はじめに
目的
本ドキュメントはSSL/TLS暗号化技術について分かりやすく説明します。インターネット通信を安全にする仕組みや、実際の利用場面までを扱います。目的は技術的な理解を深め、日常の運用や評価に役立てることです。
本書で学べること
- SSL/TLSの役割と基本概念
- ハンドシェイク（通信の始まり）のおおまかな流れ
- 暗号技術がどのように通信を守るか
- 実際の利用例とその意義
対象読者
ウェブサイト運営者、開発者、ネットワークに興味のある方など、技術的な背景が少しある方を想定します。専門用語は最小限にし、具体例で補足します。
読み方のポイント
各章は段階的に理解できるよう構成しました。初めての方は第2章から順に読むと分かりやすいです。必要に応じて具体例や図を参照してください。
SSL（Secure Sockets Layer）とは何か
概要
SSLは、インターネット上でやり取りするデータを暗号化して保護する仕組みです。現在は後継のTLSが主に使われますが、一般には「SSL」の名前で呼ばれます。WebブラウザとWebサーバーの間で安全に情報を送受信するための通信規約（プロトコル）です。
なぜ必要か
オンラインで買い物をするとき、パスワードやクレジットカード番号を入力します。これらの情報をそのまま送ると第三者に盗まれる危険があります。SSLはデータを暗号化して送るため、途中で盗み見されても内容が分からないようにします。
どのように働くか（かんたんな例）
- ブラウザがサーバーに接続し、安全に話したいと伝えます。
- サーバーは身元を証明する「証明書」を渡します。証明書は運営者の正当性を示す名刺のようなものです。
- ブラウザは証明書を確認し、問題なければ暗号化の鍵を決めて通信を始めます。以後のデータは暗号化されます。
どんな表示があるか
多くのブラウザはアドレス欄に鍵マークや「https://」を表示します。これがあると通信が暗号化されています。
注意点
SSLは通信の安全性を高めますが、すべての問題を解決するわけではありません。例えば、正しい証明書を使っていないサイトや設定が古い場合は危険が残ります。信頼できる運営者かどうかも確認してください。
SSLの主な役割と機能
SSLが提供する主要な機能は暗号化、認証、データの保護と整合性の3つです。以下でやさしく説明します。
暗号化
通信内容を第三者の傍受から守ります。AESなどの強力なアルゴリズムを使い、送信前にデータを暗号化し受信者だけが復号します。例えば公共のWi‑Fiで買い物や銀行サイトを使うとき、暗号化があれば入力した情報が読み取られにくくなります。
認証
相手が本物のサイト運営者であることを証明します。デジタル証明書を用いて運営者の身元を確認し、ブラウザが鍵のマークで知らせます。これにより、なりすましサイトへ情報を送るリスクを下げます。
データの保護と整合性
送信中のデータが改ざんされていないかを確認します。メッセージ認証コード（MAC）やハッシュ値を付けて、小さな変更でも検出します。たとえばダウンロードしたファイルが途中で書き換えられていないかを確かめる仕組みです。
これらが組み合わさることで、安全な通信が成り立ちます。
TLSの主な機能
概要
TLSはSSLの後継で、主に「暗号化」「認証」「整合性」を提供します。これにより通信の盗聴や改ざん、なりすましを防ぎます。
暗号化（機密性）
送受信するデータを暗号化して第三者に読まれないようにします。例えばWebサイトに入力したパスワードやクレジット番号が保護されます。
認証（身元確認）
サーバーの正当性を証明する仕組みです。ブラウザは証明書を確認して、本物のサイトかどうかを判断します。必要ならクライアント側の認証も行えます。
整合性（改ざん検出）
送られたデータが途中で書き換えられていないかチェックします。小さな変更でも検出し、通信を無効にできます。
前方秘匿性（Forward Secrecy）
将来に秘密鍵が漏れても、過去の通信内容が守られる仕組みです。短時間の鍵を使うことで実現します。
セッション再開と効率
一度確立した安全な接続を短時間で再利用し、負荷と待ち時間を減らします。モバイル環境で特に役立ちます。
実生活の例
オンラインショッピング、ネットバンキング、メール送受信など、個人情報を扱う場面でTLSは広く使われています。
SSL/TLSハンドシェイクの仕組み
概要
SSL/TLSのハンドシェイクは、通信を安全に始めるためのやり取りです。例えると、お互い名前を名乗り合い、どの言葉（暗号）で話すか決め、秘密の合言葉（セッションキー）を安全に決めてから会話を始める流れです。
ステップごとの流れ
- クライアントHello
-
クライアント（例: ブラウザ）が接続を開始し、対応できる暗号方式やプロトコルのバージョンを送ります。
-
サーバーHelloと証明書提示
-
サーバーはクライアントの提案の中から方式を選び、デジタル証明書を送って自分が正当な相手であることを示します。証明書は公開鍵と運営者情報を含みます。
-
鍵交換（セッションキーの生成）
-
クライアントとサーバーは、安全な方法（例: 一時的な鍵交換）で共通のセッションキーを作ります。公開鍵暗号で初期のやり取りを行い、その後は高速な対称暗号の鍵を使います。
-
ハンドシェイク完了と暗号通信開始
- 両者が鍵や設定を確認し合い、確認メッセージを交換してハンドシェイクを終えます。以後、セッションキーでデータを暗号化して送受信します。
ポイントと応用例
- 認証: 証明書で相手を確認します。例えば銀行サイトで本人のサーバーかどうかを確かめます。
- 機密性: セッションキーで内容を隠します。
- 整合性: メッセージが改ざんされていないかチェックします。
オプションで、クライアント証明書を使う相互認証や、前回のセッションを再利用する再開機能もあります。これらで接続を速く、安全に保てます。
SSL/TLSの強力なセキュリティ機能
強力な暗号化で機密性を確保
TLSはAESやChaCha20といった強力な暗号を使い、通信内容を読み取り不能にします。たとえばインターネットバンキングのパスワードやフォーム入力は、暗号化された経路で送られるため第三者が平文を見られません。暗号は「セッションキー」と呼ぶ一時的な鍵で行い、長時間同じ鍵を使わない設計です。
前方秘匿性（フォワードシークレット）
前方秘匿性は重要な特性です。サーバーの長期的な秘密鍵が後で漏れても、過去にやり取りした通信内容は守られます。これはサーバーごとに使う一時鍵（例：ECDHE）を頻繁に切り替えることで実現します。
整合性と認証で改ざんを防ぐ
TLSはデータの改ざんを検出する仕組みを持ちます。受け取ったデータが送信時と同じか確認するため、改変があると通信を無効化します。またサーバー証明書で相手の正当性を確認し、偽のサイトへの接続を防ぎます。
実用的な利点と注意点
傍受されてもセッションキーが無ければ内容は解読できません。公衆Wi‑Fiなどでの安全性が高まります。ただし古い暗号や古いバージョンのTLSには弱点がありますので、常に最新の設定を使うことが大切です。
SSL/TLSの利用例
はじめに
SSL/TLSはインターネット上のさまざまな通信で使われ、安全性を高めます。ここでは日常で目にする代表的な例を、分かりやすく説明します。
1. Webサイト（HTTPS）
オンラインバンキングやネットショッピングなど、ユーザー名・パスワードやカード情報を扱うサイトはHTTPSを使います。ブラウザの鍵マークは通信が暗号化され、サイトの正当性が確認された証拠です。
2. メール（SMTP/IMAP/POP3 over TLS）
メール送受信では、SMTPやIMAP、POP3をTLSで保護します。これにより送信中の本文やログイン情報が盗まれにくくなります。例えば外出先でWi‑Fiを使う場合でも安全性が上がります。
3. ファイル転送（FTPS）
FTPSはFTPにTLSを組み合わせた方式で、ファイルの中身や認証情報を暗号化します。社内の機密資料を転送する際に使われます。
4. APIとモバイルアプリ
アプリがサーバーとやり取りするAPI通信でもTLSを使います。アプリ側は証明書を通じて接続先を確認し、なりすましや改ざんを防ぎます。
5. CDN・リバースプロキシ・ロードバランサ
コンテンツ配信や負荷分散を行う機器もTLSを扱います。適切に設定すれば、ユーザーと配信サーバー間の通信を終端から終端まで保護できます。
6. IoT機器の通信
スマート家電やセンサーもTLSでサーバーに接続します。デバイス認証と通信の暗号化で、不正アクセスやデータ漏えいを抑えます。
注意点
TLSを使っていても、証明書の期限切れや誤った設定があると安全性は損なわれます。運用では定期的な更新と設定の確認をおすすめします。
