デジタル署名とは？仕組み、公開鍵暗号・ハッシュ関数との関係を徹底解説

電子契約やソフトウェアのアップデート、メールの送信ドメイン認証など、デジタル社会で「送信者が本人であること」や「内容が改ざんされていないこと」を証明するために欠かせないのが「デジタル署名」です。

デジタル署名は、これまでに学んだ「公開鍵暗号方式」と「ハッシュ関数」という2つの技術を高度に組み合わせたものです。今回は、その魔法のような仕組みと、実務での重要性を紐解いていきましょう。

デジタル署名が解決する「2つの課題」

現実世界の署名や捺印と同様に、デジタル署名には大きく分けて2つの役割があります。

そのデータが、間違いなく「送信者本人」によって作成されたものであることを証明します。これにより、第三者による「なりすまし」を防ぎます。

データが送信された後、受信者に届くまでの間に、一文字たりとも書き換えられていないことを証明します。もし途中でデータが改ざんされれば、署名の検証に失敗するため、不正を即座に見抜くことができます。

デジタル署名の最大の特徴は、公開鍵暗号方式を「本来とは逆の使い方」をすることにあります。通常の暗号化は「誰でも鍵をかけられ、本人だけが開けられる」ものですが、デジタル署名は「本人だけが鍵をかけられ、誰でも中身（正当性）を確認できる」仕組みです。

「本文そのものを秘密鍵で暗号化すればいいのでは？」という疑問を持つかもしれません。しかし、実務上、ハッシュ関数を挟むことには重要な理由があります。

処理の高速化： 公開鍵暗号の演算は非常に負荷が高いため、巨大なファイルをそのまま暗号化すると時間がかかりすぎます。ハッシュ関数で数十文字程度のデータに凝縮してから署名することで、処理を劇的に速めることができます。
データサイズの固定化： 本文の長さに関わらず、署名データのサイズを一定に保つことができるため、通信効率が向上します。

デジタル署名が正しく機能するためには、検証に使う「公開鍵」が本当に本人のものであるという保証が必要です。もし攻撃者が「これはAさんの公開鍵です」と嘘をついて自分の鍵を渡してしまえば、署名は偽造されてしまいます。

この「公開鍵の持ち主の証明」を行うのが、「認証局（CA）」の役割です。認証局が発行する「デジタル証明書」があって初めて、デジタル署名は社会的な信頼を得ることができます。

デジタル署名は、現代のITインフラの至る所で使われています。

電子契約（電子署名）： 従来の契約書の印鑑に代わり、法的効力を持たせるために使用されます。日本においては「電子署名法」によって、紙の契約と同等の証拠力が認められています。
ソフトウェア配信： WindowsなどのOSが、アップデートファイルを実行する前に「提供元がMicrosoftであるか」を確認するために署名を利用します。
時刻の証明： 「いつ」そのデータが存在したかを証明するために、第三者機関が署名を行う「タイムスタンプ（時刻認証）」という技術も併用されます。

情報処理技術者試験では、以下のような「鍵の組み合わせ」に関するひっかけ問題が頻出です。

「署名（ハンコ）を突けるのは本人のみ（秘密鍵）」、「その印影を確認するのは誰でもできる（公開鍵）」とイメージしておくと、間違いを防げます。

デジタル署名は、公開鍵暗号とハッシュ関数の「いいとこ取り」をした、非常に洗練されたセキュリティ技術です。

この一連の流れを理解することは、セキュリティエンジニアとしての第一歩です。次回は、これらすべての信頼の根源となる「認証局（CA）」の詳細について解説します。