メッセージ認証符号（MAC）とは？注文データの書き換えを見抜く「秘密の合言葉」

1. まずは、ネット注文の「金額すり替え」を考える

スマートフォンから注文を送るとき、サーバに届くのは画面そのものではなく「商品・数量・金額」などを記したデータです。もし途中でそのデータが改変されたら、画面に表示された金額と請求金額が食い違うかもしれません。

MACは「メッセージそのもの」に、送る側と受け取る側だけが知る共通鍵を組み合わせて作る、小さな検査用データです。元のメッセージとMACをセットで送ります。

2. MACの仕組みは「同じ合言葉で答え合わせ」

たとえば家族だけが知っている合言葉を使い、メモの内容に応じたチェック番号を作る、と考えてみてください。合言葉を知らない人がメモを書き換えても、正しい番号まで作り直すことは困難です。暗号学的MACは、この考え方を数学的に強くしたものです。

正規の2者が同じ鍵を使い、内容も変わっていなければMACは一致します。途中で金額を変えた場合、攻撃者が鍵を知らなければ正しいMACを作り直せないため、受信側で不一致を検出できます。

3. いちばん重要な落とし穴：転送先の第三者には証明できない

注文アプリのアリスと店舗のボブが、同じ秘密の鍵を知っているとします。アリスが注文を送った後、ボブがその注文データとMACを第三者のチャーリーに転送しました。

チャーリーは共通鍵を持っていないため、自分でMACを再計算して検証できません。さらに、ボブもアリスと同じ鍵を持っているので、ボブ自身が別の注文と正しいMACの組を作ることも可能です。したがって「これは確かにアリスだけが作った注文だ」と第三者へ証明できません。

この点が、後で説明する電子署名との大きな違いです。MACは、鍵を共有する当事者同士の確認に向いています。

4. 実際に改ざんしてMACを比べてみよう

次のラボでは、最初は金額が正しい注文を送ります。まず「途中で金額を10倍に書き換える」を押してみてください。鍵やメッセージの条件を変えると、検査結果も変化します。

「受信者がタグを作り直す」を押すと、同じ鍵を持つ受信者も整合するメッセージとタグを作れる、というMACの重要な性質を観察できます。実際の送受信では、元のタグを勝手に差し替えることが認められるわけではありません。

5. ハッシュ値だけでは、なぜ不十分なのか

ハッシュ関数は、データから「指紋」のような値を計算します。1文字変えると通常は大きく異なる値になります。しかしハッシュ関数自体は誰でも実行できます。

たとえば攻撃者が注文金額を書き換え、公開されているハッシュ関数で新しいハッシュ値も計算し直して送れば、単純な「注文＋ハッシュ値」の仕組みでは見抜けません。一方MACでは秘密の共通鍵が計算に必要です。

6. HMACとCMACは、MACの代表的な作り方

HMAC：ハッシュ関数を使う

HMACはSHA-256などの暗号学的ハッシュ関数と秘密鍵を組み合わせる方式です。単純に「鍵とメッセージをつなげてハッシュする」だけではなく、規格で定められた内側・外側の処理を用います。Web APIやWebhookの署名検証でよく見かける方式です。

tag = HMAC-SHA256(secret_key, request_body)

CMAC：ブロック暗号を使う

CMACはAESなどのブロック暗号を基にしたMACです。HMACと同じく鍵を共有する当事者がメッセージの完全性を検証します。用途や利用可能な暗号ライブラリ、プロトコル仕様に応じて選択します。

どちらも「MACである」という性質は共通です。MACは必ずしもメッセージを暗号化するわけではありません。機密性（他人に読めないこと）が必要なら、TLSや認証付き暗号（AEAD）など、別の適切な仕組みも必要です。

7. MACと電子署名を「荷物の受領書」で比べる

MACは、2人だけが使える共通のスタンプに似ています。受け取った側は本物のスタンプか確かめられますが、自分でも同じスタンプを押せるため、第三者にはどちらが押したのか分かりません。

一方、電子署名は、署名者だけが持つ秘密鍵で署名を作り、誰でも参照できる公開鍵で検証します。公開鍵と本人の結び付けが適切に保証されていれば、第三者にも署名の正当性を示せます。ただし秘密鍵の管理が悪ければ、その保証は崩れます。

8. 現場で使うときに気を付けたいこと

まとめ：「改ざんしていない」と「誰が作った」は別の問い

MACは、メッセージと共通鍵から作る検査用の値です。受信者は同じ鍵で再計算し、届いた値と比較することで、メッセージの完全性と共有鍵を知る主体による生成を確認できます。

しかし共有鍵を持つ人なら誰でもMACを作れるため、第三者に「この人だけが送った」と示すことはできません。当事者同士ならMAC、第三者にも検証してほしいなら電子署名――この使い分けが理解できれば、仕組みの核心をつかめています。