Java Security完全ガイド：java.securityライブラリの徹底解説

2.2 認証と否認防止を実現する: Signatureによるデジタル署名

デジタル署名は、「誰が」そのデータを作成したか（認証）、そして「後で作成した事実を否認できない」（否認防止）ことを保証する技術です。公開鍵暗号方式を利用し、秘密鍵で署名を作成し、対応する公開鍵で署名を検証します。

Signatureクラスは、このデジタル署名の生成と検証のプロセスを抽象化します。以下は、RSAアルゴリズムとSHA256を組み合わせたSHA256withRSAアルゴリズムでデジタル署名を行う例です。

import java.security.*;
public class SignatureExample { public static void main(String[] args) throws Exception { // 1. 鍵ペア（公開鍵と秘密鍵）を生成 KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); keyGen.initialize(2048); KeyPair pair = keyGen.generateKeyPair(); PrivateKey privateKey = pair.getPrivate(); PublicKey publicKey = pair.getPublic(); String message = "This message is signed."; byte[] data = message.getBytes("UTF-8"); // --- 署名の生成 (送信者側) --- // 2. Signatureオブジェクトを生成し、秘密鍵で初期化 Signature rsa = Signature.getInstance("SHA256withRSA"); rsa.initSign(privateKey); // 3. 署名対象のデータを更新 rsa.update(data); // 4. 署名を生成 byte[] signature = rsa.sign(); System.out.println("Signature generated."); // --- 署名の検証 (受信者側) --- // 5. Signatureオブジェクトを生成し、公開鍵で初期化 Signature sigVerify = Signature.getInstance("SHA256withRSA"); sigVerify.initVerify(publicKey); // 6. 検証対象のデータを更新 sigVerify.update(data); // 7. 署名を検証 boolean verified = sigVerify.verify(signature); System.out.println("Is the signature valid? " + verified); }
} 

この例では、まずRSAの鍵ペアを生成しています。送信者は秘密鍵を使ってデータに署名し、受信者は送信者の公開鍵を使ってその署名が正しいか、そしてデータが改ざんされていないかを検証します。

2.3 データの機密性を確保する: Cipherによる暗号化・復号化

Cipherクラスは、データの暗号化と復号化の中心的な役割を担います。対称鍵暗号（例：AES）と非対称鍵暗号（例：RSA）の両方をサポートしています。

ここでは、強力な対称鍵暗号アルゴリズムであるAES（Advanced Encryption Standard）を使用した例を示します。対称鍵暗号では、暗号化と復号化に同じ鍵を使用します。

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;
public class CipherExample { public static void main(String[] args) throws Exception { String plainText = "Encrypt this message securely!"; // 1. AESの鍵を生成 (256ビット) KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES"); keyGen.init(256); SecretKey secretKey = keyGen.generateKey(); // --- 暗号化 --- // 2. Cipherのインスタンスを生成 (アルゴリズム/モード/パディングを指定) Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); // 初期化ベクトル(IV)を生成 byte[] iv = new byte; new SecureRandom().nextBytes(iv); IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv); // 3. 暗号化モードでCipherを初期化 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, ivSpec); // 4. 暗号化を実行 byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); // Base64エンコードして表示 (バイナリデータを安全に転送するため) String encodedCipherText = Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText); String encodedIv = Base64.getEncoder().encodeToString(iv); System.out.println("Encrypted: " + encodedCipherText); System.out.println("IV: " + encodedIv); // --- 復号化 --- // 5. 復号化モードでCipherを初期化 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivSpec); // 6. 復号化を実行 byte[] decryptedText = cipher.doFinal(cipherText); System.out.println("Decrypted: " + new String(decryptedText, StandardCharsets.UTF_8)); }
} 

Cipher.getInstanceの引数"AES/CBC/PKCS5Padding"は、それぞれ「アルゴリズム名」「暗号化モード」「パディング方式」を指定しています。

• CBC (Cipher Block Chaining): 安全性の高い暗号化モードの一つ。各ブロックを暗号化する際に、前の暗号化ブロックの結果を利用します。
• PKCS5Padding: 最後のデータブロックがブロック長に満たない場合に、データを埋めるための方式です。
• 初期化ベクトル (IV): CBCモードなどで使用されるランダムなデータ。同じ平文を同じ鍵で暗号化しても、毎回異なる暗号文が生成されるようにするために不可欠です。復号化時にも同じIVが必要になります。

2.4 鍵と証明書の安全な保管庫: KeyStore

KeyStoreクラスは、秘密鍵、公開鍵、証明書などを安全に保管・管理するための仕組みを提供します。ファイルベースのデータベースとして機能し、パスワードで保護されます。

Javaは標準でいくつかのKeyStore形式をサポートしており、中でもJKS (Java KeyStore) や PKCS12がよく使われます。

以下は、ファイルからJKS形式のキーストアを読み込み、指定したエイリアス（別名）に対応する秘密鍵と証明書を取得する例です。

import java.io.FileInputStream;
import java.security.Key;
import java.security.KeyStore;
import java.security.cert.Certificate;
public class KeyStoreExample { public static void main(String[] args) { try { // "mykeystore.jks"というファイル名のキーストアを想定 String keystoreFile = "mykeystore.jks"; // キーストアを開くためのパスワード char[] keystorePassword = "storepassword".toCharArray(); // エントリのエイリアス String alias = "mykey"; // 秘密鍵を取得するためのパスワード char[] keyPassword = "keypassword".toCharArray(); // 1. KeyStoreのインスタンスを取得 KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JKS"); // 2. キーストアファイルを読み込む try (FileInputStream fis = new FileInputStream(keystoreFile)) { ks.load(fis, keystorePassword); } // 3. エイリアスを指定して秘密鍵を取得 Key key = ks.getKey(alias, keyPassword); if (key instanceof java.security.PrivateKey) { System.out.println("Successfully loaded private key."); } // 4. エイリアスを指定して証明書を取得 Certificate cert = ks.getCertificate(alias); System.out.println("Certificate Subject: " + ((java.security.cert.X509Certificate) cert).getSubjectX500Principal()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
} 

SSL/TLS通信でサーバー証明書やクライアント証明書を扱ったり、署名用の鍵を安全に保管したりする場合に、KeyStoreは不可欠な存在となります。