ITパスポート 2026年 問91

デジタル署名・ブロックチェーンで使われるハッシュ関数について【ITパスポート 解説】

• ハッシュ関数（Hash function：入力データを固定長の短い値に変換する関数）
  入力がどんな長さでも、出力（ハッシュ値）は決まった長さになります。出力は「ハッシュ値」や「ダイジェスト」と呼びます。
• SHA（Secure Hash Algorithm：安全なハッシュ方式）のうちSHA-256, SHA-512は出力長がそれぞれ256ビット、512ビットのハッシュ関数です。
• デジタル署名（電子的に身元や改ざんの有無を保証する仕組み）やブロックチェーン（改ざんが難しい分散台帳の仕組み）では、データの「指紋」としてハッシュが使われます。

正解の理由

• ハッシュ関数は入力→出力が一方向（元に戻せない）で固定長の値を作る。
• 同じ関数・同じ入力なら同じ出力になる（決定論的）。
• 逆に、出力から元の入力を復元することは基本的にできない（一方向性）。
• 異なるハッシュ関数は内部の計算方法や出力長が違うため、同じ入力でも出力は異なる。

解法ステップ

1. 問題文で問われているのは「ハッシュ関数の性質」だと確認する。
2. ハッシュ関数の代表的な性質を思い出す：決定論性（同一入力で同一出力）、一方向性（逆算困難）、固定長出力、衝突（異なる入力が同じ出力になること）が理論的には存在するが発見が困難（衝突耐性）。
3. 各選択肢をその性質に照らし合わせて当てはめる。
   • 「入力をハッシュして元に戻せる」は一方向性と矛盾。
   • 「異なる関数でも同じ出力になる」は関数が違えば通常出力も変わるので誤り。
   • 「同じ関数・同じ入力なら同じ出力」はハッシュ関数の決定論性に合致する（正答）。
4. よって ウ を選ぶ。

import hashlib

data = b"hello"
h1 = hashlib.sha256(data).hexdigest()
h2 = hashlib.sha256(data).hexdigest()
print(h1)
print(h2)
# h1 と h2 は同じ値が出力される（常に同じ）

選択肢別の誤答解説

• ア: 「あるハッシュ関数を用いて得たハッシュ値を、そのハッシュ関数に入力することによって、元のデータを復元することができる。」
  → 誤りです。ハッシュ関数は一方向関数（逆算が非常に難しい）で、ハッシュ値から元データを復元することを前提にしていません。元データを復元できるなら暗号（復号）に近くなりますが、ハッシュは復号が設計上困難です。
• イ: 「同じデータを異なるハッシュ関数にそれぞれ入力したとき、得られるハッシュ値は全て同じになる。」
  → 誤りです。異なるハッシュ関数（例：SHA-256 と SHA-512）はアルゴリズムや出力長が異なるため、同じ入力でも出力は基本的に異なります。
• ウ: 「同じハッシュ関数を用いる場合、入力したデータが同じであれば、得られるハッシュ値は常に同じになる。」
  → 正しいです。ハッシュ関数は決定論的であり、同じ入力は同じ出力になります。
• エ: 「どのハッシュ関数にもそれぞれの逆関数が存在し、ハッシュ値から元のデータを復元することができる。」
  → 誤りです。一般にハッシュ関数は逆関数（ハッシュ値→元データ）を持たないよう設計されています。復元できたら安全性が損なわれます。

よくある誤解

1. ハッシュは「暗号化」と同じだと思う誤解
   • 暗号化は（通常）復号して元に戻せますが、ハッシュは基本的に復元できません。目的が異なります（暗号化＝機密性、ハッシュ＝整合性確認や識別）。
2. 「ハッシュ値が異なれば必ず元データも異なる」と思う誤解
   • 実際は「異なる元データが同じハッシュ値になる」こと（衝突）は理論上あり得ます。良いハッシュ関数は衝突を見つけるのが非常に困難です。
3. 「同じデータをハッシュすれば常に同じになる」ことと「パスワード保存にそのまま使える」は別問題
   • パスワード保存では「salt（ソルト：ランダムな付加データ）」を使い、同じパスワードでも異なるハッシュにする対策が必要です。

補足コラム

• SHA-256 と SHA-512 の違い：出力ビット数が違います（256ビットと512ビット）。出力が長いほど衝突を見つける難しさは増しますが、処理コストも上がります。
• ブロックチェーンでの使い方：ブロック内の取引データをハッシュ化して短い指紋を作り、連鎖的に繋げることで改ざんが難しくなります。
• デジタル署名との使い分け：大きなデータをそのまま署名すると計算量が大きいので、まずハッシュ化して短いダイジェストを作り、そのハッシュに対して署名を行うのが一般的です。

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