暗号化通信を支えるSSL/TLSサーバー証明書の仕組みについて
はじめに
現在、インターネット上でWebサイトを閲覧する際、ほとんどの通信がHTTPSで行われています。ブラウザで検索したり、Webサイトを閲覧したりする際に送受信されるデータを暗号化することで、第三者による盗聴や改ざんから情報を守る必要があるからです。
このHTTPS通信を実現するために必要不可欠なのが「SSL/TLSサーバー証明書」です。SSL/TLSサーバー証明書は、以下の2つの重要な役割を果たします：
- 通信の暗号化 - ユーザーとサーバー間でやり取りされるデータを暗号化し、安全な通信を実現
- サーバーの身元証明 - アクセスしているWebサイトが本物であることを証明
現代では、Googleなどの主要ブラウザがHTTPS化を強く推奨しており、HTTPSに対応していないサイトには「保護されていない通信」という警告が表示されるようになっています。そのため、Webサイトを運営する上でSSL/TLSサーバー証明書の導入は必須となっているのです。
本記事では、SSL/TLSサーバー証明書の仕組みについて解説していきますが、特に理解が難しい「証明書チェーン」について詳しく説明したいと思います。
SSL/TLSサーバー証明書
HTTPS通信の流れ
SSL/TLSサーバー証明書を用いたHTTP通信の暗号化（HTTPS通信）は、以下のような仕組みで動作します。
共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式
共通鍵暗号方式
暗号化・復号の両方で同じ鍵を利用する暗号化技術です。事前に通信する双方で鍵を安全に共有する必要があり、通信セッションごとに異なる鍵を用意することが求められます。
公開鍵暗号方式
暗号化用と復号用で別々の鍵を用いる暗号化技術です。暗号化に使う公開鍵は広く配布可能ですが、復号に使う秘密鍵は受信側が慎重に保管する必要があります。
証明書チェーン
なぜ証明書チェーンが必要なのか
HTTPS通信では、以下の2つの理由から証明書が必要になります：
- 共通鍵の安全な交換 - 実際の通信で使用する共通鍵を安全にサーバーと共有するため
- サーバーの身元証明 - 通信相手が本物のサーバーであることを証明するため
ここで重要なのは、実際のデータ通信には「共通鍵暗号方式」を使用するという点です。公開鍵暗号方式は安全ですが、処理が重く通信速度が遅くなってしまいます。一方、共通鍵暗号方式は高速に処理できるため、大量のデータをやり取りするWeb通信に適しています。
そこで、HTTPS通信では以下のような方式を採用しています：
- 共通鍵の交換時のみ → 公開鍵暗号方式を使用（安全性重視）
- 実際のデータ通信 → 共通鍵暗号方式を使用（速度重視）
デジタル署名による証明の仕組み
SSL/TLSサーバー証明書には以下の情報が含まれています：
- サーバーの公開鍵 - クライアントが共通鍵を暗号化するために使用
- サーバーの情報 - ドメイン名、組織名など
- デジタル署名 - 証明書の内容が改ざんされていないことを保証
このデジタル署名は、認証局（CA: Certificate Authority）が自身の「秘密鍵」を使って証明書の内容（ハッシュ値）を暗号化したものです。
証明書の検証プロセス
ブラウザが証明書を検証する際の流れ：
-
サーバー証明書の受信
- サーバーから証明書を受け取る
-
デジタル署名の検証
- 証明書に含まれるデジタル署名を、発行元CAの「公開鍵」で復号
- 証明書の内容からハッシュ値を計算
- 復号した値と計算したハッシュ値が一致すれば、証明書は改ざんされていない
-
発行元CAの証明書の検証
- しかし、ここで問題が生じます：「発行元CAの公開鍵は本物なのか？」
- これを証明するために、さらに上位のCAによる証明が必要になります
証明書チェーンの構造
この「証明の証明」を繰り返していくと、最終的に以下のような階層構造になります：
ルートCA証明書（自己署名証明書）
↓ 署名
中間CA証明書
↓ 署名
サーバー証明書
ルートCA証明書の特徴
- 自己署名証明書 - 自分自身の秘密鍵で署名している
- ブラウザに事前インストール - OS やブラウザに最初から組み込まれている
- 絶対的な信頼の起点 - これ以上の証明は不要（信頼せざるを得ない）
ルートCA証明書がブラウザに事前にインストールされているため、証明書チェーン全体の検証が可能になります。ブラウザは、ルートCAの公開鍵を使って中間CAの証明書を検証し、中間CAの公開鍵を使ってサーバー証明書を検証するという流れで、信頼の連鎖を確認していきます。
証明書とチェーンの確認
ブラウザで下記のようにSSL/TLSサーバー証明書のチェーンを確認できます。
最後に
本記事では、SSL/TLSサーバー証明書の仕組みについて、特に「証明書チェーン」を中心に解説しました。
SSL/TLSサーバー証明書は単なる暗号化の仕組みではなく、以下の重要な役割を担っています：
- ハイブリッド暗号方式の実現 - 公開鍵暗号方式と共通鍵暗号方式を組み合わせることで、安全性と処理速度を両立
- 信頼の連鎖 - ルートCA → 中間CA → サーバー証明書という証明書チェーンにより、信頼性を担保
- なりすまし防止 - デジタル署名により、サーバーの身元を確実に証明
証明書チェーンの仕組みは一見複雑に見えますが、「誰が誰を信頼するか」という信頼の連鎖を技術的に実現したものです。ブラウザに事前インストールされたルートCA証明書を起点として、段階的に証明を検証していくことで、インターネット上での安全な通信を可能にしています。
現在のWebにおいて、HTTPS通信は標準となっており、SSL/TLSサーバー証明書の理解は、Webサービスの開発・運用に携わる全ての人にとって重要な知識となっています。この記事がSSL/TLSサーバー証明書の仕組みを理解する一助となれば幸いです。
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