本記事では、SSHで公開鍵認証を設定する方法と、公開鍵認証の仕組について説明します。
【以下、2023年1月25日改訂】

１．前提

　SSHクライアントホストには、SSHクライアントソフト(OpenSSH)がインストールされている必要があります。
　最近のWindows10や、UbuntuにはOpenSSHが最初からインストールされています。

　以下、コマンド操作におけるファイルパス表記はLinux表記で記載します。

２．公開鍵認証設定

2.1.公開鍵認証設定のステップ

　SSH公開鍵認証の設定のステップは以下のとおりです。設定はSSHクライアントホストから行います。

2.2.鍵ペアを作成する

　ssh-keygenコマンドでSSH公開鍵/秘密鍵の鍵ペアを作成し、~/.sshフォルダ配下に保存します。"~/.ssh"は、SSHの接続設定を保存するフォルダです。
　ssh-keygenは対話式のコマンドです。このコマンドで秘密鍵のファイル名とパスフレーズを設定します。
　秘密鍵ファイルのデフォルトファイル名はid_rsaです。ファイル名を指定しなければid_rsaというファイル名で秘密鍵が保存されます。
　秘密鍵のパスフレーズは、秘密鍵の暗号化/復号化キーとして利用されます。秘密鍵のパスフレーズを設定しない場合、秘密鍵は平文で保存されます。秘密鍵にパスフレーズを設定した場合、パスフレーズで暗号化された秘密鍵が保存されます。また、公開鍵認証する際、秘密鍵パスフレーズを入力して秘密鍵ファイルの中身を復号化する必要があります。

以下、秘密鍵ファイル名を"ogs-digilife"としたの場合の入力例です。

$ cd ~./.ssh
$ ssh-keygen
Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (~/.ssh/id_rsa): ogs-digilife
Enter passphrase (empty for no passphrase):<秘密鍵パスフレーズ>
Enter same passphrase again:<秘密鍵パスフレーズ>
Your identification has been saved in ogs-digilife
Your public key has been saved in ogs-digilife.pub
The key fingerprint is:
SHA256:T/ofg4trxq7zGdZX0vXwI0ecbGKREoVy5vQmBelKV5A hiwas@DESKTOP-8K50I8Q
The key's randomart image is:
+---[RSA 3072]----+
|           +Oo.  |
|         . E ++ .|
|          B =o.*.|
|         . =.+++.|
|        S + +.ooo|
|         * . oo .|
|       .+ + +    |
|      ..+= o o   |
|      .B*.o..    |
+----[SHA256]-----+

公開鍵は、秘密鍵と同じフォルダ(ここでは~/.ssh)に、
　<秘密鍵ファイル名>.pub
のファイル名(ここではogs-digilife.pub)で保存されます。

2.3.公開鍵をsshサーバに登録する

　上記で作成した鍵ペアの、公開鍵の方をSSHサーバに登録します。SSHサーバへの公開鍵登録は、SSHクライアントホストからssh-copy-idコマンドを実行するだけです。

実行例)
SSHサーバにはじめて接続する場合は、本当に接続してよいか、ときかれます。この場合は、yesと入力してください。
Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes

$ cd ~/.ssh
$ ssh-copy-id -i ogs-digilife.pub ogs-digilife@192.168.0.143
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: Source of key(s) to be installed: "ogs-digilife.pub"
The authenticity of host '192.168.0.143 (192.168.0.143)' can't be established.
ED25519 key fingerprint is SHA256:RImJDZXXJWvwRVOZ6btaPEw45X0cwy8//1xfvoYIyu8.
This key is not known by any other names.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: attempting to log in with the new key(s), to filter out any that are already installed
/usr/bin/ssh-copy-id: INFO: 1 key(s) remain to be installed -- if you are prompted now it is to install the new keys
ogs-digilife@192.168.0.143's password:

Number of key(s) added: 1

Now try logging into the machine, with:   "ssh 'ogs-digilife@192.168.0.143'"
and check to make sure that only the key(s) you wanted were added.

2.4.接続先SSHサーバの設定追加

　接続先SSHサーバの設定を追加しておくと、接続が簡単になって便利です。~/.ssh/configに、以下の書式で設定を追加します。sshサーバのエイリアス名は、SSH接続時に指定します。

HostとHost設定の各項目は、インデント(行の開始位置)で区別されますので、上記書式のように、インデントを分ける必要があります。

設定例)

Host django03
    User ogs-digilife
    Hostname 192.168.0.143
    IdentityFile C:\Users\ogs-digilife.ssh\ogs-digilife
    ServerAliveInterval  60

　接続時のSSHクライアントによるサーバ認証をスキップしたい場合は、設定に以下の2行も追加します。

2.5.SSHサーバへの接続

　~/.ssh/configに接続先設定をすると、エイリアス名で簡単に接続できるようになります。

３．公開鍵認証について

　公開鍵認証は、SSLによるサーバなりすまし防止、ICカードの偽造防止、デジタル署名を使ったコンテンツの改ざん防止、api認証など、いろいろなところで応用されています。
　公開鍵認証は、公開鍵暗号アルゴリズムの以下の特徴を利用しています。

　公開鍵暗号アルゴリズムには、いくつか種類があります。SSHではRSA暗号アルゴリズムがよく用いられています。

４．SSH公開鍵認証のシーケンス

　SSH公開鍵認証の認証シーケンスを下図に示します。SSHの公開鍵認証では、SSHサーバがSSHクライアントを認証するだけでなく、SSHクライアントがSSHサーバのなりすましもチェックしています。下図は、SSHサーバがSSHクライアントを認証する部分のみ抜き出したものです。

図1 SSHユーザの認証シーケンス

５．ハッシュアルゴリズムについて

　図1の中で出てくる、ハッシュ化について補足します。ハッシュ化とは、ハッシュ関数を使って入力値を別の値に変換することを言います。
　ハッシュ関数は公開鍵認証でも利用されており、SHA(Secure Hash Algorithm)というアルゴリズムがよく利用されています。SHAは、パスワード管理の際、平文パスワードのスクランブル変換でもよく利用されています。また、LinuxOSのパスワード管理でも、SHAが使われています。
　これらは、SHAの以下の特徴を応用したものとなります。

　以上の特徴から、巨大なコンテンツでも、例えば512bitの長さで出力するようにすると、512ビットサイズのデータ比較でコンテンツが改ざんされたかどうかをチェックすることができます。
　512bitの組み合わせ数は2の512乗通り(10進数で150桁以上)もあります。このため、SHAはパスワード管理にも利用されています。ユーザパスワードをハッシュ化して保存しておくと、正誤の比較も簡単、元のパスワードが何であるかはハッシュ関数とハッシュ値からは計算できないということになります。

　ちなみに、なぜSHAに逆関数が存在しないかというと、アルゴリズムの一連の計算の中で、割り算の余りを利用しているからです。割る数と余りがわかっても、割られる数を計算で求めることはできません。