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。