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公開鍵の信頼性

デジタル署名は、デジタル文書の完全性（改ざんされていないこと）と信頼性（署名者の身元が保証されていること）を与えるもので、インターネットの普及に伴い、SSL/TLS、電子商取引、電子申請・届出などに幅広く使われています。
ここで、公開鍵と秘密鍵を用いた署名方法について簡単に説明します。
最初に、使用する署名アルゴリズム（RSA署名、ECDSA署名、Schnorr署名など）に従って秘密鍵と公開鍵を生成します。次に、署名したいデジタル文書のハッシュ値(※)を求め、セキュリティパラメーター（ランダム変数値）、秘密鍵を基にデジタル署名値を算出します。このデジタル署名値は、デジタル文書と紐づけておきます
デジタル署名を検証するときは、デジタル文書と公開鍵を使い、検証アルゴリズムにより署名の真正性を検証します。

ここで重要なのが公開鍵の信頼性です。公開鍵は誰でも簡単に作れるため、なりすましなどの不正を受ける可能性があります。 そこで、公開鍵の真正性を保証する公開鍵証明書（デジタル証明書）が利用されます。
公開鍵証明書は　主体者（ここでは署名者）の公開鍵、主体者を同定する情報（名前、組織名等）、公開鍵証明書の発行者（認証局Aとします）、認証局Aによるデジタル署名（主体者の公開鍵へのデジタル署名）、認証局Aの公開鍵、等を記載しています。この公開鍵証明書の内容は標準形式規定X.509に従っています。公開鍵証明書に記載されている認証局Aの公開鍵ですが、この真正性を証明するために、別の認証局Bによる署名が必要になります。認証局Bの公開鍵は更に別の認証局Cが署名しなければなりません。 このように、公開鍵の真正性の証明には、連結した認証局のデジタル署名が必要になります。その最も上位の認証局をルート認証局といいます。この認証系により、ルート認証局を基点とするトラストチェーン（公開鍵基盤、PKI）が形成されます。
なお、公開鍵証明書（電子証明書）の発行・維持手数料は安価ではありません。信頼関係のあるグループであれは、コスト軽減のため、グループの一員が主体的に電子証明書を発行し、グループ内て限定的に使用することも可能です。

※一方向性ハッシュ関数とは、任意の長さのメッセージを固定長の文字列に変換する一方向性の関数をいいます。また、ハッシュ値とは、一方向性ハッシュ関数の値（文字列）をいいます。

マイナンバーカードによるMS Wordへの署名

マイナンバーカード（マイナカード）は、地方公共団体情報システム機構（J-LIS）が発行するもので、本人確認や署名に使われます。ここでは、マイナカードを使用したMS WordへのRSA署名について説明します。マイナカードには、カード所有者による署名のための秘密鍵と公開鍵が格納されており、公開鍵はルート認証局にあたるJ-LISによって保証されています。従って、マイナカードを利用すると、民間業者の発行する電子証明書（公開鍵証明書）を使用しなくて済み、コスト的に大きなメリットになります。
マイナカードによる署名（RSA署名）は、技術的には、マイナンバーカードのカード APライブラリと Java API を用い、MS Wordファイル （Office Open XMLファイル形式）に対して署名/検証するスキームです。このスキームの詳細は、拙著 [1]を参照してください。このスキームを使うと、テキストだけでなく、画像や動画の埋め込みがあるWordファイルへの署名が可能になります。
特に、この署名スキームは動画とその説明文の原本性をJ-LISを介して保証しますので、公的な認証の必要な動画資料やビデオ遺言などに有効です。

MS Wordファイルへの署名　概略


上図（上）は、署名対象のWordファイルです。署名者は、自身のマイナカードを用いて、このファイルに署名します。このとき、電子証明書とデジタル署名値をQRコードに変換して、上図（下）のようにWordファイルに挿入します。
検証するときは、この２つのQRコードを用いますので、マイナカードは必要ありません。

MS Wordファイルへの署名例

下図は署名済みのMS Wordファイルです。ドキュメントにはテキスト、画像、動画が含まれています。署名欄にはデジタル署名に対応するQRコードが挿入されています。電子証明書に対応するQRコードは不可視になっています。



MS ExcelファイルへのmRS署名

ここでは、mRS署名を用いてMS Excelファイルへの署名を紹介します。この署名手法は、署名を含めファイルのコンテンツすべてが署名の対象にします。従って、ファイルの偽造・改ざんは原理的に起こり得ません。下図はmRS署名の例です。署名欄に長方形の２次元コードが挿入されています。この２次元コードにはデジタル署名値が格納されています。 専用のアプリケーションにより署名・検証は手軽に行えます。


参考文献

[1]先名健一、"マイナンバーカードを用いた Office Open XML ファイルに対する署名と検証スキーム",第 23 回情報科学技術フォーラムFIT2024,第４分冊 pp.141~142, (2024.9).