SQL データベースでの暗号化の使用

コードで getEncryptionKey() メソッドを呼び出す際には、パラメーターとしてパスワードを渡します。パスワードは、暗号化キーの土台として使用されます。ユーザーだけが知っている情報を使用することで、パスワードを知っているユーザーだけがデータベースのデータにアクセスできるように設計します。攻撃者がコンピューター上のユーザーのアカウントにアクセスできたとしても、パスワードを知らない限りはデータベースにアクセスできません。セキュリティを最大限に高めるために、アプリケーションではパスワードを保存しません。

アプリケーションのコードは、EncryptionKeyGenerator インスタンスを生成し、getEncryptionKey() メソッドを呼び出して、ユーザーによって入力されたパスワードを引数（この例の変数 password）として渡します。

var keyGenerator:EncryptionKeyGenerator = new EncryptionKeyGenerator(); 
var encryptionKey:ByteArray = keyGenerator.getEncryptionKey(password);

EncryptionKeyGenerator クラスでは、getEncryptionKey() メソッドが呼び出されると、まずユーザーの入力したパスワードがパスワード強度の要件を満たしているかチェックします。EncryptionKeyGenerator クラスでは、パスワードの長さを 8 ～ 32 文字に設定する必要があります。パスワードは大文字と小文字を組み合わせたもので、数字または記号が少なくとも 1 文字含まれている必要があります。

このパターンをチェックするための正規表現が、STRONG_PASSWORD_PATTERN という名前の定数として定義されています。

private static const STRONG_PASSWORD_PATTERN:RegExp = /(?=^.{8,32}$)((?=.*\d)|(?=.*\W+))(?![.\n])(?=.*[A-Z])(?=.*[a-z]).*$/;

パスワードのチェックを実行するコードは、EncryptionKeyGenerator クラスの validateStrongPassword() メソッド内にあります。コードは次のとおりです。

public function vaidateStrongPassword(password:String):Boolean 
{ 
    if (password == null || password.length <= 0) 
    { 
        return false; 
    } 
     
    return STRONG_PASSWORD_PATTERN.test(password)) 
}

内部的に、getEncryptionKey() メソッドは、EncryptionKeyGenerator クラスの validateStrongPassword() メソッドを呼び出し、パスワードが有効でない場合には例外をスローします。validateStrongPassword() メソッドはパブリックメソッドなので、getEncryptionKey() メソッドを呼び出さずにパスワードをチェックし、エラーの発生を回避できます。

プロセスの後半で、パスワードを 256 ビット長にする必要があります。次のコードでは、各ユーザーが 256 ビット（32 文字）長のパスワードを入力するよう要求する代わりに、パスワード文字を繰り返すことによって、長いパスワードを作成します。

長いパスワードを作成する処理は、getEncryptionKey() メソッドから concatenatePassword() メソッドを呼び出すことで実行しています。

var concatenatedPassword:String = concatenatePassword(password);

concatenatePassword() メソッドのコードを次に示します。

private function concatenatePassword(pwd:String):String 
{ 
    var len:int = pwd.length; 
    var targetLength:int = 32; 
     
    if (len == targetLength) 
    { 
        return pwd; 
    } 
     
    var repetitions:int = Math.floor(targetLength / len); 
    var excess:int = targetLength % len; 
     
    var result:String = ""; 
     
    for (var i:uint = 0; i < repetitions; i++) 
    { 
        result += pwd; 
    } 
     
    result += pwd.substr(0, excess); 
     
    return result; 
}

パスワードの長さが 256 ビット未満である場合、パスワード自体を連結して 256 ビットにしています。ちょうどの長さにならない場合は、最後の繰り返しを短くして、ちょうど 256 ビットにします。

次の手順では、256 ビットのソルト値を取得します。このソルト値は後の手順でパスワードに結合されます。ソルトは、ランダム値であり、ユーザーが入力した値に追加または結合されてパスワードを形成します。ソルトをパスワードと共に使用することにより、実際に存在する単語や一般的な言葉をユーザーがパスワードとして選択した場合でも、システムで使用されるパスワードとソルトの組み合わせはランダム値になります。このランダムな性質は、辞書攻撃（攻撃者が単語のリストを使用してパスワードを推測しようとする）からシステムを守るために役立ちます。また、ソルト値を生成し、暗号化されたローカルストアに保存することにより、データベースファイルが置かれているマシンのユーザーアカウントに関連付けられます。

アプリケーションが getEncryptionKey() メソッドを初めて呼び出す際には、このコードによってランダムな 256 ビットのソルト値が生成されます。それ以外の場合は、暗号化されたローカルストアからソルト値が読み込まれます。

ソルトは、salt という名前の変数に格納されます。このコードでは、暗号化されたローカルストアからソルト値を読み込もうとすることで、既に作成済みのソルトがあるかどうかを判断しています。

var salt:ByteArray = EncryptedLocalStore.getItem(saltKey); 
if (salt == null) 
{ 
    salt = makeSalt(); 
    EncryptedLocalStore.setItem(saltKey, salt); 
}

新しいソルト値を作成する場合は、makeSalt() メソッドで 256 ビットのランダムな値を生成します。この値は、最終的に、暗号化されたローカルストアに格納されるため、ByteArray オブジェクトとして生成されます。makeSalt() メソッドは、Math.random() メソッドを使用して、ランダムに値を生成します。Math.random() メソッドでは、256 ビットの値を一度に生成することはできません。代わりに、ループを使用して、Math.random() を 8 回呼び出しています。それぞれの呼び出しでは、0 ～ 4294967295（uint 値の最大値）のランダムな uint 値が生成されます。uint はちょうど 32 ビットであるため、ここでは便宜上 uint 値を使用しています。8 個の uint 値を ByteArray に書き込むことにより、256 ビットの値が生成されます。makeSalt() メソッドのコードを次に示します。

private function makeSalt():ByteArray 
{ 
    var result:ByteArray = new ByteArray; 
     
    for (var i:uint = 0; i < 8; i++) 
    { 
        result.writeUnsignedInt(Math.round(Math.random() * uint.MAX_VALUE)); 
    } 
     
    return result; 
}

暗号化されたローカルストア（ELS）にソルトを保存する際と、ELS からソルトを抽出する際には、そのソルトの保存に使用する String キーが必要です。このキーがわからないと、ソルトの抽出はできず、したがって、暗号化キーを再現してデータベースを開き直すこともできません。EncryptionKeyGenerator のデフォルトでは、あらかじめ定数 SALT_ELS_KEY として定義されている ELS キーを使用します。デフォルト以外のキーを使用する場合は、アプリケーションのコードが getEncryptionKey() メソッドを呼び出す際に、使用する ELS キーを指定できます。デフォルトまたはアプリケーションによって指定されたソルト ELS キーは、saltKey という変数に格納されます。この変数は、前に示したように、EncryptedLocalStore.setItem() と EncryptedLocalStore.getItem() の呼び出しで使用されます。

256 ビットのパスワードと 256 ビットのソルト値が用意できました。次は、ソルト値と連結パスワードとをビット XOR 演算で組み合わせ、1 つの値にします。これによって、文字データとして表現可能なあらゆる文字を含む可能性がある 256 ビットのパスワードを作成できます。ユーザーの入力するパスワードは主に英数字で構成されている場合がほとんどですが、そうであっても、ここで生成されるパスワードの性質は変わりません。ユーザーに長く複雑なパスワードの入力を要求しなくても、こうしてランダムな性質を付加すれば、パスワードの組み合わせの数を増やすことができます。

XOR 演算の結果は、変数 unhashedKey に格納されます。2 つの値に対してビット単位の XOR を実行する実際の処理は、xorBytes() メソッドで行われます。

var unhashedKey:ByteArray = xorBytes(concatenatedPassword, salt);

ビット単位の XOR 演算子（^）は、2 つの uint 値を受け取って、1 つの uint 値を返します（1 つの uint 値は 32 個のビットを含みます）。引数として xorBytes() メソッドに渡される入力値は、String（パスワード）と ByteArray（ソルト）です。したがって、ループを使用して入力値から一度に 32 ビットずつ抽出し、XOR 演算子を使用して結合します。

private function xorBytes(passwordString:String, salt:ByteArray):ByteArray 
{ 
    var result:ByteArray = new ByteArray(); 
     
    for (var i:uint = 0; i < 32; i += 4) 
    { 
        // ... 
    } 
     
    return result; 
}

このループ内では、passwordString パラメーターから先頭の 32 ビット（4 バイト）を抽出します。抽出したビット列を、2 段階のプロセスを経て 1 つの uint 値（o1）に変換します。最初に、charCodeAt() メソッドによって各文字の数値が取得されます。次に、ビット単位の左シフト演算子（<<）を使用して値を uint 内の適切な位置にシフトし、その値を o1 に加算します。例えば、最初の文字（i）は、ビット単位の左シフト演算子（<<）を使用して 24 ビット分だけ左にシフトされ、その値を o1 に代入することにより、最初の 8 ビットになります。2 番目の文字（(i + 1）は、値を 16 ビット分だけ左にシフトし、その結果を o1 に代入することにより、2 番目の 8 ビットになります。同様に、3 番目と 4 番目の文字の値が追加されます。

        // ... 
         
        // Extract 4 bytes from the password string and convert to a uint 
        var o1:uint = passwordString.charCodeAt(i) << 24; 
        o1 += passwordString.charCodeAt(i + 1) << 16; 
        o1 += passwordString.charCodeAt(i + 2) << 8; 
        o1 += passwordString.charCodeAt(i + 3); 
         
        // ...

以上で、変数 o1 に passwordString パラメーターから抽出した 32 ビットが格納されました。次に、salt パラメーターから 32 ビットが抽出されます。これは、readUnsignedInt() メソッドを呼び出すことにより行います。この 32 ビット列を、uint の変数 o2 に格納します。

        // ... 
         
        salt.position = i; 
        var o2:uint = salt.readUnsignedInt(); 
         
        // ...

最後に、XOR 演算子を使用して 2 つの 32 ビット（uint）値を結合し、結果を result という名前の ByteArray に書き込みます。

        // ... 
         
        var xor:uint = o1 ^ o2; 
        result.writeUnsignedInt(xor); 
        // ...

ループが終了したら、XOR の結果を格納している ByteArray が返されます。

        // ... 
    } 
     
    return result; 
}

連結したパスワードとソルト値とを組み合わせた後は、さらにセキュリティを強化するために、SHA-256 ハッシュアルゴリズムを使用してこの値をハッシュします。値をハッシュすることにより、攻撃者がリバースエンジニアリングを行うのが困難になります。

この時点で、連結したパスワードとソルトを組み合わせた結果の値が unhashedKey という ByteArray に格納されています。ActionScript 3.0 コアライブラリ（as3corelib）プロジェクトに、com.adobe.crypto パッケージに属する SHA256 というクラスがあり、このクラスの SHA256.hashBytes() メソッドは、ByteArray に対して SHA-256 ハッシュを実行し、256 ビットのハッシュ結果を 16 進数形式で格納した String を返します。EncryptionKeyGenerator クラスでは、この SHA256 クラスを使用してキーをハッシュします。

var hashedKey:String = SHA256.hashBytes(unhashedKey);

暗号化キーは、16 バイト（128 ビット）ちょうどの長さの ByteArray でなければなりません。SHA-256 ハッシュアルゴリズムの結果は常に 256 ビット長になります。したがって、最後の手順では、実際の暗号化キーとして使用される 128 ビット分をハッシュ結果から選択します。

EncryptionKeyGenerator クラスのコードで、キーを 128 ビットに短縮するために generateEncryptionKey() メソッドを呼び出します。さらに、このメソッドの結果を getEncryptionKey() メソッドの結果として返します。

var encryptionKey:ByteArray = generateEncryptionKey(hashedKey); 
return encryptionKey;

最初の 128 ビットは、暗号化キーとして使用する必要がありません。その他任意の場所から始まるビット範囲や、1 つおきに抽出したビット列、または何か別の方法で選択したビットを使用することもできます。重要なのは、128 個の別個のビットを選択すること、および毎回同じ 128 個のビットを使用することです。

この例の generateEncryptionKey() メソッドでは、18 番目のバイトから始まる範囲を暗号化キーとして使用しています。前述のように、SHA256 クラスは、256 ビットのハッシュを 16 進数値として格納した String を返します。128 ビットの塊はバイト数が多すぎるため、一度に ByteArray に追加することができません。このため、コードでは、for ループを使用して 16 進数の String から文字を抽出し、実際の数値に変換してから、ByteArray に追加します。SHA-256 の結果として得られる String の長さは 64 文字です。128 ビットの範囲がこの String の 32 文字に相当し、各文字は 4 ビットを表します。ByteArray に追加できる最小のデータインクリメント単位は 1 バイト（8 ビット）です。これは、hash String の 2 文字に相当します。このため、loop では、2 文字分のインクリメントで 0 ～ 31（32 文字）がカウントされます。

ループ内では、最初に現在の文字ペアの開始位置を特定します。目的の範囲はインデックス位置 17（18 番目のバイト）で開始されるため、position 変数には、現在のイテレータ値（i）に 17 を足した値が代入されます。コードでは、String オブジェクトの substr() メソッドを使用して、現在の位置にある 2 文字を抽出します。この文字は変数 hex に格納されます。次に、parseInt() メソッドを使用して、hex String を 10 進数の整数値に変換します。変換された値は、int 型の変数 byte に格納されます。最後に、byte の値を、result ByteArray に writeByte() メソッドで追加します。ループが終了した時点で、result ByteArray には、データベースの暗号化キーとして使用できる 16 個のバイトが格納されています。

private function generateEncryptionKey(hash:String):ByteArray 
{ 
    var result:ByteArray = new ByteArray(); 
     
    for (var i:uint = 0; i < 32; i += 2) 
    { 
        var position:uint = i + 17; 
        var hex:String = hash.substr(position, 2); 
        var byte:int = parseInt(hex, 16); 
        result.writeByte(byte); 
    } 
     
    return result; 
}