暗号化ハッシュ：完全ガイド
暗号化ハッシュ関数は、現代のソフトウェア開発におけるセキュリティとデータ整合性の基盤です。パスワードの保存からファイルの検証、デジタル署名まで、ハッシュアルゴリズムの理解は、安全なアプリケーションを構築するすべての開発者にとって不可欠です。このガイドでは、ハッシュの仕組み、さまざまなアルゴリズム、そしてそれぞれをいつ使用するかについて説明します。
ハッシュ関数とは？
暗号化ハッシュ関数は、任意のサイズの入力データを受け取り、固定サイズの文字列（ハッシュまたはダイジェストと呼ばれる）を生成する数学的アルゴリズムです。入力が1ビットでも変更されると、完全に異なるハッシュが生成されます。この特性により、ハッシュは多くのセキュリティアプリケーションにとって理想的です。 優れたハッシュ関数は、いくつかの重要な特性を持ちます。決定論的である必要があります—同じ入力は常に同じハッシュを生成します。一方向である必要があります—ハッシュから元の入力を逆算することは計算上不可能です。衝突耐性がある必要があります—2つの異なる入力が同じハッシュを生成することを見つけることは極めて困難です。 ハッシュ関数は、データの内容の固定サイズのフィンガープリントを作成します。Webサイト全体をハッシュしても、単一の文字をハッシュしても、結果のハッシュは常に同じ長さです。たとえば、SHA-256ハッシュは常に正確に64文字の16進文字列です。 ハッシュと暗号化の重要な違いを理解することが重要です。暗号化は可逆的です—正しいキーがあれば、暗号化されたデータを復号化できます。ハッシュは不可逆的です—ハッシュが計算されると、元のデータを回復する方法はありません。この一方向性が、パスワード保存などのアプリケーションでハッシュを非常に有用にします。 ハッシュは、ファイルの整合性検証、パスワード保存、デジタル署名、データ構造（ハッシュテーブル）、コンテンツアドレス指定、ブロックチェーン技術など、さまざまな目的に使用されます。各アプリケーションには、特定のハッシュアルゴリズムに対する独自の要件があります。
一般的なハッシュアルゴリズム
MD5（Message Digest Algorithm 5）は、128ビット（32文字の16進数）ハッシュを生成します。高速で広く実装されていますが、暗号的に壊れていると見なされており、セキュリティ目的には使用すべきではありません。研究者は何年も前に衝突攻撃を実証しており、攻撃者は同じMD5ハッシュを持つ異なるファイルを作成できます。MD5は、非セキュリティアプリケーション、レガシーシステムの互換性、チェックサムのみに使用してください。 SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）は、160ビット（40文字の16進数）ハッシュを生成します。以前は広く使用されていましたが、現在は非推奨です。GoogleとCWIの研究者は2017年に実用的な衝突攻撃を実証しました。主要なブラウザとプラットフォームは、SHA-1証明書とその他のセキュリティ使用のサポートを終了しました。新しい開発にはSHA-1を使用しないでください。 SHA-256（SHA-2ファミリーの一部）は、256ビット（64文字の16進数）ハッシュを生成します。これは、ほとんどのアプリケーションで現在推奨される標準です。既知の実用的な攻撃がなく、デジタル証明書、ブロックチェーン、ファイル整合性検証、パスワードハッシュ（適切なキー導出関数と組み合わせた場合）に広く使用されています。SHA-256は、セキュリティと性能の優れたバランスを提供します。 SHA-512は、512ビット（128文字の16進数）ハッシュを生成し、SHA-256よりも大きな出力を提供します。より高度なセキュリティマージンを提供しますが、より多くのストレージスペースを必要とします。64ビットシステムでは、SHA-512は実際にはSHA-256よりも高速に実行されることがあります。長期的なセキュリティ、高いセキュリティ要件、パスワードハッシュ（bcryptやArgon2などの適切なKDFを優先）に使用してください。 パスワード保存には、SHA-256やSHA-512を単独で使用しないでください。代わりに、bcrypt、scrypt、またはArgon2などの専用のパスワードハッシュアルゴリズムを使用してください。これらは、ブルートフォース攻撃を遅くするために特別に設計されています。
ハッシュのベストプラクティス
セキュリティアプリケーションには常に最新のアルゴリズムを使用してください。2024年現在、SHA-256が最小値です。より高いセキュリティにはSHA-512を使用してください。MD5やSHA-1は、セキュリティが重要でない非暗号化目的にのみ使用してください。 パスワードには一般的なハッシュ関数を使用しないでください。bcrypt、scrypt、またはArgon2は、パスワード保存専用に設計されています。これらは、ブルートフォース攻撃を遅くするためにソルトと複数のラウンドを組み込んでいます。パスワード処理に生のSHA-256を使用することは、重大なセキュリティの誤りです。 ハッシュにソルトを追加してください。ソルトは、ハッシュする前にデータに追加されるランダムな値です。これにより、同じパスワードが異なるハッシュを生成し、レインボーテーブル攻撃を防ぎます。各パスワードまたはデータ項目には、一意のランダムソルトを使用してください。 ファイル整合性の検証には、信頼できるチャネルでハッシュを提供してください。ダウンロードしたファイルの整合性を検証する場合、ファイル自体とは別のソース（できればHTTPS）からハッシュを取得してください。ファイルと同じダウンロードに含まれるハッシュは、改ざんされたファイルに対する保護を提供しません。 複数のファイルやバージョンでハッシュを比較する場合、比較前にハッシュを正規化してください。一部のツールは大文字の16進数を生成し、他のツールは小文字を使用します。アプリケーション全体で一貫した形式を使用してください。 パフォーマンスと効率性を考慮してください。大きなファイルのハッシュには時間がかかる場合があります。進行状況フィードバックを提供し、可能な場合はストリーミングハッシュAPIを使用してください。頻繁にハッシュされるデータの場合、結果をキャッシュすることを検討してください。 ハッシュは秘密ではないことを理解してください。ハッシュは、セキュリティのために秘密にする必要はありません。機密データを難読化するためにハッシュを使用しないでください—それは機能しません。ハッシュの目的は整合性検証であり、機密性ではありません。
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