【図解】初心者でもわかる！CiscoスイッチのSSH設定と暗号化・共通鍵生成の仕組み

ルータやスイッチをリモートで管理するときは、SSH（Secure Shell）を使います。この記事では、Telnet ではなく SSH を使う理由、Cisco の設定で ip domain-name を先に入れる理由、そして初回接続のときに裏側で共通鍵（セッション鍵）をどう作っているのかを、図を使って説明します。

この記事でわかること

Telnet と SSH の違いと、SSH が公開鍵暗号と共通鍵暗号を組み合わせて使う理由
Cisco IOS の SSH 設定と、ホスト名・ドメイン名が RSA 鍵の名前になるしくみ
初回接続で Diffie-Hellman 鍵交換を使って共通鍵を作り、暗号化を始めるまでの流れ

SSH とは（暗号化の基本イメージ）
1. Telnet（ハガキ）と SSH（鍵付き金庫）の違い
2. 公開鍵暗号と共通鍵暗号を組み合わせる
Cisco IOS の設定と、設定値のつながり
1. ホスト名とドメイン名が RSA 鍵の名前になる
2. SSH の基本設定
初回接続で共通鍵を作るしくみ
まとめ：実務で押さえるポイント

SSH とは（暗号化の基本イメージ）

Telnet（ハガキ）と SSH（鍵付き金庫）の違い

Telnet は、ログインのパスワードや設定コマンドを暗号化せずにそのまま流すプロトコルです。たとえるならハガキで手紙を送るようなもので、途中の経路でパケットを見れば誰でも中身を読めます。

SSH は、通信をまるごと暗号化して送るプロトコルです。鍵付きの金庫に入れて送るイメージで、途中で盗み見られても中身はわからず、書き換えられれば受け取った側で気づけます。

項目	Telnet	SSH
通信	平文（暗号化しない）	暗号化＋改ざん検知
たとえ	ハガキ（中身が丸見え）	鍵付きの金庫
ポート番号	TCP 23	TCP 22
パスワード	そのまま読める	暗号化されて読めない

公開鍵暗号と共通鍵暗号を組み合わせる

SSH は、性質の違う2種類の暗号を役割分担させて使っています。公開鍵暗号は計算が重いかわりに、相手が本物かを確かめる署名が得意です。共通鍵暗号は暗号化と復号に同じ鍵を使い、処理が速いのが特長です。

方式	特徴	SSH での役割
公開鍵暗号（非対称暗号）	公開鍵と秘密鍵のペアを使う。計算は重いが、署名で本人確認ができる	接続先の機器が本物かを確かめる（ホスト認証）。鍵交換の内容に署名する
共通鍵暗号（対称暗号）	暗号化と復号に同じ鍵を使う。処理が速い	鍵交換のあとの通信（コマンドとその応答）をすべて暗号化する

図1　最初に公開鍵暗号で相手を確かめ、その後の通信は共通鍵暗号で暗号化する

イメージ

最初のあいさつと身元確認には「重いが確実な南京錠（公開鍵暗号）」を使い、相手を確かめられたら「軽くて素早いダイヤル錠（共通鍵）」をその場で作って、以降の通信に使います。ポイントは、共通鍵そのものはネットワークに流さず、両者がそれぞれ計算して同じ鍵を作ることです（後半で説明します）。

Cisco IOS の設定と、設定値のつながり

Cisco の機器で SSH を使えるようにするには、いくつかのコマンドを順番に入れます。このうち hostname と ip domain-name は、単なる名前の設定ではなく、SSH で使う RSA 鍵の名前の材料になっています。

ホスト名とドメイン名が RSA 鍵の名前になる

図2　ホスト名とドメイン名から FQDN ができ、RSA 鍵ペアの名前になる

hostname R1 で機器のホスト名を設定します。
ip domain-name lab.example.com で機器のドメイン名を設定します。
IOS はホスト名とドメイン名をつないで、FQDN（完全修飾ドメイン名）R1.lab.example.com として扱います。
crypto key generate rsa を label の指定なしで実行すると、この FQDN が RSA 鍵ペアの名前（ラベル）になります。鍵ペアができると、SSH サーバが自動で有効になります。

ホスト名とドメイン名を先に入れる理由

ラベルを指定しないで鍵を作るときは FQDN を鍵の名前に使うので、ホスト名とドメイン名がそろっていないと crypto key generate rsa は完了せず、エラーになります。Cisco のコマンドリファレンスでも、実行前に hostname と ip domain-name を設定しておくように書かれています（label で名前を付けた鍵ペアだけを作る場合は除きます）。

以前、別の機器（ホスト名 R1、ドメイン名 hirotanoblog.com）で鍵を作ったときは、次のように表示されました。鍵の名前に FQDN が使われていることと、鍵ができた時点で SSH が有効になったことがわかります。

R1（鍵の生成）

R1(config)# crypto key generate rsa modulus 2048
The name for the keys will be: R1.hirotanoblog.com

% The key modulus size is 2048 bits
% Generating 2048 bit RSA keys, keys will be non-exportable...
[OK] (elapsed time was 3 seconds)

R1(config)#
*Aug 29 02:57:17.311: %SSH-5-ENABLED: SSH 1.99 has been enabled

表示	意味
The name for the keys will be: R1.hirotanoblog.com	鍵ペアの名前。ホスト名とドメイン名をつないだ FQDN になっている
Generating 2048 bit RSA keys	`modulus 2048` で指定した 2048 ビットの鍵を作っている
SSH 1.99 has been enabled	鍵ができて SSH サーバが有効になった。1.99 は SSH バージョン 1 と 2 の両方を受け付ける状態で、`ip ssh version 2` を入れるとバージョン 2 だけになる

鍵の保存

作った鍵は、running-config には表示されません。設定を保存したとき（copy running-config startup-config など）に、NVRAM の表示されない領域（プライベート設定）に書き込まれます。保存しないまま再起動すると鍵が消え、SSH で接続できなくなるので、設定後は必ず保存します。

SSH の基本設定

設定は次のとおりです。! で始まる行はコメントです。

Cisco スイッチ（設定例）

! Step 1: ホスト名とドメイン名（FQDNの作成材料）を設定
Switch# configure terminal
Switch(config)# hostname R1
R1(config)# ip domain-name lab.example.com

! Step 2: RSAホスト鍵ペアの生成（2048ビット以上推奨）
R1(config)# crypto key generate rsa modulus 2048

! Step 3: 安全なSSH Version 2に固定
R1(config)# ip ssh version 2

! Step 4: ログイン用ローカルユーザーの作成
R1(config)# username admin privilege 15 secret StrongPassword123

! Step 5: VTY回線（リモート接続口）でSSHのみを許可
R1(config)# line vty 0 4
R1(config-line)# login local
R1(config-line)# transport input ssh
R1(config-line)# end

コマンド	意味
hostname R1	機器のホスト名。鍵の名前（FQDN）の材料になる
ip domain-name	機器のドメイン名。ホスト名とつないで FQDN になる
crypto key generate rsa modulus 2048	SSH のホスト鍵になる RSA 鍵ペアを 2048 ビットで作る。鍵ができると SSH サーバが有効になる
ip ssh version 2	SSH バージョン 2 だけを受け付ける。バージョン 2 には 768 ビット以上の鍵が必要
username … secret …	ログインに使うローカルユーザー。`secret` はパスワードをハッシュにして保存する。`privilege 15` にするとログイン直後から特権モードになる
line vty 0 4	リモート接続を受ける仮想回線（VTY）0〜4 の設定に入る
login local	`username` で作ったユーザーで認証する
transport input ssh	この VTY 回線で受け付ける接続を SSH だけにする。Telnet での接続は受け付けない

注意

スイッチは VTY 回線が 0〜15 の16本あることが多く、line vty 0 4 だけでは 5〜15 の設定が変わりません。show running-config で VTY 回線の数を確かめ、line vty 0 15 のようにすべての回線を同じ設定にそろえます。
鍵長は、SSH バージョン 2 では 768 ビット以上が必要です。Cisco は 2048 ビットを推奨しているので、2048 ビット以上（3072、4096 など）を指定します。鍵長が長いほど、作るのに時間がかかります。

初回接続で共通鍵を作るしくみ

PC から Cisco スイッチへ SSH で接続するとき、ネットワークは盗聴されているかもしれません。そのような経路で、第三者に知られずに両者が同じ共通鍵（セッション鍵）を持つために使うのが、Diffie-Hellman（DH）鍵交換です。

Diffie-Hellman 鍵交換で共有秘密を作る

PC とスイッチは、それぞれ自分だけが知る秘密の値をもとに公開値（e と f）を作って送り合います。そして、受け取った公開値と自分の秘密の値から計算すると、両者で同じ共有秘密 K ができます。ネットワークに流れるのは公開値だけで、K そのものは流れません。流れている値から K を求めるのは、計算量の面で現実的ではありません。

DH 鍵交換をくわしく

絵の具の混色にたとえたしくみや、TLS・IPsec（IKE）での使われ方、鍵長の選び方は、【初心者】Diffie-Hellman 鍵交換をイメージで解説で説明しています。

DH 鍵交換だけでは、相手が本物のスイッチかどうかはわかりません。途中に偽者が入り込むと、偽者との間で鍵交換が成り立ってしまいます。SSH では、スイッチがホスト秘密鍵で署名を付け、PC がそれを確かめることで、これを防いでいます（下の流れの④⑤）。

共有秘密から、実際に使う鍵を作る

DH 鍵交換でできた共有秘密 K は、そのまま暗号化に使うわけではありません。K をもとに、用途ごとに別々の鍵を作ってから使います。合鍵の原本から、用途に合わせた鍵を何本か削り出すイメージです。

図3　共有秘密から、行きと帰りそれぞれの鍵を作る

作る値は次の3種類です。行き（PC → スイッチ）と帰り（スイッチ → PC）で別々に作るので、全部で6つになります。

作る値	何に使うか
暗号化の鍵	コマンドや応答を暗号化して、途中で見られても読めないようにする
改ざん検知の鍵（MAC 用）	届いたデータが途中で書き換えられていないかを確かめる
初期値（IV）	暗号化を始めるときに使う値

どれも、K と、鍵交換の内容をまとめた値（交換ハッシュ H）をハッシュ関数に通して作ります。このとき A〜F の1文字を付け足すので、同じ材料から6つの別々の値ができます。PC とスイッチは同じ材料で同じ計算をするので、鍵そのものを送り合わなくても、同じ6つの値を持てます。

初回接続の全体の流れ

TCP で 22 番ポートに接続してから、暗号化した通信が始まるまでの流れです。

図4　SSH 接続の流れ。⑤の NEWKEYS のあとから、新しい鍵で暗号化される

No.	やり取り	何をしているか
①	識別文字列の交換	お互いに `SSH-2.0-ソフトウェア名` の形の文字列を送り、プロトコルのバージョン 2.0 で話すことを確かめる
②	`SSH_MSG_KEXINIT`	鍵交換の方式、ホスト鍵の方式、暗号化の方式（AES など）、MAC の方式、圧縮の方式を、使える順に並べたリストで送り合い、使う組み合わせを決める
③	`SSH_MSG_KEXDH_INIT`	PC が DH の公開値 `e` を送る
④	`SSH_MSG_KEXDH_REPLY`	スイッチが `f` と `K`、交換ハッシュ `H` を計算し、ホスト秘密鍵で `H` に署名する。ホスト公開鍵 `K_S`、`f`、署名 `s` を返す
⑤	`SSH_MSG_NEWKEYS`	PC は `K_S` が本当にそのスイッチの鍵かを確かめ、`K` と `H` を計算して署名を検証する。両者が NEWKEYS を送り合い、このメッセージのあとから新しい鍵と方式で暗号化する
⑥	ユーザー認証・ CLI 操作	暗号化された通信の上でユーザー認証（`ssh-userauth`）を行い、成功すると CLI を操作できる

初回接続で表示されるフィンガープリント

はじめて接続する機器では、クライアントはその機器のホスト公開鍵をまだ知らないので、鍵のフィンガープリントを表示して確認を求めます。ここで受け入れた鍵は保存され（OpenSSH なら known_hosts）、次からは同じ鍵かどうかを自動で比べます。この「最初の1回を信用する」考え方を TOFU（Trust On First Use）と呼びます。最初の1回が偽者だと気づけないので、できればコンソールなど別の経路で機器の鍵を確かめてから受け入れます。

まとめ：実務で押さえるポイント

ポイント	理由・やること
`hostname` と `ip domain-name` を先に入れる	ラベルなしで RSA 鍵を作ると、FQDN が鍵の名前になる。2つがそろっていないと鍵を作れない
鍵長は 2048 ビット以上	SSH バージョン 2 には 768 ビット以上が必要で、Cisco の推奨は 2048 ビット
`transport input ssh` をすべての VTY 回線に	Telnet（平文）での接続を受け付けないようにする。`line vty 0 15` など、機器の VTY 回線すべてにそろえる
設定を保存する	鍵は設定を保存したときに NVRAM に書き込まれる。保存せずに再起動すると鍵が消える
初回のフィンガープリントを確かめる	DH 鍵交換で盗聴は防げるが、相手が本物かはホスト鍵の確認で決まる

この記事の説明は、SSH の仕様（RFC 4253 など）と Cisco の公式ドキュメントをもとにしています。