.NETの署名・暗号化アルゴリズム のバックアップ(No.26)

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  • 暗号化アルゴリズム

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、キー生成

• 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）
  • 秘密鍵暗号方式
  • 公開鍵暗号方式

• 署名（署名・検証に利用可能）
  • 公開鍵暗号方式

.NET Frameworkの暗号化Providerの列挙 †

乱数生成、キー生成 †

乱数生成 †

RNGCryptoServiceProvider? クラス (System.Security.Cryptography)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rngcryptoserviceprovider.aspx

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。

• 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? クラス (System.Security.Cryptography)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rfc2898derivebytes.aspx

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）。

ハッシュ †

暗号ハッシュ（HashAlgorithm?） †

HashAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hashalgorithm.aspx

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

• RIPEMD160 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.ripemd160.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.ripemd160managed.aspx

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

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

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

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

キー付きハッシュ（KeyedHashAlgorithm?） †

suffixが無いが、調べると、

• 基本、CSP (System.Security.Cryptography.Algorithms.dll, mscorlib.dll, netstandard.dll)実装、
• HMACRIPEMD160 と MACTripleDES は、mscorlib.dllとなっているためManaged実装と思われる。

KeyedHashAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.keyedhashalgorithm.aspx

• HMAC クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmac.aspx

• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmacmd5.aspx
• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmacripemd160.aspx
• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmacsha1.aspx
• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmacsha256.aspx
• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmacsha384.aspx
• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.hmacsha512.aspx

• MACTripleDES クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.mactripledes.aspx

秘密鍵暗号方式（SymmetricAlgorithm?） †

SymmetricAlgorithm? †

SymmetricAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.symmetricalgorithm.aspx

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

• DES クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.des.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.descryptoserviceprovider.aspx

• RC2 クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rc2.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rc2cryptoserviceprovider.aspx

• Rijndael クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rijndael.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rijndaelmanaged.aspx

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

公開鍵暗号方式（AsymmetricAlgorithm?） †

AsymmetricAlgorithm? †

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://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rsa
  • https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.security.cryptography.rsacng
  • https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.security.cryptography.rsacryptoserviceprovider
  • https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.security.cryptography.rsaopenssl

• 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

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

AsymmetricKeyExchangeFormatter?, Deformatter †

非対称キー交換フォーマッタ、デフォーマッタ

• 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

署名・検証（AsymmetricAlgorithm?） †

AsymmetricAlgorithm? †

AsymmetricAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.asymmetricalgorithm.aspx

• RSA クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rsa.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rsacng.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.rsacryptoserviceprovider.aspx

• DSA クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.dsa.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.dsacng.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.dsacryptoserviceprovider.aspx

• ECDsa クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.ecdsa.aspx
  • https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.ecdsacng.aspx

※ なお、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。

AsymmetricSignatureFormatter?, Deformatter †

非対称署名フォーマッタ、デフォーマッタ

• 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

追加のプロバイダ †

Security.Cryptography †

• CLR Security - CodePlex? Archive
  https://archive.codeplex.com/?p=clrsecurity

• NuGet Gallery | Security.Cryptography
  https://www.nuget.org/packages/Security.Cryptography/
• clrsecurity/Security.Cryptography/src at master · MicrosoftArchive?/clrsecurity
  https://github.com/MicrosoftArchive/clrsecurity/tree/master/Security.Cryptography/src

• AES with CCM or GCM
  以下のクラスは、コメントを読むとAES-CCM or AES-GCMを実装している。

• AuthenticatedSymmetricAlgorithm?

  ↑（継承）

• AuthenticatedAes?, AuthenticatedAesCng?

.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（mscorlib.dll）。
• CryptoServiceProvider? (CSP) で終わる名称のProviderは、「CryptoAPI Cryptographic Service Providers (CSP ≒ CAPI) を使用する」とある（System.Core.dll）。
• Cryptography Next Generation (CNG) で終わる名称のProviderは、CNG Cryptographic Algorithm Providersの実装を使用している（System.Core.dll）。

参考 †

CAPI (CSP) †

• CryptoAPI Cryptographic Service Providers (Windows)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/windows/desktop/bb931357.aspx

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

CNG †

• 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

• Cryptography Next Generation
  https://technet.microsoft.com/en-us/library/532ac164-da33-4369-bef0-8f019d5a18b8

• CngAlgorithm? クラス (System.Security.Cryptography)
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/system.security.cryptography.cngalgorithm.aspx

• MD5
• Sha1
• Sha256
• Sha384
• Sha512
• Rsa
• ECDiffieHellman?
  • ECDiffieHellmanP256
  • ECDiffieHellmanP384
  • ECDiffieHellmanP521
• ECDsa
  • ECDsaP256
  • ECDsaP384
  • ECDsaP521

どれを使用すべき？ †

• .NET Framework の暗号モデル
  https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/0ss79b2x.aspx

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。

アルゴリズムの選択 †

• データのプライバシー
  Aes

• データの整合性
  • HMAC SHA-256
  • HMAC SHA-512

• デジタル署名
  • ECDsa
  • RSA(RS256: RSA SHA-256)

• キー交換
  • ECDiffieHellman?
  • RSA(RS256: RSA SHA-256)

• 乱数生成
  RNGCryptoServiceProvider?

• パスワードからのキー生成
  Rfc2898DeriveBytes?

CngKey? †

• 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

以下の様な違いがあるもよう。

• 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。

どちらでも良さそう。

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

• 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

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

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。

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

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