X.509証明書 - Cyber SEC TSM | サイバーセキュリティTSM

X.509証明書とPKIの基礎知識まとめ

🔐 公開鍵基盤（PKI）とは？

• デジタル証明書を用いて、安全な通信や認証を可能にする枠組み。
• 信頼の連鎖（Trust Chain）に基づいて証明書の正当性を保証。
• 主な構成要素:

 - 公開鍵/秘密鍵ペア
 - 認証局（CA: Certificate Authority）
 - 登録局（RA: Registration Authority）
 - 証明書失効リスト（CRL）、OCSP

📜 X.509証明書の基本構造

X.509v3 証明書には以下の主なフィールドが含まれる:

• Version: 通常は v3
• Serial Number: 証明書ごとの一意な識別子
• Signature Algorithm: 使用される署名アルゴリズム（例：sha256WithRSAEncryption）
• Issuer: 発行者（CA）の情報
• Validity: 有効期間（Not Before / Not After）
• Subject: 証明書の所有者情報
• Subject Public Key Info: 公開鍵とそのアルゴリズム
• Extensions: 拡張フィールド（X.509v3）

🧩 X.509v3 証明書拡張の例

拡張	説明	備考
Basic Constraints	この証明書がCAかどうか	CA:TRUE / FALSE
Key Usage	使用目的の指定	digitalSignature、keyEncipherment など
Extended Key Usage	より細かい使用目的	serverAuth、clientAuth など
Subject Alternative Name (SAN)	複数のDNS/IPを含める	Let's Encryptなどで必須
CRL Distribution Points	CRLの取得先URL	失効確認用
Authority Information Access (AIA)	発行元CAの情報	OCSPや中間証明書URL

🔧 OpenSSL コマンドと操作例

🔑 鍵の生成

openssl genpkey -algorithm RSA -out private.key -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

📝 CSRの作成

openssl req -new -key private.key -out request.csr -subj "/CN=example.com"

🖊️ 自己署名証明書の作成（テスト用）

openssl req -x509 -key private.key -in request.csr -out cert.pem -days 365

📖 証明書の内容確認

openssl x509 -in cert.pem -noout -text

🌐 Certificate Transparency

• CAによる証明書発行ログを公開ログサーバに登録
• ブラウザがSSL証明書の正当性をリアルタイムで確認
• 攻撃者による不正な証明書発行の検知に有効

📦 フォーマットの違い

形式	拡張子	内容
PEM	.pem、.crt、.key	Base64 + ヘッダ
DER	.der、.cer	バイナリ形式
PKCS#12	.p12、.pfx	鍵+証明書を1つのファイルに

🌐 Let's Encrypt / ACME / certbot

• Let's Encrypt: 無料のSSL証明書提供CA
• ACME: 証明書の自動取得・更新プロトコル
• certbot: ACMEクライアントの代表例

　certbot certonly --webroot -w /var/www/html -d example.com

🛠️ CFSSL（Cloudflare製）

• JSONベースの設定・操作が特徴の証明書管理ツール
• サーバ証明書、CA証明書の発行・署名・失効が可能
• REST APIによる操作も可能

📉 証明書の失効・無効化

❌ CRL (Certificate Revocation List)

• CAが発行する「失効済証明書のリスト」

❌ OCSP (Online Certificate Status Protocol)

• 証明書の状態をリアルタイムで確認するためのプロトコル

📚 学習のポイントまとめ

• 証明書の構造と拡張を理解する
• 信頼の連鎖と失効確認の仕組みを押さえる
• OpenSSLやcertbotのコマンド操作に慣れる
• CAやPKIを自分で構築・運用してみる

🧠 Detail

• X.509はITU-Tが定義した公開鍵証明書の標準仕様（Recommendation X.509）。
• 公開鍵基盤（PKI）において、公開鍵とその所有者の関連性を第三者（CA）が保証するための仕組み。
• 現在主に使用されているのは **X.509v3**（バージョン3）。

🔧 X.509 証明書の構造（ASN.1 DERで定義）

• 証明書はASN.1で記述され、DER（Distinguished Encoding Rules）形式で符号化される。
• PEM形式（Base64 + ヘッダ/フッタ）への変換は可逆。

🧬 構成フィールド一覧

フィールド	説明
Version	v1, v2, v3のいずれか（通常はv3）
Serial Number	CAが一意に割り当てる整数識別子
Signature Algorithm	署名アルゴリズム（例：sha256WithRSAEncryption）
Issuer	CAの識別情報（Distinguished Name）
Validity	Not Before / Not After による有効期間
Subject	証明書所有者の識別情報（Distinguished Name）
Subject Public Key Info	公開鍵アルゴリズム + 公開鍵本体
Extensions	X.509v3で導入された拡張領域
Signature Algorithm	署名アルゴリズムの繰り返し（署名情報に付随）
Signature Value	Issuerの秘密鍵による署名

🧩 X.509v3 Extensions（拡張）

• 証明書の用途や制約を明示的に指定できる柔軟な設計。
• 各拡張には「critical」ビットがあり、未対応のcritical拡張があれば証明書は無効と見なされる。

🔬 主な拡張一覧

拡張	用途	備考
Basic Constraints	CAかエンドエンティティかの指定	CA:TRUE / FALSE
Key Usage	使用目的の制限	digitalSignature、keyCertSignなど
Extended Key Usage	応用レベルでの用途	serverAuth、clientAuth、codeSigningなど
Subject Alternative Name (SAN)	複数のFQDN、IP、URIなどの紐付け	Common Nameと異なる主体名を補完
Authority Key Identifier	発行元のキー識別子	中間CAの照合に使用
Subject Key Identifier	自身のキー識別子	証明書チェーンのビルドに有用
CRL Distribution Points	CRLの取得先	証明書失効確認に使用
Authority Information Access (AIA)	OCSPレスポンダや中間証明書へのURL	OCSPステータスやチェーン構築に使用

🔄 証明書のライフサイクル

• 証明書は「発行→利用→更新/失効→期限切れ」というサイクルを持つ。
• ライフサイクル全体を管理するためには以下の構成が必要：

⛓️ 信頼の連鎖（Trust Chain）

• ルートCA（自己署名） → 中間CA → エンドエンティティ（サーバ/クライアント）証明書
• ブラウザやOSはルート証明書を信頼し、それに連なる署名チェーンを検証

❌ 証明書の失効

• CRL（Certificate Revocation List）: 定期更新方式（一覧をダウンロード）
• OCSP（Online Certificate Status Protocol）: リアルタイム問い合わせ方式
• OCSP Stapling: サーバ側でOCSPレスポンスをキャッシュしTLSハンドシェイク中に提示

🌐 Certificate Transparency（CT）

• 不正な証明書発行を防止するGoogle主導の仕組み
• CAはすべての証明書発行ログを**公開CTログサーバ**に登録
• ブラウザは証明書に**SCT（Signed Certificate Timestamp）**が含まれているかを検証
• 攻撃者による「偽の証明書発行」を**監視可能な状態**にする

CT導入の背景

• DigiNotar、CNNICなどのCAが不正に証明書を発行した事件
• ログ監査によるCAの監視と透明性の向上

🔐 X.509とPKIのセキュリティ課題

• CAの鍵漏洩・ハッキング（ルートCAの信頼崩壊）
• 鍵の長期運用によるセキュリティリスク（RSA2048の寿命問題）
• 証明書発行の自動化と信頼性のトレードオフ（Let's Encryptのケース）

🔧 OpenSSLでの操作例（実践）

🔑 鍵の生成

openssl genpkey -algorithm RSA -out private.key -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

📝 CSR（証明書署名要求）の生成

openssl req -new -key private.key -out request.csr -subj "/CN=example.com"

🖊️ 自己署名証明書（テスト用途）

openssl req -x509 -key private.key -in request.csr -out cert.pem -days 365

🔍 証明書内容の確認

openssl x509 -in cert.pem -noout -text

以下は、**X.509証明書とSSL/TLS・Apache HTTPD (mod_ssl)・OpenSSL の専門家向け解説資料**です。
アットウィキ形式でコピペしやすいように、`|`区切りテーブル＋コードブロック形式で構成しています。

🔐 SSL/TLS プロトコルの概要**

バージョン	特徴	状態
TLS 1.3	暗号スイート簡素化、ハンドシェイク高速化	推奨
TLS 1.2	業界標準、AEAD暗号対応	推奨
TLS 1.0/1.1	SHA-1やRC4など非推奨	非推奨・廃止
SSL 3.0/2.0	脆弱（POODLEなど）	廃止済み

暗号スイート構成要素:

• 鍵交換方式: ECDHE, DHE
• 認証: RSA, ECDSA
• 暗号: AES-GCM, ChaCha20-Poly1305
• MAC: HMAC-SHA256（※TLS1.3では不要）

⚙️ Apache HTTPD (mod_ssl) 基本設定**

plugin_code is not found. please feed back @wiki.
```
LoadModule ssl_module modules/mod_ssl.so
Listen 443 https

<VirtualHost *:443>

   ServerName example.com

   SSLEngine on
   SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/example.crt
   SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/example.key
   SSLCertificateChainFile /etc/ssl/certs/chain.pem

   SSLProtocol all -SSLv3 -TLSv1 -TLSv1.1
   SSLCipherSuite HIGH:!aNULL:!MD5:!RC4
   SSLHonorCipherOrder on

   Header always set Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains; preload"

   DocumentRoot /var/www/html

</VirtualHost>
```

🏷️ SNI 対応と HSTS 設定**

• SNI (Server Name Indication)

 複数のSSL証明書を1 IPでホスト可能。VirtualHost を ServerName で分けて設定。

• HSTS (HTTP Strict Transport Security)

 常時HTTPSを強制。以下のヘッダで実装：
 ```
 Header always set Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains; preload"
 ```

🔐 クライアント証明書認証**

plugin_code is not found. please feed back @wiki.
```
<VirtualHost *:443>

   SSLEngine on
   SSLCertificateFile /path/to/server.crt
   SSLCertificateKeyFile /path/to/server.key
   SSLCACertificateFile /path/to/ca.crt

   SSLVerifyClient require
   SSLVerifyDepth 2

   <Location />
       SSLRequire %{SSL_CLIENT_S_DN_CN} eq "trusted-client"
   </Location>

</VirtualHost>
```

🧾 OCSP Stapling の設定**

```
SSLUseStapling on
SSLStaplingResponderTimeout 5
SSLStaplingReturnResponderErrors off
SSLStaplingCache shmcb:/var/run/ocsp(128000)
SSLCACertificateFile /etc/ssl/certs/ca-bundle.crt
```

OCSP URI確認:
```
openssl x509 -in cert.pem -noout -ocsp_uri
```

🧪 OpenSSLによるテスト手法**

操作	コマンド
----	--------
サーバ接続テスト	`openssl s_client -connect example.com:443`
OCSPレスポンス確認	`openssl s_client -connect example.com:443 -status`
クライアント証明書付き接続	`openssl s_client -connect example.com:443 -cert client.crt -key client.key -CAfile ca.crt`

🛠️ トラブルシュート早見表**

エラー例	原因	対応
--------	-----	----
handshake failure	TLSバージョン/暗号不一致	`SSLProtocol`, `SSLCipherSuite`見直し
unable to verify the first certificate	中間証明書の欠如	`SSLCertificateChainFile`の指定
client certificate not provided	クライアント証明書なし	ブラウザor curlに証明書を設定

必要に応じてさらに詳細展開できます。応用例や自動化スクリプトが必要であれば教えてください。