ネットワークセキュリティの要！セキュアハッシュアルゴリズム（SHA）の仕組みと安全性を徹底解説

ネットワークセキュリティにおけるハッシュ関数とは

システムを安全に保つうえで重要な役割を果たすのが「ハッシュ関数」です。ハッシュ関数は、任意の入力データを不規則な性質を持つ固定長の値（ハッシュ値）へと変換します。生成されるハッシュ値は単純な数値で、通常は16進数や2進数の形式で管理されます。同じ入力からは必ず同じハッシュ値が得られる一方、ハッシュ値から元のデータを復元することはできません。

最も安全なハッシュアルゴリズムはどれ？

現在、安全性の高さで広く支持されているのがSHA-256です。SHA-256は64桁の16進数（256ビット）のハッシュ値を生成します。MD5やSHA-1には脆弱性が確認されているため、現時点ではSHA-256の方がはるかに安全と評価されています。ただし、処理速度の面ではMD5やSHA-1より遅いという欠点があります。

SHA-1とはどんなアルゴリズム？

1993年に「SHA」という名称で初めて公開された160ビットのハッシュ関数は、後にSHA-1と呼ばれるようになりました。SHA-1は160ビット長の出力を持ち、それ以前のMD5アルゴリズムと構造が似ています。また、ブロックサイズの違いにより、SHA-256やSHA-512といった類似のハッシュ関数群に分類されます。

SHA（セキュアハッシュアルゴリズム）の主な用途

SHAは、データや証明書ファイルのハッシュ化に使用されます。あるデータから生成されたハッシュ値は一意であり、別のデータが同一のハッシュ値を持つことは事実上ありません。デジタル署名もデータそのものから生成されるため、同様に一意性が保証されます。

ネットワークにおけるハッシュアルゴリズムの仕組み

ハッシュアルゴリズムとは、任意の長さのメッセージを入力として受け取り、元のデータを表す代表値を出力する数式のことです。たとえば、メッセージ内のすべての文字に数値を割り当てて合計するだけでも、ごく初歩的なハッシュアルゴリズムと言えます。

国際標準として定められたセキュアハッシュアルゴリズム

ハッシュ関数は、セキュリティサービスを提供する多くのアルゴリズムや方式の一部として組み込まれています。セキュアハッシュアルゴリズム（SHA）はNISTのFIPS 180-4で定義され、SHA-3はFIPS 202で定義されています。SHAは電子データ（メッセージ）の短縮表現を作成するために用いられます。

ハッシュと暗号化の違い

ハッシュは一方向関数によって匿名のメッセージダイジェスト（ハッシュ値）を生成する仕組みで、鍵を使用しません。一方、暗号化はファイルを読み取れない形にエンコードし、許可されたユーザーだけがアクセスできるようにする技術です。暗号化の目的は、不正なユーザーがデータの中身を見られないようにすることにあります。

ハッシュはどれほど安全？

認証システムでは、平文のパスワードをデータベースに保存しないためにハッシュ化が広く活用されています。また、ファイルや文書が改ざんされていないことを保証する用途にも使われます。ハッシュ関数の誤った使い方が機密情報の漏洩につながることもあれば、そもそもハッシュを利用しないこと自体がリスクになるケースもあります。

ハッシュ関数が備えるべき3つのセキュリティ特性

安全なハッシュ関数には、次の3つの特性が求められます。

• 原像計算困難性（プレイメージ耐性）：ハッシュ値から元の入力データを導き出せないこと
• 第二原像計算困難性：同じハッシュ値を持つ別の入力を見つけられないこと
• 衝突耐性：同一のハッシュ値を生成する2つの異なる入力を見つけられないこと

SHA-256は本当に安全なのか

SHA-256は、現在使用されているハッシュ関数の中でも最も安全な部類に入るとされています。米国政府は、各種の機密情報を保護する手段としてSHA-256の使用を義務付けており、その信頼性は実績によって裏付けられています。

SHA-2への移行とその強度

2016年以降、デジタル署名や証明書には、SHA-1よりもはるかに安全なSHA-2の使用が求められています。総当たり（ブルートフォース）攻撃によってSHA-2のハッシュダイジェストを破るには、数年どころか何百年もの時間が必要とされます。

SHA-256が実際に使われている分野

SSL、TLS、IPsec、SSH、PGPなどの認証・暗号化プロトコルは、いずれもSHA-256を採用しています。UnixやLinuxのパスワードハッシュにもSHA-256による保護が提供されています。さらに、Bitcoinをはじめとする暗号資産では、取引（トランザクション）の検証にSHA-256が利用されています。

SHA値（メッセージダイジェスト）とは

SHA-1は、文字列を入力すると160ビット（20バイト）のハッシュ値を生成する暗号アルゴリズムです。このハッシュ値は一般に「メッセージダイジェスト」と呼ばれ、40桁の16進数として表現されます。

SHAは認証に使えるのか

TLS経由でクライアントとサーバーの間でメッセージが送受信される際、そのハッシュ値が認証に利用されてきました。ただし、SHA-1の脆弱性が判明した現在では、より安全なSHA-2系アルゴリズムへの移行が強く推奨されています。