OpenSSHで暗号化通信

● なりすまし

  telnetやFTPの場合、アクセスしてきたユーザの認証をします。つまり、サーバ側がクライアント側の正当性を確認しています。しかし、クライアント側がサーバが本物であるかどうかは確認していません。この場合、『なりすまし』攻撃に対しての全く防御能力を持たないことになります。例えば、通信を行うHostAとHostBの2点間の経路上にあるパケット中継ホストに手を加えれば、HostAに対してはHostBになりすまし、HostBに対してはHostAになりすますことによって、送受信されるデータの中身を盗聴することはもちろん、実際には送られていないデータを実際に通信しているホストに送りつけたりすることもできてしまいます。

  SSH プロトコルは従来のrlogin, rsh, rcp に代わる『安全な』プロトコルとして1995年フィンランドのTatu Ylonen氏によって開発されました。初期のSSHはライセンスフリーで配布されていましたが、バージョンアップに従って、ライセンスが厳しくなり、だんだんとオープンソースの範疇からかけ離れたものになってしまいました。しかし、1999年に Bjorn Gronvall 氏がsshの初期のリリースを元にフリーな実装のOSSHの開発を始めます。さらにその後、OpenBSD開発チームによって完全にフリーなOpenSSHが開発され、多くのOS用に移植され、いまではほとんどのLinuxディストリビューションで採用されています。
ここではSSHプロトコルを支えるいろいろな暗号化技術について簡単に説明しておきます。

●共通鍵暗号化方式（図１）

  データを暗号化するときと復号化するときに使用する鍵が同一である暗号化方式です。処理が比較的高速に行えるため、通信データを暗号化する際に使用されます。
  代表的なものとしてDES、3DES、Blowfishなどが広く使用されています。

【図1】共通鍵暗号化方式

  公開鍵暗号方式は、『公開鍵』という誰にでも公開してかまわない鍵と『秘密鍵』という誰にも見せないように厳重に保管しておく鍵のペアを使用してデータの暗号化/復号化をします。公開鍵を使用して暗号化して暗号化したデータは秘密鍵によってしか復号化できないような仕組みになっていて、また、公開鍵からは秘密鍵を求めることはほぼ不可能という性質を持っています。共通鍵暗号化方式と比較して安全性は高いのですが、複雑なアルゴリズムを使用するため、暗号化/復号化に比較的多くの時間を要するので、ユーザ認証やホスト認証などの特に重要な部分で使用されます。SSH1をはじめとする多くの暗号化通信では通信データを暗号化するための共通鍵を、公開鍵暗号化方式を使用して受け渡すことで、安全性と実用的な通信速度を実現しています。
  公開鍵暗号化方式として代表的なものにRSA、DSAなどが存在します。

【図2】公開鍵暗号化方式

●一方向ハッシュ関数（図３）

  ハッシュ関数とは不定長の入力から固定長のデータを出力する関数で、出力から入力のデータは推測できない、同じ出力を持つ入力データを容易に作成できないような特徴を持ち、ハッシュ関数はあるデータが同じものであるのかを検証する場合によく使用されます。
  多くのLinuxでユーザのパスワードを保存しておくために使用されているMD5やSHA-1が代表的なものとして挙げられます。

【図３】一方向ハッシュ関数

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●鍵交換（図４）

  データ通信を行う際には共通鍵を共有する技術の一つです。通信の開始時に通信をする両ホストで公開鍵/秘密鍵ペアを作成し、まずは公開鍵を交換します。そして、受け取った相手の公開鍵と自身の秘密鍵をもとに特殊な計算をおこなうと、双方で同一の鍵を得ることができる仕組みになっています。この方式は公開鍵を利用して共通鍵を交換するよりもさらに安全性が高いとされています。代表的なものとしてDiffie-Hellman方式があり、SSH2での『共通鍵』の交換で利用されています。

【図４】鍵交換

  SSHを利用してデータを送受信する場合、全てのデータは暗号化されて送られます。ここでは暗号化のためにどのような手順を踏んでいくのかを説明します。

●通信路の暗号化

  OpenSSHでコネクションを確立する場合にはデータを暗号化するため、サーバとクライアントで同じ共通鍵をもつ必要があります。この共通鍵を受け渡すための動作はSSHプロトコルのバージョンによって異なりますが、具体的には以下のような手順で共通鍵が交換されます。

【図5】SSHバージョン1での通信路の暗号化

●ユーザの認証

  OpenSSHを利用する場合には当然ですが、ユーザの認証が必要です。OpenSSHでは様々な認証方法がサポートされています。また、PAMを利用することでより多くの認証方法を利用できるのですが、ここでは『パスワード認証』、『公開鍵認証』の2つについて説明します。
  『パスワード認証』は普通のLinuxで使用されるユーザ認証を指します。この認証方法を利用する場合、クライアントはユーザ名とパスワードをサーバに送る必要がありますが、前述の方法によって既に暗号化された通信路にパスワードは流されます。
  『公開鍵認証』は公開鍵暗号方式を利用した認証方法です。SSHバージョン1ではRSA暗号方式を、SSHバージョン2ではRSA暗号方式とDSA暗号方式を利用することが可能です。どのバージョン、どの暗号化方式を使用する場合でも手順は同様です。まずは前準備として以下のことを済ませておく必要があります。

(1) 公開鍵/秘密鍵のペアを作成する。（秘密鍵は鍵自体を暗号化した上で保存されます。秘密鍵を利用するにはパスフレーズを与える必要があります。） (2) 作成した公開鍵をサーバに登録しておく。 (3) 秘密鍵はクライアント側で厳重に保管しておく。 準備完了後、実際にユーザを認証する場合、鍵は以下のような手順で使用されます。 (1) アクセスするユーザ名をサーバに送る。 (2) 乱数を生成する。 (3) 登録されているユーザの公開鍵で乱数を暗号化する。 (4) 暗号化した乱数をクライアントへ送信。 (5) パスフレーズの入力によって秘密鍵を復号化する。 (6) 受信したデータを秘密鍵で復号化する。 (7) 復号化したデータのハッシュ値を算出 (8) 算出したハッシュ値をサーバへ送信 (9) 元の乱数のハッシュ値と受信したハッシュ値を照合し、認証の可否を決定する。

  configureスクリプトを実行する際には必要に応じて、 --with-tcp-wrappers --with-pam --with-md5-passwords --without-shadowなどのオプションを指定してください。
  ソースからインストールした場合とRPMでインストールした場合で、ファイルの配置が違いますが、この後の説明はRPMからインストールしたことを仮定して進めます。

6.OpenSSHサーバの設定

●Unixパスワード認証の禁止

  前述したように、OpenSSHは各種の認証方式に対応します。デフォルト状態では公開鍵暗号化方式による認証を使用せずに、Unixパスワードでのログインが可能になっています。より安全度の高い公開鍵暗号化方式だけをユーザ認証に使用したい場合にはPasswordAuthenticationをnoに設定します。

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