情報セキュリティマネジメント 2017年 春期 午前（科目A） 問20

ハッシュ関数の不可逆性【情報セキュリティマネジメント解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 「ディジタル署名で使う」という条件から、何のためにハッシュを使うかを考える。目的は「効率化」と「改ざん検知（整合性）」。
2. 署名対象がダイジェストであることから、ダイジェストは短く固定長である必要がある。さらに、ダイジェストで元の文書がわかってしまっては困る（署名プロセスや安全性に問題が生じる）。
3. 各選択肢を性質と照らし合わせる。元の文書を復元できない性質（一方向性）を表す選択肢が適合する。
4. その選択肢が ウ であると判断する。

選択肢別の誤答解説

• ア: 「同じメッセージダイジェストを出力する二つの異なるメッセージは容易に求められる。」
  • 誤り。異なるメッセージ同士で同じダイジェストを作る事例を「衝突（コリジョン）」といい、良いハッシュ関数は衝突を容易に見つけられない（衝突耐性が高い）よう設計されています。容易に求められたら安全性が失われます。
• イ: 「メッセージが異なっていても、メッセージダイジェストは全て同じである。」
  • 誤り。もし常に同じダイジェストになるなら、ダイジェストは情報を全く表現しないことになり、整合性検査に使えません。ハッシュは異なる入力で通常異なる出力を生成します。
• ウ: 「メッセージダイジェストからメッセージを復元することは困難である。」
  • 正しい。これがハッシュの一方向性（preimage resistance）です。デジタル署名ではこの性質が必要で、署名の際にダイジェストを用いても元の文書の漏えいや改竄の危険を低くできます。ここで言う「困難」は計算上ほぼ不可能という意味です。
• エ: 「メッセージダイジェストの長さはメッセージの長さによって異なる。」
  • 誤り。一般的な暗号学的ハッシュ関数は任意長の入力を受け取り、固定長の出力（例：SHA-256は256ビット）を返します。出力長が入力長に依存するのはハッシュの性質ではありません。

よくある誤解

• ハッシュは暗号化（Encryption）と同じ、と思う誤解
  • 暗号化は復号（復元）可能で「機密性」を与えるのが目的です。ハッシュは一方向で復元できず「整合性確認」が主目的です。
• 衝突と復元可能性を混同する誤解
  • 「衝突（collision）」は異なる2つの入力が同じ出力になること。これが見つかると問題ですが、衝突が容易に見つかることと「ダイジェストから元を復元できる」ことは別の性質です（どちらも避けるべきですが、問題で問われているのは復元困難性）。
• 出力長が入力長と同じ／異なるという混乱
  • 暗号学的ハッシュは固定長出力が普通です（可変長メッセージ → 固定長ダイジェスト）。

補足コラム

• ハッシュ関数の主な安全性の分類
  • Preimage resistance（一次元不可能性）：ダイジェストから元メッセージを見つけるのが難しい。
  • Second-preimage resistance（二次攻撃耐性）：あるメッセージに対して同じダイジェストを持つ別のメッセージを見つけるのが難しい。
  • Collision resistance（衝突耐性）：任意の2つの異なるメッセージで同じダイジェストを見つけるのが難しい。
• 実務での使い方（イメージ）
  • 電子契約書を署名するとき、端末やサーバで文書のハッシュを作り、署名者の秘密鍵でそのハッシュに署名します。受け取り側は公開鍵で署名を検証し、さらに受け取った文書のハッシュが一致するかを確かめます。これで改ざんの検出と署名の正当性を同時に検証できます。
• よく使われるハッシュ関数の例
  • SHA-256（Secure Hash Algorithm 256ビット）は現在よく使われます。古いもの（MD5やSHA-1）は衝突が実際に見つかっており、重要な用途では推奨されません。

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