令和5年度 秋期 応用情報技術者試験 午後問題 問1 PPAPの問題点とS/MIMEによる安全なメール

テクノロジセキュリティ技術

この問題は2023(R5)秋 応用情報技術者 午後に出題されたものです。出題時点の法令・制度に基づく内容のため、現行の内容と一致しない場合があります。

本ページの問題文・選択肢は、原本の体裁を Web 表示用に正規化しています(改行・記号・数式・図表参照の調整)。設問の趣旨および正解に影響する変更は加えていません。

学習ガイド

添付ファイルをパスワード付き圧縮ファイルにして別便でパスワードを送るPPAP方式を出発点に、その運用上の欠陥を突き詰める問題です。パスワードを同じ経路で送ると暗号化の意味が失われるという下線①の問題点と、平文メールが盗聴される下線②の弱点を、S/MIMEによる公開鍵暗号・共通鍵暗号・PKIの仕組みと対比できるかが得点の分かれ目になります。この記事では、鍵の配送と本文の暗号化を切り分けて、各設問が問う漏えい経路を読み解きます。

この記事で押さえる論点

  • PPAP方式が情報漏えいリスクを高める仕組みを説明できる
  • 共通鍵暗号・公開鍵暗号・PKIの役割をS/MIMEの流れの中で整理する
  • 盗聴リスクを低減する運用改善策を字数制限内で記述する
  • 暗号化が守る対象(本文と鍵)を区別して判断する

問題本文

問1 電子メールのセキュリティ対策に関する次の記述を読んで,設問に答えよ。

K社は,IT製品の卸売会社であり,300社の販売店に製品を卸している。K社では,8年前に従業員が,ある販売店向けの奨励金額が記載されたプロモーション企画書ファイルを添付した電子メール(以下,メールという)を,担当する全販売店の担当者宛てに誤送信するというセキュリティ事故が発生した。この事故を機に,メールの添付ファイルを,使い捨てのパスワード(以下,DPWという)によって復元可能なZIPファイルに変換する添付ファイル圧縮サーバを導入した。

添付ファイル圧縮サーバ導入後のメール送信手順を図1に示す。

図1 添付ファイル圧縮サーバ導入後のメール送信手順
図の説明テキスト

【構成要素】

  • 送信者
  • 添付ファイル圧縮サーバ
  • 受信者
    【メールの転送方向(矢印)と説明】
  • 送信者から添付ファイル圧縮サーバへの矢印: (i) 添付ファイル付きメール
  • 添付ファイル圧縮サーバから受信者への矢印: (ii) 添付ファイルが ZIP ファイルに変換されたメール
  • 添付ファイル圧縮サーバから送信者への矢印: (iii) DPW 通知メール
  • 送信者から受信者への矢印: (iv) DPW を記載したメール
    【凡例】
  • →:メールの転送方向を示す。

〔現在のメール運用の問題点と対策〕

K社では,添付ファイル圧縮サーバを利用して,最初にDPWで復元可能なZIPファイルを添付したメール(以下,本文メールという)を送信し,その後,ZIPファイルを復元するためのDPWを記載したメール(以下,PWメールという)を送信することによって,メールのセキュリティを確保する方式(以下,この方式をPPAPという)を運用している。

しかし,現在運用しているPPAPは,政府のある機関において中止するという方針が公表され,K社の販売店や同業者の中でもPPAPの運用を止める動きが見られるようになった。

このような状況から,K社の情報セキュリティ委員会は,自社のPPAPの運用上の問題点を検証することが必要であると判断して,情報セキュリティリーダーのL主任に,PPAPの運用上の問題点の洗い出しと,その改善策の検討を指示した。

L主任は,現在のPPAPの運用状況を調査して,次の二つの問題点を洗い出した。

(1) 本文メールの宛先を確認せずに,本文メールと同じ宛先に対してPWメールを送信している従業員が多い。

(2) ほとんどの従業員が, PWメールを本文メールと同じメールシステムを使用して送信している。したがって, 本文メールが通信経路上で何らかの手段によって盗聴された場合, PWメールも盗聴されるおそれがある。

問題点の(1)及び(2)は, ともに情報漏えいにつながるリスクがある。(1)の問題点を改善しても, (2)の問題点が残ることから, L主任は(2)の問題点の改善策を考えた。しかし, 運用面の改善によってリスクは低減できるが, 時間とともに情報漏えいに対する意識が薄れると, 改善策が実施されなくなるおそれがある。そこで, L主任は, より高度なセキュリティ対策を実施して, 情報漏えいリスクを更に低減させる必要があると考え, 安全なメールの送受信方式を調査した。

〔安全なメール送受信方式の検討〕

L主任は, 調査に当たって安全なメール送受信方式のための要件として, 次の(i)〜(iii)を設定した。
(i) メールの本文及び添付ファイル(以下, メール内容という)を暗号化できること
(ii) メール内容は, 送信端末と受信端末との間の全ての区間で暗号化されていること
(iii) 誤送信されたメールの受信者には, メール内容の復号が困難なこと

これら三つの要件を満たす技術について調査した結果, S/MIME(Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions)が該当することが分かった。S/MIMEは, K社や販売店で使用しているPCのメールソフトウェア(以下, メーラという)に対応しており導入しやすいとL主任は考えた。

〔S/MIMEの調査〕

まず, L主任はS/MIMEについて調査した。調査によって分かった内容を次に示す。

  • S/MIMEは, メールに電子署名を付加したり, メール内容を暗号化したりすることによってメールの安全性を高める標準規格の一つである。
  • メールに電子署名を付加することによって,メーラによる電子署名の検証で,送信者を騙ったりなりすましやメール内容の改ざんが検知できる。公開鍵暗号と共通鍵暗号とを利用してメール内容を暗号化することによって,通信経路での盗聴や誤送信による情報漏えいリスクを低減できる。
  • S/MIMEを使用して電子署名や暗号化を行うために,認証局(以下,CAという)が発行した電子証明書を取得してインストールするなどの事前作業が必要となる。

メールへの電子署名の付加及びメール内容の検証の手順を表1に,メール内容の暗号化と復号の手順を表2に示す。

表1 メールへの電子署名の付加及びメール内容の検証の手順
図の説明テキスト
送信側 受信側
手順 処理内容 手順 処理内容
1.1 ハッシュ関数hによってメール内容のハッシュ値xを生成する。 1.4 電子署名を b で復号してハッシュ値xを取り出す。
1.2 ハッシュ値xを a で暗号化して電子署名を行う。 1.5 ハッシュ関数hによってメール内容のハッシュ値yを生成する。
1.3 送信者の電子証明書と電子署名付きのメールを送信する。 1.6 手順1.4で取り出したハッシュ値xと手順1.5で生成したハッシュ値yとを比較する。
表2 メール内容の暗号化と復号の手順
図の説明テキスト
送信側 受信側
手順 処理内容 手順 処理内容
2.1 送信者及び受信者が使用する共通鍵を生成し、共通鍵でメール内容を暗号化する。 2.4 d で共通鍵を復号する。
2.2 c で共通鍵を暗号化する。 2.5 共通鍵でメール内容を復号する。
2.3 暗号化したメール内容と暗号化した共通鍵を送信する。

〔S/MIME導入に当たっての実施事項の検討〕

次に,L主任は,S/MIME導入に当たって実施すべき事項について検討した。

メーラは,受信したメールに添付されている電子証明書の正当性について検証する。問題を検出すると,エラーが発生したと警告されるので,エラー発生時の対応方法をまとめておく必要がある。そのほかに,受信者自身で電子証明書の内容を確認することも,なりすましを発見するのに有効であるので,受信者自身に実施を求める事項もあわせて整理する。

メール内容の暗号化を行う場合は,事前に通信相手との間で電子証明書を交換しておかなければならない。そこで,S/MIME導入に当たって,S/MIMEの適切な運用のために従業員向けのS/MIMEの利用手引きを作成して,利用方法を周知することにする。

これらの検討結果を基に,L主任はS/MIMEの導入,導入に当たって実施すべき事項,導入までの間はPPAPの運用上の改善策を実施することなどを提案書にまとめ,情報セキュリティ委員会に提出した。提案内容が承認されS/MIMEの導入が決定した。

設問と解答・解説

設問1

〔現在のメール運用の問題点と対策〕について答えよ。

(1)

本文中の下線①によって発生するおそれのある,情報漏えいにつながる問題を,40字以内で答えよ。

模範解答

本文メールを誤送信すると,DPWも誤送信した相手に届いてしまう。

採点基準(配点 3点)

知識・理解度(内容)(2点)

  • 2: PPAP方式において本文メール誤送信時に、パスワードも同じ宛先に届いてしまうという情報漏えいリスクの本質を正確に説明している。
  • 1: 本文メールの誤送信については触れているが、DPWが届くという結果の記述が不十分、または表現が曖昧である。
  • 0: 無解答、または全く無関係な内容。

論理性(構造)(1点)

  • 1: 原因と結果の因果関係が論理的に記述され、文意が明確である。
  • 0: 因果関係が不明確、または文脈が破綻している。

解説

PPAP方式におけるメール誤送信時の致命的な問題点に関する設問です。
添付ファイルを暗号化して送信しても、復元用パスワード(DPW)を続くメールで同じ経路(同じ宛先)へ送信する運用の場合、最初のメールを誤送信すると、自動的または連続的に次のパスワード通知メールも同じ誤送信先へ送ってしまいます。結果として、誤送信先に暗号化ファイルとパスワードの両方が届き、容易に中身が閲覧されて情報漏えいにつながります。

高得点のポイント

  • 本文メールの誤送信について触れていること
  • DPW(復号パスワード)も同じ相手に届いてしまうという結果を明示していること

(2)

本文中の下線②について,盗聴による情報漏えいリスクを低減させる運用上の改善策を,30字以内で答えよ。

模範解答

DPWを,電話や携帯メールなど異なった手段で伝える。

採点基準(配点 3点)

知識・理解度(内容)(2点)

  • 2: DPWをメールとは別経路(電話や携帯メールなど)で伝えるという対策を具体的に示している。
  • 1: 別経路で伝えることの趣旨は読み取れるが、具体的な手段の例示がない、または表現が曖昧である。
  • 0: 無解答、または全く無関係な内容。

論理性(構造)(1点)

  • 1: 盗聴リスクを低減するための改善策として、行動内容が論理的かつ簡潔に記述されている。
  • 0: 行動内容が不明確、または文脈が破綻している。

解説

暗号化ファイルとその復元用パスワードを同一の通信経路(メール)で送る運用は、その通信経路が盗聴された場合に容易に情報漏えいを招くという問題(盗聴リスク)があります。
これを防ぐためには、パスワード(DPW)をメール以外の異なった手段(電話、SMS、チャットツールなど)を用いて受信者に伝える必要があります。

高得点のポイント

  • DPW(復号用パスワード)を別経路で伝える対策を示していること
  • 電話や携帯メールなど、具体的な「異なった通信手段」について言及していること

設問1(1)は,正答率がやや高かった。PPAP方式の問題点については理解されていることがうかがえた。

設問2

〔S/MIMEの調査〕について答えよ。

(1)

本文中の下線③が検知される手順はどれか。表1,2中の手順の番号で答えよ。

模範解答

1,6

採点基準(配点 4点)

正確性(内容)(4点)

  • 4: 手順の番号「1」と「6」の両方を正しく解答している。
  • 2: 手順の番号「1」または「6」のいずれか一方のみ解答している。
  • 0: いずれの番号も含まれていない、または無関係な解答。

解説

S/MIMEにおける「改ざん」の検知は、電子署名の仕組みによって実現されます。
送信側は、送信データのハッシュ値を計算してそれを自らの秘密鍵で暗号化し、電子署名として付与します(手順1)。
受信側は、届いたデータから自身でハッシュ値を計算するとともに、付与されていた電子署名を送信者の公開鍵で復号してハッシュ値を取り出し、両者を比較します(手順6)。これらが一致すれば改ざんされていないことの証明となります。

高得点のポイント

  • ハッシュ値を利用した電子署名の作成と検証の仕組みを理解していること
  • 送信側の手順「1」と、受信側の検証手順「6」の2つを過不足なく解答していること

(2)

表1,2中の a に入れる適切な字句を解答群の中から選び,記号で答えよ。

  1. CAの公開鍵
  2. CAの秘密鍵
  3. 受信者の公開鍵
  4. 受信者の秘密鍵
  5. 送信者の公開鍵
  6. 送信者の秘密鍵

模範解答

選択肢カ: 送信者の秘密鍵

配点 1

解説

S/MIMEにおける電子署名の付加プロセスに関する問題です。
電子署名は「送信者が自身であること」の証明および「データの改ざんがないこと」の保証のため、送信者しか持ち得ない鍵を用いて作成する必要があります。
したがって、送信データのハッシュ値は送信者の秘密鍵を用いて暗号化します。

各選択肢の解説

  • ア、イ: 認証局(CA)の鍵は電子証明書の発行や検証に用いるため誤り。
  • ウ、エ: 受信者の鍵は自身であることを証明する電子署名の作成には用いられないため誤り。
  • オ: 送信者の公開鍵で暗号化すると、誰でも電子署名を作成できてしまうため誤り。

(3)

表1,2中の b に入れる適切な字句を解答群の中から選び,記号で答えよ。

  1. CAの公開鍵
  2. CAの秘密鍵
  3. 受信者の公開鍵
  4. 受信者の秘密鍵
  5. 送信者の公開鍵
  6. 送信者の秘密鍵

模範解答

選択肢オ: 送信者の公開鍵

配点 1

解説

受信側での電子署名の検証プロセスに関する問題です。
送信側が「送信者の秘密鍵」で暗号化して作成した電子署名(暗号化されたハッシュ値)を復号するには、それと対になる鍵が必要です。
したがって、受信者は送信者の公開鍵を用いて復号し、元のハッシュ値を取り出します。

各選択肢の解説

  • ア、イ: 認証局(CA)の鍵は電子署名自体の復号には使用しないため誤り。
  • ウ、エ: 受信者の鍵は送信者が作成した電子署名の復号には利用できないため誤り。
  • カ: 送信者の秘密鍵は送信者本人のみが保持するものであり、受信者は利用できないため誤り。

(4)

表1,2中の c に入れる適切な字句を解答群の中から選び,記号で答えよ。

  1. CAの公開鍵
  2. CAの秘密鍵
  3. 受信者の公開鍵
  4. 受信者の秘密鍵
  5. 送信者の公開鍵
  6. 送信者の秘密鍵

模範解答

選択肢ウ: 受信者の公開鍵

配点 1

解説

S/MIMEにおけるメール本文の暗号化に関する問題です。
メールの本文は、処理を高速化するために共通鍵暗号方式で暗号化されます。そして、その共通鍵を受信者に安全に届けるために、共通鍵自体を公開鍵暗号方式で暗号化する「ハイブリッド暗号方式」が用いられます。
このとき、復号できるのが「正規の受信者」のみになるよう、共通鍵は受信者の公開鍵を用いて暗号化します。

各選択肢の解説

  • ア、イ: 認証局(CA)の鍵は共通鍵の配送には用いられないため誤り。
  • エ: 受信者の秘密鍵は暗号化には使用できない(受信者本人しか持っていない)ため誤り。
  • オ、カ: 送信者の鍵で暗号化すると、受信者が復号できなくなるため誤り。

(5)

表1,2中の d に入れる適切な字句を解答群の中から選び,記号で答えよ。

  1. CAの公開鍵
  2. CAの秘密鍵
  3. 受信者の公開鍵
  4. 受信者の秘密鍵
  5. 送信者の公開鍵
  6. 送信者の秘密鍵

模範解答

選択肢エ: 受信者の秘密鍵

配点 1

解説

受信側での共通鍵の復号プロセスに関する問題です。
送信側によって「受信者の公開鍵」で暗号化された共通鍵を受け取った受信者は、それと対になる鍵を用いて元の共通鍵を取り出す必要があります。
したがって、復号には受信者の秘密鍵を用います。これにより、秘密鍵を持つ正規の受信者だけが暗号化されたメール本文を読むことができます。

各選択肢の解説

  • ア、イ: 認証局(CA)の鍵は共通鍵の復号には用いられないため誤り。
  • ウ: 自身の公開鍵では復号できないため誤り。
  • オ、カ: 送信者の鍵は受信者宛てに暗号化されたデータの復号には用いられないため誤り。

(6)

表2中の下線④について,メール内容の暗号化に公開鍵暗号ではなく共通鍵暗号を利用する理由を,20字以内で答えよ。

模範解答

暗号化と復号の処理速度が速いから

採点基準(配点 4点)

知識・理解度(内容)(2点)

  • 2: 共通鍵暗号方式が公開鍵暗号方式に比べて暗号化・復号の処理速度が速いという特性を正確に理解し、言及している。
  • 1: 処理速度の速さに言及しているが、暗号化・復号の処理であるという文脈がやや不十分である。
  • 0: 無解答、または全く無関係な内容。

論理性(構造)(2点)

  • 2: 理由として「〜だから」「〜のため」などの因果を適切に結ぶ簡潔な構造になっている。
  • 0: 理由としての文脈を成していない。

解説

S/MIMEなどで利用されるハイブリッド暗号方式における暗号化アルゴリズムの特性に関する設問です。
公開鍵暗号方式は鍵配送の問題を解決でき安全性が高い反面、複雑な数学的計算(素因数分解など)を必要とするため、処理速度が遅いという欠点があります。一方、共通鍵暗号方式は比較的単純な計算で済むため、データサイズの大きいメール本文(添付ファイル含む)であっても、処理速度が速いという利点があります。

高得点のポイント

  • 公開鍵暗号方式と比べた共通鍵暗号方式の特徴に触れていること
  • 暗号化・復号の「処理速度が速い」というメリットを明確に述べていること

設問2(1)は,正答率が高かったが,(2)の正答率は平均的であった。S/MIMEにおけるメールへの電子署名の付加,及びメール内容の暗号化の方法は重要なので,その概要だけにとどまらず,どのような手順で,どの鍵が使われるかについてまで理解を深めてほしい。設問2(3)は,正答率が低かった。共通鍵暗号方式は暗号化や復号の処理が比較的簡単であるのに対し,公開鍵暗号方式は複雑な処理を必要とすることを理解して,正答を導き出してほしい。

設問3

本文中の下線⑤について,電子証明書の正当性の検証に必要となる鍵の種類を解答群の中から選び,記号で答えよ。

  1. CAの公開鍵
  2. 受信者の公開鍵
  3. 送信者の公開鍵

模範解答

選択肢ア: CAの公開鍵

配点 2

解説

PKI(公開鍵基盤)における電子証明書の検証プロセスに関する問題です。
電子証明書には、その証明書が正当なものであることを保証するために、発行元である認証局(CA)の電子署名が付与されています。この電子署名はCAの秘密鍵によって作成されています。
したがって、受信者がこの電子証明書の正当性を検証する際には、CAの公開鍵を用いてCAの電子署名を検証します。

各選択肢の解説

  • イ: 受信者の公開鍵は共通鍵の暗号化などに用いられ、証明書の検証には関係ないため誤り。
  • ウ: 送信者の公開鍵は送信者自身の電子署名の検証に用いられますが、証明書そのものの発行元の正当性検証にはCAの鍵が必要なため誤り。

設問3は,正答率がやや高かった。電子証明書の正当性は電子署名の真正性の検証によって確認でき,電子署名の真正性の検証には認証局(CA)の公開鍵が用いられることは理解されていることがうかがえた。