PKIとは何ですか？また、どのように機能しますか？

Public Key Infrastructure（PKI）は、暗号鍵ペアとサーバー証明書を使用して、IDの認証、データの暗号化、デジタル通信の保護を行うセキュリティの枠組みです。 安全なEメール、オンラインバンキング、クラウドプラットフォーム、およびほぼすべての信頼性の高いデジタルインタラクションの屋台骨となっています。

今日、PKIは基盤インフラストラクチャの枠を超えて進化し、セキュリティと順守における重要な管理ポイントとなっています。 証明書ライフサイクルが短縮され、マシンIDが急速に増加する中、組織は業務を中断させることなく、新たな課題に備えるためにPKIの取り組みを見直す必要があります。

このガイドでは、リスクが高まるポスト量子時代において、PKIがデジタル業務の安全な基盤をどのように構築し、データ、アイデンティティ、取引を保護するのかについて解説します。

• Public Key Infrastructure（PKI）は、データ、デバイス、およびIDを安全に保つ暗号化、認証、およびデジタル署名を可能にする、デジタル信頼の基盤です。
• PKIシステムの構成要素には、証明書、鍵、認証局、登録局、ハードウェア・セキュリティ・モジュール、およびサポートする管理ソフトウェアが含まれ、これらすべてが、システム全体にわたってIDを検証し、機密情報を保護するために連携します。
• PKIは、ウェブサイトのSSL/TLS、安全な電子メール、文書署名、ユーザ認証、IoTのセキュリティ、機械のID管理などの、ビジネスの鍵となるユースケースをサポートしています。
• PKIの利点としては、安全な通信、アクセス制御、認証、ソフトウェアなどの完全性を検証するためのコード署名などがあります。
• また、金融、政府、医療といった機密性の高いデータを扱う業界においては、厳格なプライバシー要件の順守に向けたPKIシステムが採用されています。
• 証明書ライフサイクルが47日へと短縮される中、PKIは現在、サービス停止の防止、順守の確保、マシンIDの急増への対応において、極めて重要な管理ポイントとなっています

公開鍵インフラストラクチャは、デジタル証明書を作成、管理、配布、使用、保存、および取り消すために必要なポリシー、役割、ハードウェア、ソフトウェア、および手順のセットです。 このような証明書はデジタルパスポートや運転免許証のように機能するため、ユーザ、デバイス、サービスの接続やデータ共有を行う前に検証します。

PKI は、ユーザとシステムが双方のIDを確認しつつ安全なデータ交換を実現します。 また、オンラインバンキング、電子商取引、暗号化されたEメールといった、高い機密性が求められるアクティビティを保護します。 最新のIT環境においては、このようなシステムはサイバーセキュリティには必要不可欠であり、データ保護に関する法律や規制の順守を維持するためにも欠かせないものとなっています。 

例えば、従業員が自宅オフィスから会社の社内ポータルにログオンする場合、PKIは接続を暗号化し、サーバーのIDを確認します。 また、データ交換が転送中に改ざんされていないことを確認するため、デジタル署名を行います。 これにより、従業員やシステムが機密情報を自信を持って共有することが、合法的かつ認可された組織と通信していることを知ることができます。 

脅威が変化し、量子コンピューティングがより現実的になるにつれて、PKIは暗号のアジリティをサポートします。 これにより、組織は業務を中断することなく量子攻撃に耐えるように設計されたものを含む、より強力な暗号化標準に移行することが可能となります。

PKIは単一のツールではなく、接続された部品からなる一つのシステムです。 これらは共に、暗号化の管理、データの保護、ユーザ、デバイス、サービスにわたるセキュア通信クライテリアを保護します。

Public Key Infrastructureのコンポーネントには、以下が含まれています：

• PKI鍵： 暗号化に使用される鍵のペア。 これは、意図された受信者以外には読み取れないようにしてデータを保護するものです。 暗号では、公開鍵と秘密鍵が対になっています。 公開鍵は自由かつオープンに配布され、秘密鍵は所有者に秘密です。
• デジタル証明書： 情報の暗号化および署名に使用できる鍵ペアと証明書所有者のIDを紐づける電子認証情報です。
• 認証機関（CA）： IDの検証およびサーバー証明書の発行を行う事業体。
• 登録機関（RA）： 証明書要求を受け付け、その背後にある個人または組織を認証する責任を負います。
• 証明書リポジトリ： 検索と検証に関するサーバー証明書を保持する安全なストレージシステム。
• 一元管理ソフトウェア： 鍵やサーバー証明書を一元管理できるソフトウェア。
• ハードウェア・セキュリティ・モジュール（HSM）： 暗号処理を実行し、秘密鍵を安全に保管する物理的な装置。

PKI は、ユーザ、デバイス、およびシステム全体に信頼ポリシーを適用するため、これらのコンポーネントをまとめることによって機能します。 本人確認、暗号化、証明書管理を通じて、信頼できる事業体のみが情報を交換できる拡張可能なフレームワークを構築します。

PKIは暗号化によって機能し、暗号化のサブセットは数学的アルゴリズムにより、読み取り可能なデータを読み取り不可能なフォーマットに変換します。

暗号化アルゴリズムは、以下の2つのカテゴリーに分類されます： 対称型暗号化は、データの暗号化と復号化の両方に同一の鍵を使用します。 その鍵が漏洩すれば、データはもはや安全ではありません。

対照的に、非対称暗号化では2つのリンクした鍵が使用されます。 一方は公開鍵で広く共有され、もう一方は秘密鍵で機密性を保持されます。 PKIの暗号化はデータの暗号化、ユーザの認証、トランザクションの保護についてこの方法を使用します。

段階的なプロセスは、PKIが実際にどのように機能するかを示しています：

1. 各ユーザ、デバイス、システムは、秘密鍵（秘密を保持）と公開鍵（オープンに共有）を生成します。
2. Certificate Authority（CA）は事業体の ID を検証し、公開鍵をその ID に紐づけるサーバー証明書を発行します。 ID を鍵のペアに接続することで PKI 認証に対応し、信頼できるユーザ、デバイス、およびシステムのみが機密リソースにアクセスできることが検証されます。
3. 暗号化されたデータを送信する際、送信者は受信者の公開鍵を使用します。 一致する秘密鍵のみが復号可能です。
4. 送信者は、自分の秘密鍵を使ってデジタル署名を適用することも可能です。
5. 受信者のシステムは、証明書をCAと照合します。 証明書失効リスト（CRL）またはオンラインステータスプロトコル（OCSP）を使用して証明書の有効性を確認し、鍵の信頼性を確認することが可能です。 これによりデータの出所の証明、完全性の保証、および変更されていないことが確認されます。
6. PKIシステムは、鍵や証明書が漏洩した場合失効させることができるため、ネットワーク全体のセキュリティを維持できます。

PKIはIDの検証とデータ保護を通じて、全ユーザ間の信頼を醸成します。 また、中間者（MITM）攻撃、なりすまし、スプーフィングも防止できます。 例えば、攻撃者がメッセージを傍受したとしても、秘密鍵がなければ解読できません。

組織は、PKI-as-a-Service（PKIaaS）を利用することで、社内の大規模技術インフラや専門知識に投資することなくPKIを管理できます。 このクラウドベースのソリューションは、拡張可能な証明書管理、自動鍵ローテーション、モニタリングを行い、あらゆる規模の組織が安全な通信とトランザクションを支援できるよう支援します。

サーバー証明書

デジタル証明書、「公開鍵証明書」と呼ばれることもあり、公開鍵の所有者を識別するための電子文書です。 これにより、受信者は鍵が正当なソースから来たものであることを確認でき、MITM攻撃のリスクを軽減できます。 

PKI Certificateには通常、以下のものが含まれます：

• 証明書所有者の氏名、証明書の通し番号、有効期限などの識別可能な情報
• 他者がデータの暗号化やデジタル署名の検証に使用できる公開鍵のコピーにより、機密性と認証の両方に対応します。
• 真正性を確認するための発行局のデジタル署名

適切な証明書ライフサイクル管理は、安全なデータ交換を維持し、暗号化および認証が正しく機能していることを保証するために不可欠です。 PKI証明書は、発行から有効期限切れまで追跡・監視し、必要に応じて更新する必要があります。 2029年3月までに、証明書ライフサイクルは398日から47日に短縮される予定です。 47日間有効の証明書が新たな標準となる中、企業は、証明書の有効期限が切れた場合に更新され、セキュリティ上の問題が発生して失効した場合には無効化されるよう、管理の自動化を図らなければなりません。

認証局

Certificate Authorityは、サーバー証明書を作成および発行する信頼できる第三者機関です。 IDの検証と安全なデジタル通信に必要となる信頼性の高いチェーンの確立を支援します。

すべてのCAは証明書失効リスト（CRL）を保持し、予定された有効期限前に失効した証明書を記録します。 これは、組織が失効した、あるいは安全でない証明書の識別に役立ちます。

大まかに言って、CAには2つのタイプがあります：

• ルート認証局： PKI システムで最も信頼される事業体。 Root CAは信頼の基盤を形成し、下位の認証機関またはエンドユーザに対する直接証明書の発行により信頼の基盤を構築します。
• 下位認証局： これらはRoot CAまたは上位の下位認証局によって認証されます。 これらの認証局は信頼を継承し、ユーザ、デバイス、またはシステムに証明書を発行します。 

チェーン内の各証明書は、次の証明書の真正性を証明する責任を負い、トップからボトムまで継続的で信頼できるトラストパスを作成します。CAの危殆化はこの連鎖を断ち切るため、PKI セキュリティを損なう可能性があります。

CAは証明書を作成に対して特定の手順を踏みます：

1. 鍵の生成： ユーザまたはシステムは、公開鍵と秘密鍵のペアを作成します。
2. 証明書要求： 公開鍵と識別情報を含む証明書署名要求（CSR）をCAに送信します。
3. 検証： CAは、多くの場合RAの助けを借りて、ユーザの身元を検証します。 
4. 証明書の発行： 検証されると、CAはユーザの公開鍵とその他の識別情報を含むデジタル証明書を発行します。 この証明書はまた、CAの秘密鍵によって署名され、デジタル署名を作成します。

このようなステップを大規模に管理するには、自動化、ポリシーの実施、可視化が必要です。 Certificate Servicesは、組織が複雑さを増すことなくリスクを軽減し、法令順守の期待に応えることを支援します。

証明書管理システム

証明書管理システムは、発行とプロビジョニングから、検証、失効、更新に至るまで、証明書ライフサイクルのあらゆる側面を支援するソフトウェアソリューションです。 証明書ライフサイクルが短縮され、マシンIDの数が増加する中、これらのツールはリスクの低減、可視性の向上、そして環境全体での暗号資産の一貫した管理を実現する上で不可欠なものとなっています。

例えば、一部のソリューションでは、関連するすべての活動の詳細なログを記録し、規制要件や内部監査への準拠を支援します。 単一の信頼できる情報源を通じて管理を一元化することで、組織は可視性のギャップを解消し、有効期限切れを見落とすリスクを低減し、証明書、鍵、その他の暗号資産に対する管理を強化できます。

自動化システムは、「証明書の乱立」を防ぐのに役立ちます。これは、複雑でハイブリッドな環境全体に、何千、あるいは何百万もの証明書が、一元的な管理なしに展開されてしまう状態を指します。 多くの企業のPKI環境は断片化されており、手動で管理されているため、手作業によるプロセスでは対応しきれません。 証明書ライフサイクルが短くなる中での有効期限のモニタリング、更新処理、そしてリスクや障害を引き起こす前の証明書の失効には、自動化が不可欠です。

全体として、最新の証明書管理システムは重要な管理ポイントとして機能し、組織が証明書に関連するサービス停止を防止し、運用リスクを低減し、順守を維持すると同時に、ポスト量子暗号などの将来の課題に備えることを支援します。

ハードウェアセキュリティモジュール

ハードウェア・セキュリティ・モジュールはPKIのセキュリティアーキテクチャにおいてきわめて重要な役割を果たします。 このような暗号化プロセスを保護された物理的な装置で、鍵の生成、保管、取り扱いを堅牢で改ざんされにくい環境で行います。

例えば、ハードウェア・セキュリティ・モジュールは、強力な暗号化に不可欠な高品質の乱数生成器を用いて鍵ペアを生成することができる。 鍵が平文のままデバイスに残ることなく、脅威への露出が最小限に抑えられます。

もう一つの重要な機能は秘密鍵の保管です。 鍵を安全なハードウェア環境内に保管することで、権限のない団体による抽出や漏洩を防止できます。 これは鍵を保護するだけでなく、企業がハードウェア・レベルで厳格なセキュリティ・ポリシーを実施できるようにします。 その結果、金融や政府機関などの高保証セキュリティを必要とする業界の企業にとって、ハードウェア・セキュリティ・モジュールは、データを保護し、信頼を構築するPKIシステムに不可欠なものとなっています。

PKIは、ビジネスの規模拡大や脅威の進化に伴い、組織が業務の安全性を確保するための重要な管理ポイントとして機能します。 これらは、組織がPKIを有効に活用する最も重要な方法の一部です。

安全な通信

PKIは、メール、メッセージングサービス、API、クラウドベースのワークロードなど、さまざまな形態のデジタル通信を保護するための基盤です。 これらのチャネルを保護するだけでなく、消費者、パートナー、従業員、システム間の信頼できるやり取りも確保します。

組織がデジタルサービスを拡大し、有効期間が短い証明書を採用するにつれ、安全かつ途切れることのない通信を維持するためには、サービス停止や脆弱性を防ぐための効果的な証明書ライフサイクル管理が不可欠となります。

認証とアクセス制御

PKIは、システム、ネットワーク、オンラインサービスにアクセスするユーザ、デバイス、そして増加し続けるマシンIDに対して、強力な認証メカニズムを提供します。 証明書は安全なデジタルアイデンティティとして機能し、本人確認済みの主体（人間および機械）に対してのみアクセス権が付与されることを保証します。

こうした機能により、PKIはゼロトラストセキュリティモデルの重要な要素となっています。 PKIをゼロトラスト戦略に統合することで、組織は、複雑さが増し、IDの数が増加する中でも管理を維持しつつ、継続的にアイデンティティを検証し、順守を強化し、サイバー脅威のリスクを低減できます。

文書への署名とタイムスタンプ

PKIを活用したデジタル署名は、電子文書の真正性と完全性を検証し、安全で順守された電子取引を支援します。 これは、原本性、守秘性、同意の証明が求められる法的書類、契約書、その他の記録にとって不可欠です。

ドキュメント署名証明書には、3つの主要な目的があります。

• 真正性： 証明書が、文書が証明書の公開鍵に対応する秘密鍵を保有する個人またはエンティティによって署名されたことを確認します。
• 整合性： 署名後に文書に手を加えると、電子署名は無効になります。 これにより、受信した文書は、署名者が送信しようと意図したとおりのものであり、修正されていないことが保証されます。
• 否認防止： 電子署名と関連する証明書は、署名者の身元と署名時の文書内容への同意を証明する強力な証拠となるため、署名者は文書への署名の信憑性を否定することはできません。

デジタル署名は、信頼関係の強化に加え、業務効率の向上にも寄与します。 デジタル署名による契約の最大80％は1日以内に完了し、44％は15分以内に完了しています。 これにより、組織はセキュリティと順守を確保しつつ、契約の締結をより迅速に行うことができます。

コードサイニング

ソフトウェア開発者は、スクリプトやアプリケーションを認証するためにコード署名証明書を使用します。 これにより、ユーザはソフトウェアが改ざんされていないことを確認できます。 ソフトウェアのデリバリーパイプラインが加速する中、PKIは企業環境全体における信頼の維持に貢献します。

ソフトウェアの完全性

PKIは、ソフトウェアの出所と完全性を検証するために使用され、アプリケーション、ドライバー、アップデートが配布の過程で改ざんされていないことを保証します。 リリースサイクルが短縮され、環境が拡大するにつれて、この点は特に重要になります。 たとえ1つでも、不正アクセスを受けた証明書や有効期限が切れた証明書があると、重大なセキュリティリスクが生じる可能性があります。

モノのインターネット（IoT）とマシンID

「スマート」デバイスやネットワークに接続されたワークロードは、今や現代のインフラストラクチャの中核をなしていますが、それと同時に、新たなセキュリティ上の課題やリスクももたらしています。 PKIは、各デバイス、ワークロード、またはシステムに固有のデジタル証明書を付与することで、大規模に信頼できるアイデンティティを確立します。 これにより、分散環境における不正アクセス、なりすまし、データの改ざんを防止します。

API、サービス、AI駆動型エージェントなどのマシンIDが急速に増加し続ける中、PKIは、複雑で断片化されたエコシステム全体において、安全な認証と通信を支えています。 しかし、その一方で、証明書ライフサイクルを効果的に管理するためには、一元的な可視性、自動化、ガバナンスの必要性も高まっています。

認証機能に加え、PKIは転送中のデータに対するエンドツーエンドの暗号化を実現し、デバイス、アプリケーション、クラウドワークロード間の通信が、安全かつ信頼性が高く、耐障害性を備えた状態を維持できるようにします。

PKI は、独自の脅威に直面し、データ漏洩が深刻な法的、財政的、規制的影響をもたらす業界において不可欠です。

• 金融業界では、安全なオンラインバンキング、取引の認証、そして厳格なKYC（顧客確認）やAML（マネーロンダリング防止）要件への準拠のために、PKIが活用されています。 強力なデジタル証明書によるセキュリティにより、転送中の顧客データを保護し、高額取引における本人確認を行い、不正や不正アクセスを防止します。 順守の確保、運用リスクの低減、そして銀行エコシステム全体で増加し続けるマシンIDへの対応を進める上で、一元化された可視性と自動化されたライフサイクル管理が不可欠になりつつあります。
• 政府機関は、セキュア通信クライテリア、公文書への電子署名、市民の身元確認のためにPKIを活用しています。 また、確定申告、免許の取得、公的給付の受給など、安全なオンラインサービスにも対応しています。 デジタル行政サービスの拡大や証明書の発行件数の増加に伴い、PKIは、部門やシステムを横断して信頼を維持し、データの完全性を確保し、規制要件を満たす上で不可欠なものとなっています。
• 医療機関は、PKIを活用して電子カルテ（EHR）のセキュリティを確保し、HIPAA規制を順守し、ネットワークをまたいで医療機器の認証を行っています。 また、遠隔医療の診察中や患者ポータル内における守秘性の確保も図っています。 PKIは、増え続ける医療機器やデジタルヘルスサービスにおいて、データの完全性と可用性を維持するのに役立ちます。 そのため、規制の厳しい環境下で順守を支援するために、自動化や一元管理といった近代化の取り組みが不可欠です。
• 従業員が分散して勤務する大企業では、電子メールの暗号化、VPNアクセス、アプリケーションのセキュリティ、およびデバイスの認証にPKIを活用しています。 これにより、認証済みのユーザ、デバイス、システムのみが重要なリソースにアクセスできるようになります。 企業がクラウドやさまざまな環境へと事業規模を拡大するにつれ、証明書やマシンIDの数は急速に増え続けています。 PKIは、手作業によるプロセスへの依存を軽減し、証明書に関連するサービス停止を防止し、企業全体にわたる可視性と管理を維持するのに役立ちます。

このようなベストプラクティスは、PKI 実装の強化と、安全な証明書管理への対応に役立ちます。

• 方針と手続きを常に最新の状態に保つ： 証明書ポリシー（CP）および認証業務運用規程（CPS）は、PKI に不可欠です。CPは、認証局が発行する各種証明書クラスの概要および適用されるポリシーを記載した包括的な文書です。CPSは、CAが技術的な立場でどのようにこれらの方針を実施するかについて詳述しています。 これらの文書を常に最新の状態に保つことは、セキュリティ、信頼、法令遵守を維持するための基本です。 サイバーセキュリティ、テクノロジー、規制の変化のダイナミックな状況に合わせて、定期的に見直し、改訂する必要があります。
• 秘密鍵の保護： 改ざんや不正アクセスから物理的・論理的に保護するハードウェア・セキュリティ・モジュールを使用するなど、秘密鍵を保護する強固な仕組みを導入します。
• 定期的な鍵のローテーションと更新の実施： 鍵や証明書を無期限に使用すべきではありません。 鍵の露出に伴うリスクを軽減してセキュリティを強化するため、定期的な鍵ローテーションと証明書更新のルーチンを確立します。 悪質な行為者はデータを採取し、現在のアルゴリズムを打破する能力を持つ量子コンピュータが利用可能になったときに解読しようとしているため、このような暗号のアジリティは、量子化後の脅威に備えるためにますます欠かせなくなっています。
• 強力な認証スキームの導入： 多要素認証（MFA）を統合し、特にPKIシステムへのアクセスや、証明書の発行または失効などの守秘性の高い操作の実行において、セキュリティを強化します。
• 一元化された証明書および鍵管理： 証明書の発行から失効までのより強化された可視性と管理を行うライフサイクル全体を管理するツールとプロセスを導入します。 また、透明性とトレーサビリティを可能にすることで、監査やコンプライアンスにも対応します。
• 主要なバックアップとリカバリのポリシーを設定します： バックアップおよび復旧手順を確立し、定期的にテストすることにより、重要なPKIコンポーネントが中断または災害後に迅速かつ安全に復旧できることを確認します。

マネージドPKIサービスは、PKI を必要としながらも専門知識を持たない組織にとって有用である。 このような状況では、マネージドPKIのベンダーが、ポリシー、ハードウェア、ソフトウェアを管理し、PKI がベストプラクティスに沿った方法で運用されているようにします。

クラウドPKI は、Certificate Authority（CA）、鍵管理、およびライフサイクル・ツールがプロバイダによってホストされる、サービスベースの展開モデルです。 組織は、独自の物理インフラへの投資や維持を必要とせずに、サーバー証明書を導入・管理可能です。 完全な制御を提供するが、多大なコストとITリソースを必要とするオンプレミスPKIと比較して、クラウドPKIは迅速な展開、容易な拡張、簡素化された管理を提供します。

クラウドPKIは、大規模なIT環境や分散したIT環境を持つ企業に適しています。 証明書発行の迅速化、ライフサイクル管理の自動化、順守の可視化を実現します。

ハイブリッド展開モデルもあります。 ハイブリッドPKIの導入は、クラウドベースのサービスとオンプレミスのインフラを組み合わせます。 組織はこのモデルによって柔軟性が向上し、クラウドの拡張性の恩恵を受けながら、機密性の高いコンポーネントの管理を維持することができます。

組織は、自社のリソース、優先事項、目標との合致、規制要件への対応、ワークロードの変化に対応可能なモデルを選択する必要があります。

暗号技術が進化していく中でも、Public Key Infrastructureはデジタル信頼の基盤であり続けるでしょう。 しかし、技術やビジネスのニーズが加速するにつれ、PKIもまた進化していかなければなりません。

量子コンピューティングの急速な接近に伴い、現在の公開鍵アルゴリズムはもはや安全ではなくなり、デジタル通信の守秘性や完全性が脅かされることになります。 一方で、組織では、有効期間が短くなった証明書を、以前よりもはるかに多く管理するようになっています。 これにより、PKIの運用、特に手作業によるプロセスを伴う運用には、さらなる負担がかかることになります。

NISTは、量子攻撃に耐性を持つアルゴリズムの標準化を促進するため、2024年に初のポスト量子暗号規格を公表しました。 これらの新しい基準は、組織がアイデンティティ、データ、取引を保護する方法を一新することになります。 ポスト量子暗号への移行には、綿密な計画、一元的な管理、拡張性のあるライフサイクル管理が必要となります。

競争優位性を維持するためには、組織には、可視性を高め、自動化をサポートし、業務に支障をきたすことなく新しいアルゴリズムを統合できるPKIシステムが必要です。 ライフサイクルが47日へと短縮される中、PKIは進化する脅威に直面する中でセキュリティ、稼働率、順守を維持するための重要な管理ポイントとなります。

Entrust は、クラウドネイティブのPKI as a Service（PKIaaS）、マネージドPKIサービスオプション、およびオンプレミスの PKI ソリューションEntrust Certificate Authority といった、さまざまなPKI ソフトウェアソリューションを提供しています。 これらを活用することで、組織は固有のニーズとデジタル環境に基づき、利便性と安全性を両立できます。

暗号化セキュリティ管理のあらゆるニーズに対応する包括的なソリューションを求める組織向けに、EntrustのCryptographic Security Platform は、証明書ライフサイクル管理、鍵と機密性の管理、およびハードウェア・セキュリティ・モジュールを1つの強力な集中管理インターフェイスに統合し、Public Key Infrastructureのすべての重要なコンポーネントを提供します。

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