改ざんとは

今回は、システムセキュリティにおいて重要な課題の一つである「改ざん」についてメモしていきたいと思います。

改ざんとは

改ざんとは、権限のない第三者がデータを不正に変更することを指します。これは、データの整合性を脅かし、システムの信頼性を損なう重大な脅威です。

改ざんの影響

改ざんは様々な種類のデータやシステムを対象に行われる可能性があり、大事な顧客情報やネットワーク通信データ、コンテンツなどあるので、以下の影響があります。

• データの信頼性低下
• セキュリティ侵害
• 財務的損失
• 法的問題

改ざん防止の主な方法

• ハッシュ関数の使用
• デジタル署名
• 暗号化
• アクセス制御

ハッシュ関数を使用した改ざん検知

ハッシュ関数は、データの整合性を確認するための強力なツールです。この方法では、元のデータから固定長の一意な文字列（ハッシュ）を生成し、後でデータが変更されていないかを確認するために使用します。

基本的な仕組み

1. 元のデータからハッシュを生成し、安全な場所に保存します。（実際はデーターベースなど）
2. 後日、データの整合性を確認する際に、現在のデータからハッシュを再計算します。
3. 新しく計算したハッシュと保存していたハッシュを比較します。
4. 両者が一致すれば、データは改ざんされていないと判断できます。

import java.security.MessageDigest;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class TamperDetection {

    // データからハッシュを計算するメソッド
    public static String calculateHash(String data) throws Exception {
        MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        byte[] encodedhash = digest.digest(
            data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return bytesToHex(encodedhash);
    }

    // バイト配列を16進数文字列に変換するヘルパーメソッド
    private static String bytesToHex(byte[] hash) {
        StringBuilder hexString = new StringBuilder(2 * hash.length);
        for (byte b : hash) {
            String hex = Integer.toHexString(0xff & b);
            if (hex.length() == 1) {
                hexString.append('0');
            }
            hexString.append(hex);
        }
        return hexString.toString();
    }

    // データが改ざんされたかどうかを確認するメソッド
    public static boolean isDataTampered(String originalData, String storedHash) throws Exception {
        String currentHash = calculateHash(originalData);
        return !currentHash.equals(storedHash);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String data = "This is sensitive data";
        String originalHash = calculateHash(data);
        
        // データが改ざんされていない場合
        System.out.println("Not tampered: " + !isDataTampered(data, originalHash));
        
        // データが改ざんされた場合
        String tamperedData = "This is tampered data";
        System.out.println("Tampered: " + isDataTampered(tamperedData, originalHash));
    }
}

1. calculateHash メソッド
   • MessageDigest.getInstance("SHA-256") で SHA-256 ハッシュアルゴリズムを使用します。
   • データを UTF-8 エンコーディングでバイト配列に変換し、ハッシュを計算します。
   • 計算されたハッシュを16進数文字列に変換して返します。
2. bytesToHex メソッド
   • バイト配列を16進数文字列に変換するヘルパーメソッドです。
3. isDataTampered メソッド
   • 現在のデータからハッシュを計算し、保存されていたハッシュと比較します。
   • ハッシュが一致しない場合、データが改ざんされたと判断します。
4. main メソッド
   • オリジナルデータのハッシュを計算し、保存します。
   • 改ざんされていないデータと改ざんされたデータで検証を行い、結果を出力します。

センシティブなデータの場合、ハッシュ計算時にソルト（ランダムな文字列）を追加することで、さらにセキュリティを高めることができます。

応用例

• ファイルの整合性チェック
  • ファイルのハッシュを計算し、定期的に検証することで、ファイルの改ざんを検知できます。
• パスワード保存
  • ユーザーのパスワードをハッシュ化して保存することで、平文でのパスワード保存を避けられます。
• デジタル署名
  • ハッシュと公開鍵暗号を組み合わせて、データの改ざんと送信元の認証を同時に行うことができます。

改ざん防止の ベストプラクティス

• 定期的なデータ整合性チェック
• 多層防御の採用
• ログの暗号化と保護
• 定期的なセキュリティ監査
• 従業員のセキュリティ教育

まとめ

データ改ざんは深刻なセキュリティ脅威ですが、適切な技術とプラクティスを採用することで、そのリスクを大幅に軽減できます。ハッシュ関数やデジタル署名などの暗号技術を活用し、常にセキュリティ意識を高く保つことが重要かなーと思いました。