暗号化・ハッシュ・署名の目的を区別する

暗号化と復号、ハッシュ値の照合、署名の作成と検証を考える14問と六つの記述課題です。

学年・内容の目安 高校「情報Ⅰ」。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。

学習用の練習の使い方

学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。

解説を読む

資料を送る三つの場面で、内容を守ること、受け取った内容を照らし合わせること、発行元の署名を確認することを分けます。

必要な予備知識

ファイルを送り、受け取ったファイルを開くことを知っていること。

  1. 暗号化した内容は、適切な鍵を使って復号します。
  2. ハッシュ値は、ファイルから計算した一定の長さの値です。信頼できる元の値と比較します。
  3. デジタル署名は秘密鍵で作り、対応する公開鍵で検証します。公開鍵の出所も確認します。

解き方の例

公開する案内の内容を読めるままにして、発行元の署名を付けて検証できるようにできます。

よくある間違い

  • 署名を付ければ内容も隠れると考える。
  • 同じ相手から届いたハッシュ値だけで、発行元まで確認できたと思う。
  • 公開鍵と秘密鍵を同じものとして使う。

資料と考え方を講師と確かめる

守りたいこと、使う仕組み、比べる情報や使う鍵を分けて説明します。

仕組みの目的を学ぶ例です。鍵の設定や暗号を実際に運用する手順は扱いません。

文部科学省:高等学校学習指導要領解説 情報編 · 文部科学省:「情報Ⅰ」教員研修用教材 · NIST:ハッシュ関数(英語) · NIST:デジタル署名標準(英語)

読む文章・資料

読める相手を絞る

資料Aで学習会は資料を許可した相手だけに渡します。内容を暗号化して送り、受け取る相手は適切な鍵を使って復号します。通信経路で暗号化されたデータを見ただけでは、内容が読めないようにします。

受け取ったファイルの指紋を比べる

資料Bでは、公開した資料について、ファイルから一定の長さの値を計算します。この値をハッシュ値と呼びます。受け取った側も同じ方式で値を計算し、信頼できる別の経路で得た元のハッシュ値と比べます。

値が違うときに調べる

資料Cで元のファイルと受け取ったファイルのハッシュ値を、同じ方式で比べました。値が違いました。送った後にどこで変わったか、悪意によるものかは、この結果だけでは分かりません。

署名を作る鍵と確かめる鍵を分ける

資料Dで担当者は自分の署名用の秘密鍵で、配布資料のデジタル署名を作ります。受け取る人は、その担当者のものと信頼できる方法で確かめた公開鍵で、資料と署名を検証します。

署名と内容の見え方を分ける

資料Eでは、お知らせの内容は公開したまま、発行元がそのファイルに署名を付けます。読む人はファイルを開けます。検証では、信頼できる発行元の公開鍵を使い、署名がファイルに対応しているかを確かめます。

元の値をどこから得たか考える

資料Fでは、同じ送信者からファイルとハッシュ値が届きました。その送信者が本当に発行元かは、別の経路ではまだ確認していません。受け取ったファイルから計算した値は、送られてきた値と一致しました。

必要な目的を先に決める

資料Gで教材の配布方法を選びます。教材Pは許可した人だけに読んでほしい資料です。教材Qは内容を公開したまま、誰が発行し、内容が変わっていないかを確認できるようにしたい資料です。

練習する

選択問題では答えを一つ選び、入力問題では指定された形式で答えます。判断の根拠や途中の手順は、記述課題で講師と確認します。

入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。

確認問題・資料・講師と使う課題

  1. 資料:読める相手を絞る

    資料Aで暗号化する目的はどれですか。

    • 適切な鍵を持つ相手が内容を読めるようにする。
    • 資料の長さを変えず、送った人の名前を付ける。
    • 元と同じ値を計算し、ファイルの目印を作る。
    答えと解説

    適切な鍵を持つ相手が内容を読めるようにする。

    暗号化は、許可しない相手に内容を読まれにくくします。

  2. 資料:読める相手を絞る

    資料Aで受け取った人が内容を読む操作はどれですか。

    • 暗号化された内容を画面でそのまま読む。
    • 適切な鍵を使い、暗号化された内容を復号する。
    • ファイルの名前を元の名前に書き換える。
    答えと解説

    適切な鍵を使い、暗号化された内容を復号する。

    復号で、暗号化されたデータから読める内容を取り出します。

  3. 資料:受け取ったファイルの指紋を比べる

    資料Bでハッシュ値を比べる目的はどれですか。

    • ハッシュ値から元の内容を取り出す。
    • 受け取った人がファイルを読めないようにする。
    • 受け取ったファイルが元と違っていないかを確かめる。
    答えと解説

    受け取ったファイルが元と違っていないかを確かめる。

    元の信頼できる値と比較すると、ファイルの変化を検査する手掛かりになります。

  4. 資料:受け取ったファイルの指紋を比べる

    資料Bで同じ方式を使う必要があるのはなぜですか。

    • 方式が違うと、同じファイルでも計算した値を同じ条件で比べられない。
    • 同じ方式を使えば、ハッシュ値から元のファイルを読める。
    • 方式を変えると、受け取ったファイルそのものが短くなる。
    答えと解説

    方式が違うと、同じファイルでも計算した値を同じ条件で比べられない。

    方式をそろえて、比べた値の差がファイルの違いを示すようにします。

  5. 資料:値が違うときに調べる

    資料Cでハッシュ値の違いから分かるのはどれですか。

    • 送った後、最初のルータで変わったことが分かる。
    • 比べた二つのファイルの内容が一致していない。
    • 発行元の秘密鍵が使われたことが分かる。
    答えと解説

    比べた二つのファイルの内容が一致していない。

    同じ方式で値が違えば、同じデータから計算した結果ではありません。

  6. 資料:値が違うときに調べる

    資料Cで、ハッシュ値の違いだけでは分からないことはどれですか。

    • 二つを同じ方式で比べたこと。
    • 計算した二つの値に違いがあったこと。
    • 違いが起こった場所や、その原因。
    答えと解説

    違いが起こった場所や、その原因。

    ファイルに違いがあることと、その原因を突き止めることは別です。

  7. 資料:署名を作る鍵と確かめる鍵を分ける

    資料Dで署名を作るときに使う鍵はどれですか。

    • 担当者の署名用の秘密鍵。
    • 受け取る人が持つ担当者の公開鍵。
    • ファイルを開く端末の名前。
    答えと解説

    担当者の署名用の秘密鍵。

    担当者は署名用の秘密鍵を自分で管理し、それを使って署名を作ります。

  8. 資料:署名を作る鍵と確かめる鍵を分ける

    資料Dで受け取る人は、何を使って検証しますか。

    • ファイルに書かれた発行元の名前だけ。
    • 担当者のものと確かめた公開鍵。
    • 担当者に送ってもらった秘密鍵。
    答えと解説

    担当者のものと確かめた公開鍵。

    受け取る人は担当者の公開鍵を使い、署名とファイルを照らし合わせます。

  9. 資料:署名と内容の見え方を分ける

    資料Eでファイルに署名を付けた後、内容はどうなりますか。

    • 署名を付けると、読む人の端末に内容は表示されない。
    • 読む人は、発行元の秘密鍵を得てから内容を表示する。
    • 公開した内容は読めて、署名の検証もできる。
    答えと解説

    公開した内容は読めて、署名の検証もできる。

    この例の署名は、内容を隠すためではなく、対応する発行元と内容を確かめるために使います。

  10. 資料:署名と内容の見え方を分ける

    資料Eで発行元の公開鍵を信頼できる方法で確かめるのはなぜですか。

    • 検証に使う鍵が、想定した発行元に属することを確かめるため。
    • 公開鍵を確認すると、お知らせの内容を人に見せずに送れるため。
    • 公開鍵から、お知らせを書いた場所が分かるため。
    答えと解説

    検証に使う鍵が、想定した発行元に属することを確かめるため。

    署名と鍵が対応していても、その鍵が誰のものかは別に確かめます。

  11. 資料:元の値をどこから得たか考える

    資料Fで値が一致したことから、直接確認できたのはどれですか。

    • 送信者が発行元本人であること。
    • 自分で計算した値と、受け取った値の一致。
    • ファイルを読むための鍵が発行されたこと。
    答えと解説

    自分で計算した値と、受け取った値の一致。

    値の一致を確認できましたが、送信者の確認には信頼できる別の情報が必要です。

  12. 資料:元の値をどこから得たか考える

    資料Fで発行元の資料かをさらに確かめるには、何を使いますか。

    • 同じ送信者が送るファイルの名前の長さ。
    • そのメッセージを受け取った時刻だけ。
    • そのメッセージとは別の信頼できる経路で、発行元から得た情報。
    答えと解説

    そのメッセージとは別の信頼できる経路で、発行元から得た情報。

    公式配布元が示すハッシュ値や、信頼できる鍵で確認できる署名を使えます。

  13. 資料:必要な目的を先に決める

    資料Gの教材Pの目的に直接合う方法はどれですか。

    • 暗号化し、許可した相手が復号できるようにする。
    • 公開したまま、ファイルのハッシュ値を表示する。
    • 誰でも読める形にして、署名だけを付ける。
    答えと解説

    暗号化し、許可した相手が復号できるようにする。

    Pでは内容を読める相手を絞りたいので、鍵を用いて内容を守ります。

  14. 資料:必要な目的を先に決める

    資料Gの教材Qの目的に直接合う方法はどれですか。

    • 発行元を示す名前を表紙に印刷する。
    • 発行元の署名を、信頼できる公開鍵で検証できるようにする。
    • 発行元が資料に使った文字の数だけを公開する。
    答えと解説

    発行元の署名を、信頼できる公開鍵で検証できるようにする。

    署名の検証で、署名を作った鍵とファイルの内容との対応を確認できます。

資料と考え方を講師と確かめる

資料:読める相手を絞る

資料Aで、送る人が行うことと、許可された受け取る人が行うことを分け、暗号化の目的を説明しましょう。

答えと解説

送る人は内容を暗号化します。許可された相手は適切な鍵で復号して読みます。途中の第三者に内容を読まれにくくするためです。

暗号化と復号を、送り手と受け手の作業に分けて考えます。

  • 送る側の暗号化と、受け取る側の鍵による復号を分ける。
  • 許可した相手に内容を読めるようにする目的を示す。

資料:受け取ったファイルの指紋を比べる

資料Bでファイルを受け取った側が、元のものと違わないかを確かめる手順を書きましょう。元の値をどこから得るかも示しましょう。

答えと解説

添付で受け取った資料なら、メールとは別に発行元の公式ページを自分で開き、照合用の値を確認します。受け取った資料にも指定されたハッシュ関数を使い、二つの結果が合うかを調べます。

比べる値の入手先と、計算に使う方式を確認します。

  • 同じ方式で受け取ったファイルのハッシュ値を計算する。
  • 信頼できる元の値を得て、自分の計算結果と比較する。

資料:値が違うときに調べる

資料Cの結果について、分かることを一つと、この結果からは原因を決められない理由を説明しましょう。

答えと解説

同じ方式で値が違ったので、ファイルが一致していません。ただし、ハッシュ値の比較は違いを示すだけなので、どこで何が起きたかは別に調べます。

確認できた差と、調べるべき原因を分けます。

  • 値の違いから、二つのファイルが一致していないと示す。
  • 値の比較だけでは変更の場所や原因を確かめられないと説明する。

資料:署名を作る鍵と確かめる鍵を分ける

資料Dで署名を作る人と検証する人が、それぞれ何の鍵を使うかを書きましょう。検証に使う鍵をどう選ぶかも示しましょう。

答えと解説

発行の係は自分だけが扱う秘密鍵で資料に署名します。読む側は、正規の案内でその係の鍵だと確認した公開鍵を使い、資料に付いた署名を検証します。

秘密鍵を検証する人に配る必要はありません。

  • 作成に署名者の秘密鍵、検証に対応する公開鍵を使う。
  • 公開鍵が担当者のものか信頼できる経路で確かめると示す。

資料:元の値をどこから得たか考える

資料Fで、値の一致だけでは発行元を確かめられない理由と、別にできる確認を一つ説明しましょう。

答えと解説

同じ送信者がファイルと値の両方を出したので、その送信者が発行元であることまでは分かりません。例えば公式の案内からハッシュ値を別に得て比べます。

計算結果の一致と、比較する値の出所の確認を区別します。

  • 同じ未確認の送信者が両方を用意できることを説明する。
  • 公式の値や、信頼できる鍵による署名の検証などを挙げる。

資料:必要な目的を先に決める

資料GでPとQに合う方法を一つずつ選び、教材ごとにその理由を書きましょう。

答えと解説

Pには暗号化を使い、読む人を許可した相手に絞ります。Qには発行元の署名を使い、信頼できる公開鍵で発行元との対応と内容を検証できます。

同じ教材でも目的によって使う方法が変わり、必要に応じ組み合わせます。

  • Pに暗号化を選び、内容を読める相手を絞る目的を示す。
  • Qに署名を選び、公開した内容の発行元との対応や変更を検証すると示す。

ワークシート

印刷用PDFを教材としてアップロード · 宿題に添付

学習内容と参考資料

日本の学習指導要領

高等学校「情報Ⅰ」(4)ア(ア)。暗号化、デジタル署名と情報セキュリティ。 · 2026-11-09

学習内容と参考資料

文部科学省 · 冊子35ページ。「情報Ⅰ」の情報通信ネットワークとデータの活用。

文部科学省 · 冊子36ページ。ア(ア)の暗号化、デジタル署名などによる情報セキュリティ。

授業・宿題・次の記録につなげる

資料をもとにした判断や計算の手順を、生徒と一緒に確かめましょう。印刷する場合は生徒用と講師用を分け、記述課題は講師用の基準で確認します。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。

講師の方へ

教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。

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