.NETの署名・暗号化アルゴリズム

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目次 †

概要 †

暗号化アルゴリズムは、一通り揃っている。

• 乱数生成
  RNGCryptoServiceProvider?

• パスワードからのキー生成
  Rfc2898DeriveBytes?

• ハッシュ
  • 暗号ハッシュ（様々な用途に利用可能）
  • キー付きハッシュ（署名・検証にも利用可能）

• 暗号（暗号化・復号化、署名・検証に利用可能）
  • 秘密鍵・暗号化
    • Aes
    • DES
    • RC2
    • Rijndael
    • TripleDES

• 公開鍵・暗号化
  • RSA
  • DSA
  • ECDsa

• ハイブリッド・暗号化（キー交換）
  • RSA
  • ECDiffieHellman?

• 署名（署名・検証に利用可能）
  • RSA
  • DSA
  • ECDsa

• 認証

• データの整合性 （MAC）
  • HMAC MD5
  • HMAC RIPEMD160
  • HMAC SHA256
  • HMAC SHA384
  • HMAC SHA512
  • MAC TripleDES

• データのプライバシー（AEAD）
  については自作が必要。
  • 3DES-CBC
  • AES-CBC
  • AES-CTR
  • AES-CCM
  • AES-GCM ★
  • AES-GMAC

.NET Frameworkの暗号化Providerの列挙 †

乱数生成、キー生成 †

乱数生成 †

• RNGCryptoServiceProvider?を使用して、暗号乱数を生成する。
• Membership.GeneratePassword?も下位でRNGCryptoServiceProvider?を使用している。

• 参考
  • RNGCryptoServiceProvider? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rngcryptoserviceprovider
  • GeneratePassword? Method
    http://aspnet.4guysfromrolla.com/demos/GeneratePassword.aspx
    • This demo illustrates how to use the code for ASP.NET 2.0's Membership.GeneratePassword?() method in ASP.NET 1.x.
    • I 'borrowed' this code from the 2.0 .NET Framework using Reflector.

キー生成 †

• Rfc2898DeriveBytes?を使用して、パスワード ベースのキーを生成する。

• 主に、
  • キー付きハッシュ（KeyedHashAlgorithm?）
  • 秘密鍵暗号方式（SymmetricAlgorithm?）

のキーを生成する（パスワードをそのまま使用しない）。

• 参考
  • Rfc2898DeriveBytes? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rfc2898derivebytes

ハッシュ化 †

暗号ハッシュ（HashAlgorithm?） †

• HashAlgorithm?.Createというファクトリを使用して、
  HashAlgorithm?型で扱えば、あまり差異が無く使える。

• Managed、CAPI(CSP)、CNG実装が揃っている。

• HashAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hashalgorithm

• MD5 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.md5
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.md5cng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.md5cryptoserviceprovider

• RIPEMD160 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.ripemd160
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.ripemd160managed

• SHA1 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha1
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha1cng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha1cryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha1managed

• SHA256 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha256
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha256cng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha256cryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha256managed

• SHA384 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha384
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha384cng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha384cryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha384managed

• SHA512 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha512
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha512cng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha512cryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.sha512managed

キー付きハッシュ（KeyedHashAlgorithm?） †

• KeyedHashAlgorithm?.Createというファクトリを使用して、
  KeyedHashAlgorithm?型で扱えば、あまり差異が無く使える。
  （ただし、Key指定する場合、個別のコンストラクタを使用する必要がある）

• Managed実装のみで、CAPI(CSP)、CNG実装は無い。

• KeyedHashAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.keyedhashalgorithm

• HMAC クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmac
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmacmd5
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmacripemd160
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmacsha1
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmacsha256
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmacsha384
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.hmacsha512

• MACTripleDES クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.mactripledes

秘密鍵・暗号化方式 †

SymmetricAlgorithm? †

• Managed、CAPI(CSP)、CNG実装の統一性が無い。
  基本、CAPI(CSP)に、CNG・Managed実装が混入しているイメージ。

• SymmetricAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.symmetricalgorithm

• Aes クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.aes
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.aescng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.aescryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.aesmanaged

• DES クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.des
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.descryptoserviceprovider

• RC2 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rc2
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rc2cryptoserviceprovider

• Rijndael クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rijndael
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rijndaelmanaged

• TripleDES クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.tripledes
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.tripledescng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.tripledescryptoserviceprovider

公開鍵・暗号化方式 †

AsymmetricAlgorithm? †

• AsymmetricAlgorithm?の内、暗号化・復号化が可能な公開鍵暗号方式は、
  RSAのみ（他のアルゴリズムは、キー交換や署名のみサポート）。

• AsymmetricAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.security.cryptography.asymmetricalgorithm

• RSA クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsa
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsacng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsacryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsaopenssl

ハイブリッド・暗号化（キー交換）方式 †

AsymmetricKeyExchange? †

非対称キー交換フォーマッタ（Formatter）、デフォーマッタ（Deformatter）
プロバイダをラップして、手続きだけを提供するクラス。

• AsymmetricKeyExchangeFormatter? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.asymmetrickeyexchangeformatter
  • RSAOAEPKeyExchangeFormatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsaoaepkeyexchangeformatter
  • RSAPKCS1KeyExchangeFormatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsapkcs1keyexchangeformatter

• AsymmetricKeyExchangeDeformatter? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.asymmetrickeyexchangedeformatter
  • RSAOAEPKeyExchangeDeformatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsaoaepkeyexchangedeformatter
  • RSAPKCS1KeyExchangeDeformatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsapkcs1keyexchangedeformatter

ECDiffieHellman? †

• ECDiffieHellman? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.security.cryptography.ecdiffiehellman
  • https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.security.cryptography.ecdiffiehellmancng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.ecdiffiehellmanopenssl

署名・検証 †

デジタル署名

AsymmetricAlgorithm? †

• RSAだけは、署名・検証だけでなく、暗号化・復号化にも利用可能。
• Managed、CAPI(CSP)、CNG実装が一通り提供されている。
  新しいアルゴリズムは、CNGとOpenSSLの二択になって行くようにも見える。

• AsymmetricAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.asymmetricalgorithm

• RSA クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsa
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsacng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsacryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsaopenssl

• DSA クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.dsa
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.dsacng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.dsacryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.dsaopenssl

• ECDsa クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.ecdsa
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.ecdsacng
  • https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.ecdsaopenssl

AsymmetricSignatureFormatter? †

• 非対称署名フォーマッタ、デフォーマッタ
  プロバイダをラップして、手続きだけを提供するクラス。

• AsymmetricSignatureFormatter? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.asymmetricsignatureformatter
  • RSAPKCS1SignatureFormatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsapkcs1signatureformatter
  • DSASignatureFormatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.dsasignatureformatter

• AsymmetricSignatureDeformatter? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.asymmetricsignaturedeformatter
  • RSAPKCS1SignatureDeformatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.rsapkcs1signaturedeformatter
  • DSASignatureDeformatter? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.dsasignaturedeformatter

追加可能なプロバイダ †

Security.Cryptography †

昨今（、クロスドメイン認証周りの需要でか）、日進月歩で追加されている

Security.Cryptography.XML †

XML署名・暗号

.NET Standardの暗号化Providerの列挙 †

.NET Frameworkからの移植 †

• 予想外に、CSPやCNGのプロバイダも移植されている
• ...が、一部含まれないものがある（特にCNG系実装に多い）。
• これらCNGのプロバイダの移植が、今後どう進むか？は不明。

追加のプロバイダ †

Managed、CAPI(CSP)、CNG実装とは？ †

• Managedで終わる名称のProviderは、.NET実装と思われる。

• CryptoServiceProvider? (CSP) で終わる名称のProviderは、
  「CryptoAPI Cryptographic Service Providers (CSP ≒ CAPI) 実装と思われる。

• Cryptography Next Generation (CNG) で終わる名称のProviderは、
  CNG Cryptographic Algorithm Providers実装と思われる。

• Understanding Cryptographic Providers | Microsoft Docs
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/desktop/SecCertEnroll/understanding-cryptographic-providers

CAPI (CSP) †

• CryptoAPI Cryptographic Service Providers | Microsoft Docs
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/desktop/SecCertEnroll/cryptoapi-cryptographic-service-providers

• Cryptographic API - Wikipedia
  https://ja.wikipedia.org/wiki/Cryptographic_API

CNG †

• CNG系の暗号化プロバイダの秘密鍵、暗号化操作は、
  CNG キー分離サービスは、分離 LSA プロセスでホストされているため、
  CC (Common Criteria)国際標準規格の要求に従ってキープロセス分離を提供する。

• 分離 LSA プロセス
  • 仮想化ベースのセキュリティを使って保護され、OSの他の部分からアクセスできない。
  • CNGプロバイダを使用するプロセスは、RPCを使って分離 LSA プロセスと通信する。

アルゴリズム †

• MD5

• Sha1
• Sha256
• Sha384
• Sha512

• Rsa

• ECDsa
  • ECDsaP256
  • ECDsaP384
  • ECDsaP521

• ECDiffieHellman?
  • ECDiffieHellmanP256
  • ECDiffieHellmanP384
  • ECDiffieHellmanP521

参考 †

• Cryptography Next Generation
  https://technet.microsoft.com/en-us/library/532ac164-da33-4369-bef0-8f019d5a18b8
• CNGとは (Cryptography Next Generation) シーエヌジー： - IT用語辞典バイナリ
  http://www.sophia-it.com/content/Cryptography+Next+Generationax
• CNG Key Isolation: Windows 7 不要なサービスを無効＆停止！
  http://windows7service.spinse.net/category/10277691-1.html

• How to use RSA in .NET: RSACryptoServiceProvider? vs. RSACng and good practise patterns - Dusted Codes
  https://dusted.codes/how-to-use-rsa-in-dotnet-rsacryptoserviceprovider-vs-rsacng-and-good-practise-patterns
  • RSACryptoServiceProvider?は独自のキー操作に結びついている。
  • RSACngのキーはCngKey?クラスによって管理され、コンストラクタに注入できる。

• Microsoft Docs

• Algorithm
  • CNG Cryptographic Algorithm Providers
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/desktop/SecCertEnroll/cng-cryptographic-algorithm-providers
  • CngAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.cngalgorithm

• Key
  • CNG Key Storage Providers
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/desktop/SecCertEnroll/cng-key-storage-providers
  • CngKey? クラス (System.Security.Cryptography)
    https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/api/system.security.cryptography.cngkey

Managed、CSP、CNG、OpenSSLの選択肢 †

• .NET Framework の暗号モデル | Microsoft Docs
  https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/standard/security/cryptography-model

には、以下のようにある。

最適な実装を選択可能 †

• マネージ実装
  .NET Framework をサポートするすべてのプラットフォームで利用可能。
  ただし、マネージ実装はFIPSに認定されておらず、ラッパー クラスよりも低速である場合がある。

• CAPI 実装
  CSPラッパー。以前のOSで使用可能だが、開発中止となっている。

• CNG 実装
  CNGラッパー。まさに最新の実装であり、新しい開発が行われる。

.NET Core、Linux †

• 選択と言うより、
  プラットフォームによって限定的になるもよう。

• 例えば、X.509 を使用した際に取得できるRSAプロバイダが、
  • .NET FrameworkではRSACsp
  • .NET Core on WindowsではRSACng
  • .NET Core on Linuxでは、RSAOpenSsl?

になることなどを観測した。

• この辺りは、プラットフォーム依存が強いので、
  クロスプラットフォーム対応は難しい部分がありそう。

• ただし、バージョンが上がるにつれて、
  着実に実装の移行・追加が進んでいることを確認できた。

性能 †

• Measuring the performance of AES implementations in .Net Framework
  (AesManaged? vs AesCryptoServiceProvider?) - CodeProject?
  https://www.codeproject.com/Tips/844795/Measuring-the-performance-of-AES-implementations-i

参考 †

• Programming .NET Security - O'Reilly Media
  http://shop.oreilly.com/product/9780596004422.do

• Visual Studio C#でファイルを暗号化してみる
  https://qiita.com/hibara/items/c9096376b1d7b5c8e2ae

• How to use RSA in .NET:
  RSACryptoServiceProvider? vs. RSACng and good practise patterns - Dusted Codes
  https://dusted.codes/how-to-use-rsa-in-dotnet-rsacryptoserviceprovider-vs-rsacng-and-good-practise-patterns

ライブラリ †

OpenSSL †

BouncyCastle †

libsodium †

• C言語で開発された、クロスプラットフォームの暗号化ライブラリを含む。
• PHPでは、PECLで提供されていたがコアに標準的に組み込まれた等の経緯があるもよう。

• nuget.org
  • https://www.nuget.org/packages/libsodium/
  • https://www.nuget.org/packages/libsodium-net/

Open 棟梁 †

参考 †

• 暗号ライブラリの比較 - Wikipedia
  https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9A%97%E5%8F%B7%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%AA%E3%81%AE%E6%AF%94%E8%BC%83

DOBON.NET: VB.NET, C#, 無料ソフトウェア... †

http://dobon.net/index.html

• 文字列、暗号化: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/index.html

暗号ハッシュ †

• MD5やSHA1などでハッシュ値を計算する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/md5.html
• ファイルのMD5やSHA1などでハッシュ値を計算する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/filemd5.html

秘密鍵暗号方式 †

• パスワードで文字列を暗号化する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/encryptstring.html
• パスワードでファイルを暗号化する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/encryptfile.html

公開鍵暗号方式 †

• 公開鍵暗号方法で暗号化する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/rsaencryption.html

署名・検証 †

• デジタル署名を作成、検証する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/digitalsignature.html

乱数生成、キー生成 †

• 乱数を生成する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/programing/random.html
• パスワードのようなランダムな文字列を生成する: .NET Tips: C#, VB.NET
  http://dobon.net/vb/dotnet/string/generatepassword.html

OSSコンソーシアム †

開発基盤部会 Wiki †

• 高度午前 - 技術要素 - セキュリティ - 暗号・認証
• SC：対策技術 - 暗号

開発基盤部会 Blog †

• .NETの暗号ライブラリが進化している件について。
  https://www.osscons.jp/jo0xhcron-537

• JWS (ES256)、JWE (RSAES-OAEP and AES GCM)の実装が完了しました。
  https://www.osscons.jp/joirtdyb5-537/

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