End 暗号化」である。
E2E暗号化を行うと、鍵はDH鍵交換で生成され、端末の外に出ないし書き出す必要もなく、通信の中で割り出す事もできず、通信が終われば破棄してもよい。好きなだけ定期再生成してもよい。認証に使う公開鍵と数学的な関係もない。一度設定してしまえば、SNS運営にチャットログを出させても鍵交換した意味不明な履歴と意味不明な暗号文が出てくるのみで、盗聴者をなりすまさせて鍵を再設定させても前の鍵と何も関係のない新しい鍵が出てくるだけで、意味不明な暗号文の解読の助けにはならない。ちょっと量子コンピュータめいているが、端末となりすましの両方で鍵を一致させることもできない。
ざっくり言えば送信側端末と受信側端末に残っている平文か鍵をバレる前にぶっこ抜く以外に解読方法がない。
これは盗聴関係者にとって非常に大きな問題で、米国のFBIなどは盗聴能力を維持するには法規制以外に策がないと考えている。DH鍵交換のアルゴリズムは上に書いた剰余以外にも楕円曲線を用いた数学的に更に複雑なものもあり、ソースはネットにいくらでも転がっているし、電子計算機アルゴリズムの常でやたら強力な癖に計算量的には全然負担にならない。NSAなどは数学者を揃えて最高のアルゴリズムを提供する振りをして、規格書で事前に決めた一定の数学的特徴を備えているべき定数に備えていないものを指定するとか、実装でミスが出やすい関数を選ぶなど小細工を入れているが俺は二次関数も分からんので詳しいことは知らん。しばしば政府の陰謀にキレた若いITキッズが小細工を抜いて差し替えた再実装を公開したりして揉めている。
実際にSNSなどでE2E暗号化を実装する上での問題点は、本人確認、機種変とマルチデバイス、嫌がらせ対応がある。まず本人確認がコケればMITMは可能だ。E2Eでは鍵を外に出さないのがメリットなので複数端末ログインができず(鍵が変わって別端末で書いたメッセージは解読できなくなる)、運営で常時メッセージを監視できない(したら意味がない)ので嫌がらせ対応が多少困難になる。またMITBというか、改造偽アプリで抜かれる可能性は、まあ、ある。
http://developers.linecorp.com/blog/ja/?p=3591
Letter Sealing って何でしょうか。私気になります。
必要な範囲で、原文を引用しています。原文は先に引用元のアドレスと閲覧日時を記し、引用記法によって地の文と識別できるようにしています。
ECDHとAES256-CBC 使ってみた。通信相手の認証については読み取れない。
図2 において、 Server のところで Re-Encryption (一度復号されて、再度暗号化されている) ことが明示されています。
この図を素直に読むと、送信者からサーバーまでの通信路は暗号化されているものの LINE のサーバーが受信したところで復号されて平文で保存され、サーバーから受信者までの通信路は暗号化されていると理解できます。文脈から、この流れを変えたいのであると推測できます。
http://developers.linecorp.com/blog/ja/?p=3591 より引用、2015年10月14日 22時40分に閲覧：
加えて、LINEでは、仮に通信ネットワークの傍受が行われたとしてもメッセージを覗くことができないように、公開鍵暗号(public key encryption)方式を使っています。ユーザーに対してLINEアプリを提供する際、暗号化ができる公開鍵のみをアプリに入れて提供し、ユーザー端末とサーバが接続されたときだけLINEサーバでのみ解析できる暗号化された安全なチャネルを作ります。こうすることで、SSL(Secure Socket Layer)より軽く、LINEの全バージョンで使用できる安全な暗号化を実現できます。
SSL はすでに時代遅れの代物で、 2015年秋現在は皆さん TLS を利用されていることでしょう。 Web ブラウザで SSL 2.0 や SSL 3.0 を有効にしているそこのあなた、今すぐ無効にしましょう。
TLS では、公開鍵暗号方式や共通鍵暗号方式、電子証明書、暗号学的ハッシュ関数といった複数の暗号技術要素を組み合わせて安全な通信路を確保しています。
RSA に代表される公開鍵暗号方式は一般的に AES に代表される共通鍵暗号方式と比べて計算量が大きい、つまり重たい処理となります。
このため TLS では、通信路を流れるデータの暗号化に共通鍵暗号を用いて、共通鍵の共有や相手の認証のために公開鍵暗号方式を用いるのが一般的です。
仮にメッセージの暗号化に RSA を用いているとしたら、 SSL より軽いという点をどのように実装しているのか気になります。
http://developers.linecorp.com/blog/ja/?p=3591 より引用、2015年10月14日 22時40分に閲覧：
ユーザー側のLINEアプリ(クライアント)には、サーバが発行したRSA鍵を使用してデータの暗号化に使う暗号化鍵値を共有します。この鍵を利用してデータを暗号化すると、第三者はメッセージを見ることができなくなります。
これは上で説明したとおり SSL や TLS でも行っていることです。
RSA を用いているので安全であるという主張をしていますが、メッセージの暗号化に用いられている暗号スイート（アルゴリズムの種類、鍵の長さ、ブロック暗号の場合は暗号利用モード、そしてハッシュアルゴリズムの種類）は、その通信路が安全であると判断できるか否かを決める大切な情報です。
http://developers.linecorp.com/blog/ja/?p=3591 より引用、2015年10月14日 22時40分に閲覧：
既存のRSA方式も秘密データの共有に使う安全な方式ではありますが、鍵管理の面から見ると、ユーザー側の端末でそれぞれのRSA鍵をすべて管理しなければならないという問題があり、その代替手段としてDHを使用するようになりました。
DH および ECDH による共通鍵暗号に用いる鍵の交換は SSL や TLS でも実装されており近年では広く使われています。 SSL より軽いと主張し、 SSL や TLS が公開鍵暗号方式以外の要素によって担保している安全性をどのように確保しているか不明な実装に比べると、大きな改善です。
なお SSL や TLS においては通信相手の公開鍵を全て管理する必要がないように、上で説明した電子証明書による公開鍵基盤 (PKI) の仕組みを利用しています。
つまり共通鍵暗号に用いる鍵の交換にどのような手段を用いるかは、鍵管理とは（ほぼ）独立です。
http://developers.linecorp.com/blog/ja/?p=3591 より引用、2015年10月14日 22時40分に閲覧：
ここでメッセージの暗号化に使用している暗号化アルゴリズムはAES-CBC-256という方式で、現在一般に使われている暗号化アルゴリズムの中で最も強度が高いと評価されています。
メッセージ認証と組み合わせない CBC はビット反転攻撃に弱いことが知られています。 GCM ではデータの暗号化と認証を同時に行うためビット反転攻撃に耐性があります。 AESを GCM で利用するのは、 最近の TLS の実装では広く用いられており、 Google や twitter も利用しています。
CBC も CBC-MAC のようにメッセージ認証と組み合わせることでビット反転攻撃に強くなります。
図6 のとおり、 ECDH で共通鍵暗号に用いる鍵の交換を行うにしても通信相手の公開鍵は必要です。 上で説明したとおり鍵管理という問題への解決策になりません。また公開鍵が本当に通信相手のものであることをどのように検証するのかについても不明です。通信相手の検証は、送信側では秘密の話を他の人に知られないように、受信側では他の人になりすまされないように、双方にて必要です。
ここからは安易なパターンの想像ですが、通信相手の公開鍵情報は LINE ユーザー情報の一部として LINE サーバーで管理されており、必要に応じて安全な通信路を用いて LINE サーバーから取得するようなものではないかと思います。公開鍵情報のやりとりに用いられる通信路に正しく実装された TLS が用いられていて、サーバーとクライアントの両方が認証されていて、現在の水準から見て妥当なレベルの暗号スイートが用いられていることを願うばかりです。
公開鍵と秘密鍵がどこでどのように保管されているのか気になります。各端末で保管するのが安全ですが、サービスの要求として端末を乗り換えてもメッセージが読めるという条件を安易に満たすために秘密鍵を LINE サーバーに預託していないことを祈るばかりです。
ECDH 鍵の生成は計算量が大きい処理であり質の良い乱数を必要とします。 PC に比べると非力なスマートフォンで生成した鍵の質をどのように担保しているのか気になります。
先ほど閲覧したところ、上記引用箇所の多くは削除されていました。公開鍵が本当に通信相手のものであることをどのように検証するのかについては明らかではないようです。 LINE サーバーが介在する形であれば、鍵をすり替えることで別のユーザーになりすますことが可能でしょう。または、 LINE アプリに何か細工をする方がより簡単でしょう。
ECDH 鍵はその場限り (ephemeral) という説明がないので Perfect Forward Secrecy ではないと考えられ、望ましくないという意見もあるようです。 LINE サーバーとの間に安全な通信路を確立する目的で ECDH 鍵を用いる場合、 LINE サーバーが用いる秘密鍵の漏洩は全てのユーザーに影響を与えうるため PFS は非常に重要です (TLS を用いた Web サーバーでも同様です) 。一方ユーザー間でメッセージを暗号化する場合、ユーザー所有の ECDH 鍵についてはそのユーザーに影響が限定されます。通信相手ごとに必要なその場限りの鍵生成とユーザー所有の ECDH 鍵を利用した鍵交換にかかる計算量と ECDH 鍵漏洩のリスクを天秤にかけて PFS を採用しないという判断かもしれません。
通信の秘密という観点ではメッセージの内容だけではなく誰と通信したか (または、していないか) という情報も守りたくなります。宛先を LINE サーバーで確認できない形に暗号化されるとメッセージの配送ができなくなるため、通信相手や通信の有無については秘密ではないと考えられます。
