【情報I】情報セキュリティを図解で総まとめ—認証・暗号・マルウェア・不正アクセスへの備え｜武蔵野個別指導塾

認証の要素の数え方、公開鍵と秘密鍵の使い分け、復元時に失うデータの計算を例題で確かめ、3枚の図から情報を守る対策の役割と限界を整理しましょう。

よくあるのは、通学電車の窓に映るスマートフォンを見ながら、「アカウントを停止します」という通知を読み、鍵の印があるページならパスワードを入力しても安全だと考えてしまう場面です。通信が暗号化されていることと、相手が信用できることは同じではありません。情報セキュリティでは、このように似て見える働きを分けて考える必要があります。

教科書には、認証、暗号、マルウェアなどの用語が続きます。名前を別々に覚えるだけでは、「どの対策がどの被害を防ぐのか」という問題で迷いやすくなります。そこで、まず守りたい状態を決め、次にその状態を崩す原因を探し、最後に対策を対応させます。この順序なら、長い事例問題にも理由を添えて答えられます。通知を開く前の判断から、データを失った後の復元までを、一続きの備えとして理解していきましょう。

この単元で身につけること

• 機密性・完全性・可用性を区別します。「誰が見られるか」「正しい状態か」「必要なときに使えるか」という問いで、被害の内容を具体的に読み取ります。
• 認証の3種類の要素を整理します。入力した回数ではなく、知識・所持・生体のどの種類を組み合わせたかで、多要素認証かどうかを判断します。
• 共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式を説明します。送信者と受信者を書き出し、誰の鍵で暗号化し、誰の鍵で復号するかを追います。
• マルウェアとフィッシングへの対策を選びます。ソフトウェアを更新する対策と、偽の誘導を見抜いて別の経路で確認する対策の役割を分けます。
• バックアップから復元できる範囲を確かめます。保存した時刻、保存先、過去の版の有無を見て、復元時に失う可能性のあるデータを考えます。

中学校までに学んだ情報モラルや端末の安全な使い方に、技術の仕組みと判断の根拠を加える単元です。用語を言えるだけでなく、対策が効く場面と効かない場面を説明することが目標になります。

基本の考え方

守る対象から3つの性質を考える

情報セキュリティは、情報や情報システムをさまざまな脅威から守り、安全に利用できる状態を保つための考え方です。守るのは秘密だけではありません。学習記録が勝手に変わらないことや、提出が必要なときに提出先を使えることも含まれます。その基本となるのが、機密性・完全性・可用性の3つです。

機密性は、許可された人だけが情報にアクセスできる性質です。例えば、本人と担当者だけに閲覧を認めた成績表を、無関係な人が読める状態は機密性を損ないます。読み取り権限の設定や暗号化は、この性質を守るための対策になります。成績表を消さずに読むだけでも、許可がなければ問題になります。

完全性は、情報が正確で完全な状態に保たれ、不正な変更や破壊を受けない性質です。成績表の数値を無断で書き換えられたり、保存中の障害で一部が欠けたりすると、完全性が損なわれます。意図的な攻撃だけでなく、操作ミスや故障も考える点が大切です。変更できる人を制限することや、変更の記録を残すことが対策になります。

可用性は、許可された利用者が必要なときに情報やシステムを使える性質です。提出先のシステムが故障し、締め切り前に課題を送れなければ、内容が漏れていなくても可用性に問題があります。予備の機器、障害からの復旧手順、バックアップなどが関係します。ただし、保存してあるだけではすぐに使えるとは限らず、復元にかかる時間も考える必要があります。

図1のように、3つの性質は情報を違う方向から点検するための観点です。どれか1つだけあればよいわけではありません。すべての人のアクセスを止めれば秘密は守りやすくなりますが、利用すべき人まで使えなくなります。また、データを暗号化して使えなくする被害は、可用性だけでなく完全性にも関わり、同時に盗み出されれば機密性も損ないます。問題文で「主に」と問われたら、最も直接描かれている被害に着目します。

脅威とは、情報に損害を与える原因となるものです。攻撃者による不正な操作に加え、機器の故障や災害も含まれます。一方、脆弱性は、悪用されるおそれのある弱点です。修正されていないソフトウェアの欠陥や、不適切な設定などが例になります。情報を失う可能性と、そのときの影響を考えて対策の優先度を決めると、単に道具を増やすのではなく、守りたいものに合う備えを選べます。

認証は本人の確認、権限はできることの範囲

認証は、利用者が主張する本人であるかを確認することです。利用者を区別する識別子としてアカウント名や利用者IDがあり、パスワードなどで本人であることを確かめます。IDは通常、秘密そのものではありません。IDを知っていることだけでは、本人である証明にならない点を押さえましょう。

認証の要素は、本人が知っている知識情報、本人が持っている所持情報、本人の身体的な特徴などに基づく生体情報に分けられます。パスワードや暗証番号は知識情報、認証用の機器は所持情報、指紋や顔の特徴は生体情報です。異なる種類の要素を組み合わせるのが多要素認証で、そのうち2種類を使うものを二要素認証といいます。

パスワードと暗証番号を順に入力しても、両方とも知識情報なので、それだけでは多要素認証にはなりません。反対に、パスワードと、登録済みの本人の端末にある認証機能を組み合わせるなら、知識と所持の組合せになります。ただし、名称だけで決めず、その仕組みが何を確かめているかを見る必要があります。画面が2回出ることを表す二段階認証という呼び方も、異なる種類の要素を必ず意味するとは限りません。

認証に成功した後も、すべての操作が許されるわけではありません。情報を読む、変更する、削除するなどの許可の範囲がアクセス権限です。例えば、生徒本人は自分の記録を読めても、評価を書き換える権限は持たない、という設計が考えられます。必要な操作だけを許すと、誤操作やアカウントの悪用による被害を小さくできます。

パスワードは、十分な長さを取り、推測されにくくし、別のサービスで使い回さないことが基本です。1か所から漏れた組合せを別のサービスで試されると、使い回したアカウントにも被害が広がるためです。生体認証にも、誤って本人と判定する場合や、本人なのに認証されない場合があります。指紋や顔の特徴はパスワードのように簡単に変更できないため、認証できなくなったときの回復方法も含めて理解します。

暗号化と感染予防と復旧を組み合わせる

暗号化は、元の情報である平文を、鍵を使って読み取りにくい暗号文へ変換することです。暗号文から平文へ戻す操作を復号といいます。共通鍵暗号方式では、暗号化と復号に同じ鍵を使います。大量のデータを効率よく処理しやすい一方、相手と鍵を安全に共有する必要があります。暗号文と同じ危険な経路で鍵もそのまま渡せば、両方を取られるおそれがあります。

公開鍵暗号方式では、公開鍵と秘密鍵の対を使います。受信者だけが読めるように送る場合、送信者は受信者の公開鍵で暗号化し、受信者は対応する自分の秘密鍵で復号します。公開鍵は他人に知らせられますが、秘密鍵は本人が厳重に管理します。公開鍵が本当に相手のものかも確認しなければ、攻撃者の鍵へすり替えられるおそれがあります。

暗号化された通信でも、接続した先が偽のサイトなら、そこへ入力した情報は相手に渡ります。鍵の印やHTTPSという表示は、通信の暗号化などに関わる表示であり、掲載内容や運営者の誠実さを保証するものではありません。また、実際の安全な通信では、公開鍵の仕組みで相手を確かめたり共通鍵を共有したりし、その後の大量のデータを共通鍵で暗号化するなど、役割を分担します。

マルウェアは、利用者やシステムに害を与える目的で作られたソフトウェアの総称です。他のプログラムなどに感染するウイルス、自己増殖して広がるワーム、正当なソフトウェアを装うトロイの木馬などがあります。情報を盗み取るものや、データを暗号化するなどして金銭を要求するランサムウェアも含まれます。見た目に異常がないまま動くものもあるため、「画面がいつもどおりだから感染していない」とは判断できません。

フィッシングは、実在する組織などを装って偽のサイトへ誘導し、認証情報などをだまし取る手口です。ソフトウェアの感染がなくても被害は起こります。不安をあおる通知や急がせる文章を受け取ったら、そのリンクから入力を進めず、普段使っているアプリや登録済みの正しい入口から状況を確認します。表示された送信者名だけでは、相手が本物かどうかは決まりません。

アップデートには、機能の追加だけでなく、発見された脆弱性の修正も含まれます。信頼できる更新経路でOSやアプリを更新し、不要なソフトウェアを減らし、対策ソフトウェアなども組み合わせます。ネットワークの通信を規則に従って許可・制限するファイアウォールも対策の1つですが、許可された通信を通じた偽サイトへの入力まで必ず止めるものではありません。

バックアップは、データを失ったときに戻せるよう、別の保存先などに複製を確保することです。故障や誤削除の後に役立ちますが、盗まれた秘密を取り戻すことはできません。また、常時接続した保存先まで同時に壊れたり暗号化されたりすると復元できないおそれがあります。保存先を分け、過去の版を残し、必要に応じて接続や書込み権限を分離し、実際に復元できるかを確認するところまでが備えです。

例題で解き方を確かめる

例題1　被害から守るべき性質を選ぶ

次の3件について、最も直接損なわれた性質を答えましょう。Aは無関係な人が学習記録を読んだ事例、Bは提出済みの点数が無断で書き換えられた事例、Cは機器の故障で提出システムを使えなくなった事例です。ここでは、書かれていない別の被害は加えずに判断します。

1. Aの動作を「許可なく読む」と短くします。読める人の範囲が問題なので、情報の内容が変わっていなくても機密性を選びます。
2. Bの動作を「許可なく変える」と短くします。正確な状態が保たれていないことが中心なので、完全性を選びます。
3. Cの状態を「必要なときに使えない」と短くします。攻撃による停止でなくても利用できない問題は起こるため、可用性を選びます。

答え：Aは機密性、Bは完全性、Cは可用性です。

同じ学習記録でも、読むことと書き換えることでは判断が変わります。「個人の記録だから機密性」と対象の名前だけで決めず、何が起きたかを示す動詞に注目すると整理できます。

例題2　認証の回数と要素の種類を分ける

方式Aはパスワードと暗証番号を入力します。方式Bはパスワードに加え、登録済みの本人の認証用機器の所持を確かめます。この設問では、機器の所持を独立に確認できるものとします。それぞれ何種類の要素を使い、どちらが二要素認証に当たるかを答えましょう。

1. 各確認方法を3分類に当てはめます。パスワードと暗証番号はともに知識情報なので、呼び方の違いに引きずられないために同じ名前へ置き換えます。
2. 重複を除いて種類を数えます。Aは知識だけ、Bは知識と所持なので、回数ではなく要素の種類が判断に使えます。
3. 異なる2種類を使っているか確かめます。Bは2種類を組み合わせるため、二要素認証に当たります。

次のPythonでは、同じ値を1つにまとめる集合を使い、その要素数を調べています。これは分類を確かめる例で、実際の認証処理を作るプログラムではありません。

method_a = {"知識", "知識"}
method_b = {"知識", "所持"}
print(len(method_a))
print(len(method_b))

出力は次のとおりです。

1
2

答え：Aは1種類、Bは2種類で、Bが二要素認証に当たります。

多要素認証を使っても、認証コードを偽の画面へ渡したり、身に覚えのない認証要求を承認したりすると悪用につながります。対策の名称を覚えるときには、利用する人が守るべき操作も一緒に考えましょう。

例題3　相手に読ませる鍵と管理する鍵の数

AさんがBさんだけに読めるよう、公開鍵暗号方式で文書を送ります。暗号化と復号に使う鍵を答えましょう。さらに、4人全員が互いに秘密の通信をする場合について、各2人組が別の共通鍵を1個ずつ共有する方式では何種類の鍵が必要か、公開鍵暗号方式で各人が鍵の対を1組ずつ持つなら公開鍵と秘密鍵はそれぞれ何個かを求めます。鍵の使い分けは、この設問の条件に限って数えます。

1. 最後に読めるべき人をBさんと決めます。図2のように、復号するBさんが秘密鍵を持つ形から逆にたどると、暗号化にはBさんの公開鍵を使うとわかります。
2. 共通鍵の共有相手を、AB、AC、AD、BC、BD、CDと書き出します。ABとBAは同じ2人組なので、重複させないことが大切です。
3. 公開鍵暗号方式は1人あたり公開鍵1個と秘密鍵1個として数えます。通信する2人組ごとではなく、鍵の対を持つ人数に注目するのが理由です。

Pythonでは、2人組を重複なく取り出して鍵の種類数を確かめられます。ここで数えるのは異なる鍵の数であり、同じ共通鍵を両者が保管することによるコピーの数ではありません。

from itertools import combinations
people = ["A", "B", "C", "D"]
pairs = list(combinations(people, 2))
print(len(pairs))
print(len(people), len(people))

出力は次のとおりです。

6
4 4

答え：Bさんの公開鍵で暗号化しBさんの秘密鍵で復号します。共通鍵は6種類、公開鍵は4個、秘密鍵は4個です。

公開鍵と秘密鍵を合計すれば8個ですが、公開してよい鍵と秘密にする鍵は管理の条件が違います。単に合計数の大小で方式の優劣を決める問題ではありません。公開鍵の持ち主の確認や、秘密鍵を漏らさない管理も必要です。

例題4　バックアップの間隔と失う作業量

ある文書は、毎日18時ちょうどに保存時点の状態をバックアップします。今日は18時の保存が正常に完了し、20時30分に元のデータが壊れました。別の保存先にあるバックアップは無事で、その後の変更履歴は残っていません。復元によって取り戻せないのは、最大で何時間何分の間に行った作業でしょうか。

1. 最後に正常に保存された時刻を18時とします。事故が起きた時刻からではなく、戻れる状態の時刻を確定するためです。
2. 両方の時刻を0時からの分数に直します。時と分を混ぜたまま引くことによる誤りを避けられます。
3. 20時30分から18時を引きます。保存後の変更はこの間にあり、バックアップだけでは戻らないからです。

saved = 18 * 60
broken = 20 * 60 + 30
lost = broken - saved
print(lost)
print(lost // 60, lost % 60)

出力は次のとおりです。

150
2 30

答え：最大で2時間30分の間に行った作業が取り戻せません。

これは復元にかかる時間ではなく、復元先の状態と事故時点との差です。保存後に何も変更していなければ、失う新しい内容はありません。毎日保存しているという頻度だけでなく、最後の成功時刻を確認する必要があります。

つまずきやすいところと直し方

誤り1　確認を2回すれば二要素認証になる

誤った書き方は「パスワードと秘密の質問を使うので二要素認証です」です。どこが違うかというと、どちらも本人が知っていることを答える知識情報であり、異なる種類の要素が増えていない点です。確認の画面数と要素の種類を同じものとして数えています。

正しい書き方は「この組合せは知識情報だけを使っています。知識と所持など、異なる2種類を組み合わせると二要素認証になります」です。ノートでは、方法の名前の右に「知識」「所持」「生体」のどれかを書き足してみましょう。同じ分類が並んでいることを目で確かめられます。

誤り2　送信者の秘密鍵で暗号化すれば内容を秘密にできる

誤った書き方は「Aさんが自分の秘密鍵で暗号化し、BさんがAさんの公開鍵で戻すので、Bさんだけが読めます」です。どこが違うかというと、Aさんの公開鍵はBさんだけの秘密ではない点です。公開される鍵を持っていれば誰でも同じ操作ができると考えると、「Bさんだけ」という目的に合いません。

正しい書き方は「Bさんだけに読ませる暗号化では、Bさんの公開鍵を使い、Bさんが秘密鍵で復号します」です。図2の右端にいる人から鍵を決め直してください。送信者が秘密鍵で署名を作り、公開鍵で検証する電子署名は、送信者の確認や改ざんの検出に関わる別の目的の仕組みです。電子署名を付けるだけでは、文書の内容を秘密にはできません。また、署名を単純に文書全体の暗号化と同一視しないようにします。

誤り3　同期していればいつでも元に戻せる

誤った書き方は「保存先が2か所に同期されているので、消しても必ず元に戻せます」です。どこが違うかというと、同期は複数の場所の状態をそろえるため、削除や破損した状態まで伝わる場合がある点です。2か所という数だけでは、過去の正常な状態が残ることを保証しません。

図3のように、現在の状態をそろえることと、過去の状態へ戻れることは区別します。正しい書き方は「同期先に削除が反映される場合があるため、過去の版を保持する仕組みや独立したバックアップから復元できるかを確認します」です。履歴保存のある同期サービスもありますが、その機能を確認せずに復元できると決めつけないことが大切です。

なお、バックアップにも機密性の対策が必要です。元の文書を厳重に守っていても、複製の閲覧権限が広ければ、そこから情報が漏れる可能性があります。保存先の分離、閲覧できる人の制限、復元の確認をセットにして考えます。

練習問題

練習1　同じファイルでも被害は違う

共有フォルダで、Aは閲覧権限のない人に文書を読まれ、Bは文書の一部を無断で削除され、Cは通信障害で文書を開けませんでした。それぞれ主に損なわれた性質を答えましょう。Bは残った文書を開けるものとし、文章の欠落に注目します。

練習2　認証要素を分類する

方式Pは指紋と顔の特徴を確かめ、方式Qはパスワードと本人の認証用機器の所持を確かめます。それぞれ要素は何種類でしょうか。また、見知らぬ通知から開いたページに認証コードを入力するよう求められた場合、先に取るべき行動を1つ書きましょう。

練習3　宛先が変わった場合の鍵

今度はBさんからAさんへ、Aさんだけが読めるよう文書を送ります。暗号化と復号には誰のどの鍵を使うでしょうか。また、5人のすべての2人組がそれぞれ別の共通鍵を共有するなら、共通鍵は何種類必要でしょうか。

練習4　保存後の変更を追う

文書を9時に正常にバックアップし、次の保存前の11時45分に元のデータを失いました。バックアップは無事で、変更履歴はありません。最大で何分の間に行った作業が取り戻せないでしょうか。また、バックアップが無事でも、情報を盗み見られた被害を取り消せるでしょうか。

答えと解説

練習1の答えは、Aが機密性、Bが完全性、Cが可用性です。Bでは文書を開けることと、内容が完全であることを分けます。読めるから安全だと判断せず、記録が正確に残っているかを確かめます。

練習2の答えは、Pが1種類、Qが2種類です。指紋も顔の特徴も生体情報なので、Pは2種類にはなりません。通知のリンクからは入力を進めず、普段使うアプリや登録済みの正しい入口から状況を確認するのが行動の例です。コード自体が正しくても、渡す相手が偽物なら安全とはいえません。

練習3の答えは、Aさんの公開鍵で暗号化し、Aさんの秘密鍵で復号します。共通鍵は10種類です。5人それぞれに相手が4人いるので延べ20組ですが、同じ組を両方向から数えているため、2で割ります。自分自身との組は数えません。

練習4の答えは165分で、盗み見られた被害は取り消せません。11時45分は0時から705分、9時は540分なので、差は165分です。復元できることと、秘密が相手に渡っていないことは別の性質です。漏えいが疑われる場合は、関連する認証情報の変更や管理者への連絡など、被害に応じた対応が必要になります。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

この単元は、ネットワークの通信、暗号化通信、データベースのアクセス権限へつながります。通信の仕組みを学ぶときは、どの範囲が暗号化され、どこで平文として扱われるかを考えます。データの保存を学ぶときは、保存した内容だけでなく、誰が操作でき、障害後にどこまで戻せるかを確かめる視点が役立ちます。

家庭では、次の2つをそれぞれ5分で確かめられます。1つ目は、普段使うアカウントの認証方法を、秘密の文字列そのものを書かずに「知識・所持・生体」へ分類することです。保護者がお子さまと確認する場合も、パスワードや認証コードを読み上げる必要はありません。回復方法の案内がどこにあるかまで見ておくと、利用できなくなった場合の備えにつながります。

2つ目は、個人情報を含まない短い練習用文書で、保存済みの別の版を開けるか確かめることです。大切な元の文書は消さず、コピーを使います。「保存できた」と「復元できた」を区別し、いつの内容に戻れたかを言葉にしてみましょう。

個別指導では、分類問題で止まったら、機密性などの用語より前に「読まれた・変えられた・使えない」という動作まで戻って確認します。鍵の問題なら、送信者と受信者を紙に置き、最後に誰が読める必要があるかを確かめてから鍵の名前を付けます。

まとめ

通学電車の窓に映った通知へ戻ると、問うべきことは「安全そうな表示があるか」だけではありません。どこから開いたページか、何を入力させようとしているか、別の経路で確かめられるか、と判断を分けられます。学習でも、対策の名前の後に「何を守り、どの被害には別の備えが要るか」を続けると、説明の精度が上がります。

鍵の印は、入力する相手を選ぶ判断まで代わってはくれません。