X.509証明書と公開鍵の基礎を解説

X.509証明書と公開鍵の基礎を解説

LinuC 303（バージョン2.0）試験における第2章「X.509証明書と公開鍵の基礎」では、PKI（公開鍵基盤）とその中核技術であるX.509証明書の理解が求められます。本記事では、証明書の構造、トラストチェーン、証明書の発行・管理手順、OpenSSLの活用などを体系的に解説します。

✅ 学習目標

• X.509証明書の構造と拡張の理解
• 公開鍵・秘密鍵の生成と管理
• OpenSSLを用いた認証局（CA）の構築
• CSR（証明書署名要求）の作成と署名
• 証明書失効（CRL/OCSP）の概念
• PEM, DER, PKCSなどの形式の違い

1. X.509証明書とは

▶ X.509の概要

X.509証明書とは、公開鍵とその所有者の情報を結びつけるデジタル文書です。信頼された認証局（CA）によって署名され、改ざんがないことが保証されます。

▶ 主な構成要素

• Subject：証明書の所有者情報
• Issuer：証明書を発行したCA
• Public Key：所有者の公開鍵
• Signature：CAによる署名
• Validity：有効期限
• Serial Number：一意の識別子

▶ X.509v3拡張

• Basic Constraints：CAフラグ
• Key Usage：鍵の使用用途（署名、暗号化など）
• Subject Alternative Name (SAN)：DNS/IPなどの別名

2. トラストチェーンとPKIの概念

トラストチェーンとは、ルートCAから中間CA、最終的にエンドエンティティ（例：Webサーバー）までの信頼の連鎖です。

[ルートCA] → [中間CA] → [サーバー証明書]

ルートCAの証明書はOSやブラウザに事前に登録されており、最終的な証明書の信頼性はこのチェーンをたどって検証されます。

3. 公開鍵と秘密鍵の生成

# 秘密鍵を生成（RSA）
openssl genrsa -out ca.key 4096

# 秘密鍵から公開鍵を抽出
openssl rsa -in ca.key -pubout -out ca.pub

秘密鍵（.key）は厳重に管理する必要があります。

4. CSR（証明書署名要求）の作成と署名

# CSRの作成
openssl req -new -key server.key -out server.csr

CSRにはCN（Common Name）や組織情報などが含まれます。

# 自己署名証明書の作成
openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt

# CA署名証明書の作成
openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt

5. 認証局（CA）の構築と運用

# CA証明書の作成（自己署名）
openssl req -new -x509 -days 3650 -key ca.key -out ca.crt

CA運用には以下のようなファイル群が必要です。

• ca.key（秘密鍵）
• ca.crt（CA証明書）
• serial（シリアル番号）
• index.txt（証明書発行履歴）

6. 証明書の失効（CRLとOCSP）

# CRLの生成
openssl ca -gencrl -out ca.crl

OCSPは証明書の失効状態をリアルタイムで確認できるプロトコルです。

7. 証明書ファイル形式の違い

形式	特徴	拡張子
PEM	Base64 + ヘッダー付き	.pem, .crt, .key
DER	バイナリ形式	.der, .cer
PKCS#12	証明書と鍵を一括管理	.p12, .pfx

# PEM → DER 変換
openssl x509 -in cert.pem -outform der -out cert.der

# PEM証明書の表示
openssl x509 -in cert.pem -text -noout

📝 章末問題

• Q1. X.509証明書のIssuerとSubjectは何を意味しますか？
• Q2. 自己署名証明書とCA署名証明書の違いは？
• Q3. トラストチェーンの構成とは？
• Q4. CSRの目的は何ですか？
• Q5. PEMとDER形式の違いは？
• Q6. CRLとOCSPの違いは？
• Q7. RSAの秘密鍵を生成するOpenSSLコマンドは？

• A1: Issuerは証明書を発行したCA。Subjectは証明書の所有者。
• A2: 自己署名は自分自身が署名、CA署名は第三者による署名。
• A3: ルートCA → 中間CA → サーバー証明書。
• A4: 認証局に証明書発行を依頼するための情報を含む。
• A5: PEMはテキスト、DERはバイナリ形式。
• A6: CRLはリスト配布、OCSPはリアルタイム確認。
• A7: openssl genrsa -out private.key 2048

次の章では、実際の通信で利用されるTLS/SSLの構成や設定について詳しく見ていきます。