デジタル署名とは
デジタル署名（Digital Signature）とは、電子文書やデータが改ざんされていないこと、およびその作成者が誰であるかを証明するために用いられる暗号技術のこと。
デジタル署名（Digital Signature）は、公開鍵暗号技術を基盤としたセキュリティ技術であり、電子的な情報（デジタルデータ）の真正性（Authenticity）、完全性（Integrity）、そして否認防止（Non-repudiation）を保証するために用いられます。これは、現実世界における書面への署名や印鑑に相当する電子的な仕組みであり、データの信頼性を確立する上で不可欠な要素です。
デジタル署名 の基本的な概念
デジタル署名は、主に以下のプロセスと公開鍵暗号技術の特性によって成り立っています。
- 署名鍵（秘密鍵）と検証鍵（公開鍵）のペア: デジタル署名を行う「署名者」は、公開鍵暗号方式で生成された一組の鍵ペアを持っています。
- 秘密鍵（Private Key）: 署名者のみが所有し、署名生成に使用されます。
- 公開鍵（Public Key）: 広く公開され、署名の検証に使用されます。
- ハッシュ関数（Hash Function）: 署名対象の電子文書やデータ全体から、固定長で一意性の高い「メッセージダイジェスト（またはハッシュ値）」を生成する一方向関数です。わずかなデータの変更でもハッシュ値は大きく変化するため、データの完全性を保証する上で重要です。
デジタル署名のプロセスは、署名者が秘密鍵を用いてハッシュ値を暗号化し、その暗号化されたハッシュ値（デジタル署名）を元のデータに添付して送信し、受信者が署名者の公開鍵を用いてその署名を検証するという流れで進行します。
デジタル署名 の仕組み
デジタル署名の生成と検証のプロセスは以下の通りです。
1. デジタル署名の生成
署名者が電子文書にデジタル署名を付与する手順です。
- メッセージダイジェストの生成: 署名対象の電子文書 M 全体に対して、ハッシュ関数 H を適用し、メッセージダイジェスト h=H(M) を計算します。
ここで、H はMD5, SHA-256, SHA-3などのハッシュ関数です。
- ハッシュ値の暗号化（署名生成）: 計算されたメッセージダイジェスト h を、署名者の秘密鍵 SK を用いて暗号化します。この暗号化されたハッシュ値がデジタル署名 S となります。
ここで、Encryptは秘密鍵による暗号化操作を表します。
- 送信: 元の電子文書 M と生成されたデジタル署名 S を合わせて受信者へ送信します。
2. デジタル署名の検証
受信者が受け取った電子文書とデジタル署名を検証する手順です。
- メッセージダイジェストの再生成: 受信者は、受け取った電子文書 M′ に対して、署名時と同じハッシュ関数 H を適用し、メッセージダイジェスト h′=H(M′) を再計算します。
- デジタル署名の復号化: 受信者は、署名者から提供されたデジタル署名 S を、署名者の公開鍵 PK を用いて復号化し、元のハッシュ値 horiginal を取り出します。
ここで、Decryptは公開鍵による復号化操作を表します。
- ハッシュ値の比較: 再計算したメッセージダイジェスト h′ と、デジタル署名から復号化したハッシュ値 horiginal を比較します。
- もし h′=horiginal であれば、署名は正当であり、電子文書は改ざんされていないと判断できます。
- もし h′=horiginal であれば、電子文書が改ざんされたか、署名が不正であると判断できます。
デジタル署名 が保証するセキュリティ要素
デジタル署名は、以下の重要なセキュリティ要素を保証します。
- 真正性（Authenticity）: 署名の検証に成功することで、その文書が特定の署名者（秘密鍵の所有者）によって署名されたものであることを保証します。
- 完全性（Integrity）: 署名後に文書がわずかでも改ざんされた場合、ハッシュ値が一致しなくなるため、改ざんを検知できます。これにより、データの完全性が保証されます。
- 否認防止（Non-repudiation）: 署名者が一度デジタル署名を行った文書について、「自分は署名していない」と後から主張することを困難にします。署名に使われた秘密鍵は署名者だけが知っているため、その秘密鍵で作成された署名はその署名者によって行われたと認められるためです。
デジタル署名 の応用例
デジタル署名は、現代のデジタル社会において幅広い分野で活用されています。
- 電子政府・電子契約: 法的な効力を持つ電子文書の作成、契約書の電子署名。
- ソフトウェアの配布: ソフトウェアの実行ファイルに署名することで、配布元が信頼できること、およびファイルが改ざんされていないことを保証します。
- 電子メール: 電子メールの送信者が正当であること、および内容が改ざんされていないことを保証します。
- SSL/TLS通信: Webサイトの正当性を証明するサーバー証明書にデジタル署名が使用されており、安全な通信路の確立に貢献します。
- ブロックチェーン・仮想通貨: トランザクションの正当性を検証するためにデジタル署名が広く利用されています。
- コード署名: 開発元が提供するプログラムが正規のものであることを証明し、マルウェアの感染リスクを低減します。
デジタル署名は、電子文書やデータの真正性、完全性、否認防止を保証するために公開鍵暗号技術とハッシュ関数を組み合わせた重要な暗号技術です。署名者の秘密鍵でハッシュ値を暗号化し、受信者が署名者の公開鍵でそれを検証する仕組みにより、データの信頼性を確立します。電子政府、電子契約、ソフトウェア配布、SSL/TLS通信など、多岐にわたる分野でその応用が進められており、安全なデジタル社会を支える基盤技術の一つとなっています。
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