鍵導出関数
鍵導出関数
鍵導出関数（KDF）は、暗号化アルゴリズムで、パスワードやパスフレーズなどの秘密の値から1つまたは複数の秘密鍵を導出します。 その主な目的は、計算上元の秘密を導出鍵から逆算して回復することを不可能にすることです。
鍵導出関数の仕組み
鍵導出関数は、暗号の分野でさまざまな目的を果たします。一般的には以下のようなシナリオで使用されます：
パスワードベースのKDF: 安全にパスワードを保存および送信するシステムでは、KDFを使用してパスワードから暗号鍵を導出します。これにより、導出された鍵が危険にさらされた場合でも、元のパスワードを取得することは計算上困難になります。人気のあるパスワードベースのKDFアルゴリズムには、Argon2、PBKDF2、およびbcryptがあります。
例: ユーザーのパスワードのデータベースを考えてみてください。パスワードを直接保存する代わりに、KDFを使用してパスワードのハッシュを導出し、それをデータベースに保存します。ユーザーがログイン時にパスワードを入力すると、同じKDFアルゴリズムを使用して入力されたパスワードからハッシュを導出し、保存されているハッシュと比較します。これにより、パスワードデータベースにアクセスした者にも元のパスワードが不明のままになります。
暗号鍵導出: KDFは暗号化、復号、または認証目的の暗号鍵を導出するために使用されます。これらの鍵はデータの機密性、完全性、および真正性を確保するために重要です。暗号鍵導出KDFは、元の鍵を推測または導出しようとする攻撃に耐性のある安全な鍵を生成する手段を提供します。よく知られている暗号鍵導出KDFには、HKDF（HMACベースの鍵導出関数）、scrypt、TLS（Transport Layer Security）プロトコルの鍵展開関数があります。
例: 安全なメッセージングアプリケーションでは、KDFを使用してメッセージを暗号化および復号するためのセッション鍵を導出できます。KDFは、共通の秘密鍵、ノンス、および追加のコンテキストデータなどの入力パラメータを受け取り、各セッションに固有のセッション鍵を生成します。これにより、攻撃者が暗号化されたメッセージを傍受したとしても、共通の秘密鍵の知識なしにセッション鍵を導くことはできません。
キー強化: KDFはまた、エントロピーを増加させることで弱い鍵やパスワードを強化し、ブルートフォース攻撃に対する抵抗力を高めるために使用されます。KDFを複数回適用したり、追加のランダムなデータでプロセスを反復することで、導出された鍵を計算上さらに複雑にします。
例: ユーザーが弱いパスワードを選択した場合、KDFを使用してそれを強化できます。KDFアルゴリズムを高回数で反復し、ランダムなソルトを追加することで、導出された鍵は推測やブルートフォース手法で解明するのが指数的に困難になります。
予防のヒント
鍵導出関数によるセキュリティを最大限に引き出すために、以下の予防のヒントを検討してください：
強力なパスワードの使用: 強力で一意のパスワードを使用することは、KDFプロセスをリバースする難しさを大幅に増加させます。それを実現するためには、大文字、小文字、数字、特殊文字を組み合わせたパスワードを使用してください。一般的で簡単に推測できる言葉やパターンは避けましょう。
安全なKDFアルゴリズムの選択: 徹底的に分析され、既知の暗号攻撃に耐性のある、確立されたKDFアルゴリズムを選ぶことが重要です。信頼できる情報源や暗号の規格に基づいて推奨を参照してください。
反復サルティングの実施: ランダムなソルトを追加し、KDFプロセスを反復することで、特にパスワードベースのアプリケーションにおける導出鍵のセキュリティを大幅に向上させることができます。 ソルトはKDF入力に追加されるランダムな値で、同じ入力が異なる出力を生成することを保証します。KDFプロセスを複数回反復することは、ブルートフォース攻撃をより時間のかかるものにします。
例: bcryptパスワードハッシュ関数は、このようなソルトと反復を組み込んだアルゴリズムの一例です。これは、事前に計算されたパスワードハッシュのテーブルを使用して保存されたハッシュとすばやく一致させるレインボーテーブル攻撃に対する保護を提供します。
常に最新情報を保持する: 暗号の分野での進展、研究、および脆弱性を把握し続けてください。セキュリティパッチと改良を組み込むために、システムを定期的に更新してください。
関連用語
ソルト（暗号学）: 鍵導出関数の入力に追加されるランダムな値で、同じ入力が同じ出力を生成しないようにします。サルティングはレインボーテーブル攻撃など、さまざまな攻撃に対抗する効果的な技術です。
ブルートフォース攻撃: 攻撃者が暗号化データやパスワードを復号化するために使用する試行錯誤法です。ブルートフォース攻撃は、正しい組み合わせが見つかるまで全ての可能性を体系的に試みます。
鍵導出関数に関連する概念やベストプラクティスを理解し実施することで、暗号システムのセキュリティと完全性を大幅に向上させ、機密情報を保護し不正アクセスを防止できます。