KotlinECC暗号化

Question

Kotlin内の楕円曲線暗号化に関する情報はありますか？

キーペアの生成と暗号化、メッセージの復号化に。

このトピックに関する情報はほとんどありません。

たとえば、ECCP-521楕円曲線を実装したいと思います。

Kotlin内でJavaバージョンを使用することはおそらく可能ですか？

そして、これをどのように実装しますか？

Answer 1

ECCは、ECCベースの非対称暗号化と対称暗号化を組み合わせたハイブリッド暗号化スキームであるECIESを提供します。ここで共有シークレットが生成され、そこからデータの対称暗号化のキーが導出されます。認証にはMACが使用されます。ECIESは、さまざまな暗号規格で指定されています。詳細については、こちらをご覧ください。

ECIESは、質問にリストしたコンポーネント（ECCによる共有秘密、対称暗号化、認証用のMAC）を使用します。ただし、特定のアルゴリズムは使用する標準または実装によって異なるため、それらを直接制御することはできません。これで十分な場合は、ECIESが適しています。

ECIESは、IEEE P1363a標準を実装するBouncyCastleなどによってサポートされています。したがって、ECIESを使用するには、最初にBouncyCastleを追加する必要があります（たとえば、app / gradleの依存関係セクションにあるAndroidStudioの場合）。こちらも参照してください。

implementation 'org.bouncycastle:bcprov-jdk15to18:1.67'

次に、次のKotlinコードは、ECIESおよびNISTP-521を使用して暗号化/復号化を実行します。

// Add BouncyCastle
Security.removeProvider("BC")
Security.addProvider(BouncyCastleProvider())

// Key Pair Generation
val keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("ECDH")
keyPairGenerator.initialize(ECGenParameterSpec("secp521r1"))
val keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair()

// Encryption
val plaintext = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".toByteArray(StandardCharsets.UTF_8)
val cipherEnc = Cipher.getInstance("ECIES")
cipherEnc.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.public) // In practice, the public key of the recipient side is used
val ciphertext = cipherEnc.doFinal(plaintext)

// Decryption
val cipherDec = Cipher.getInstance("ECIES")
cipherDec.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.private)
val decrypted = cipherDec.doFinal(ciphertext)
println(String(decrypted, StandardCharsets.UTF_8))

APIレベル28 / Android 9Pieでテスト済み。

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使用するアルゴリズムをより細かく制御したい場合は、個々のコンポーネントを手動で実装できます。

• 共有秘密を決定するためのNISTP-521を使用したECDH
• ハッシュの最初の32バイトとしてAES-256キーを決定するSHA-512（ECIESのコンテキストでのKDFの使用については、ここも参照してください）
• 対称暗号化用のAES-256 / GCM（GCMはすでに認証された暗号化であるため、明示的なMACは必要ありません）

次に、次のKotlinコードは、これらのコンポーネントを使用して暗号化/復号化を実行します。

// Generate Keys
val keyPairA = generateKeyPair()
val keyPairB = generateKeyPair()

// Generate shared secrets
val sharedSecretA = getSharedSecret(keyPairA.private, keyPairB.public)
val sharedSecretB = getSharedSecret(keyPairB.private, keyPairA.public)

// Generate AES-keys
val aesKeyA = getAESKey(sharedSecretA)
val aesKeyB = getAESKey(sharedSecretB)

// Encryption (WLOG by A)
val plaintextA = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".toByteArray(StandardCharsets.UTF_8)
val ciphertextA = encrypt(aesKeyA, plaintextA)

// Decryption (WLOG by B)
val plaintextB = decrypt(aesKeyB, ciphertextA)
println(String(plaintextB, StandardCharsets.UTF_8))

と：

private fun generateKeyPair(): KeyPair {
    val keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC")
    keyPairGenerator.initialize(ECGenParameterSpec("secp521r1"))
    return keyPairGenerator.generateKeyPair()
}

private fun getSharedSecret(privateKey: PrivateKey, publicKey: PublicKey): ByteArray {
    val keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("ECDH")
    keyAgreement.init(privateKey)
    keyAgreement.doPhase(publicKey, true)
    return keyAgreement.generateSecret()
}

private fun getAESKey(sharedSecret: ByteArray): ByteArray {
    val digest = MessageDigest.getInstance("SHA-512")
    return digest.digest(sharedSecret).copyOfRange(0, 32)
}

private fun encrypt(aesKey: ByteArray, plaintext: ByteArray): ByteArray {
    val secretKeySpec = SecretKeySpec(aesKey, "AES")
    val iv = ByteArray(12) // Create random IV, 12 bytes for GCM
    SecureRandom().nextBytes(iv)
    val gCMParameterSpec = GCMParameterSpec(128, iv)
    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, gCMParameterSpec)
    val ciphertext = cipher.doFinal(plaintext)
    val ivCiphertext = ByteArray(iv.size + ciphertext.size) // Concatenate IV and ciphertext (the MAC is implicitly appended to the ciphertext)
    System.arraycopy(iv, 0, ivCiphertext, 0, iv.size)
    System.arraycopy(ciphertext, 0, ivCiphertext, iv.size, ciphertext.size)
    return ivCiphertext
}

private fun decrypt(aesKey: ByteArray, ivCiphertext: ByteArray): ByteArray {
    val secretKeySpec = SecretKeySpec(aesKey, "AES")
    val iv = ivCiphertext.copyOfRange(0, 12) // Separate IV
    val ciphertext = ivCiphertext.copyOfRange(12, ivCiphertext.size) // Separate ciphertext (the MAC is implicitly separated from the ciphertext)
    val gCMParameterSpec = GCMParameterSpec(128, iv)
    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, gCMParameterSpec)
    return cipher.doFinal(ciphertext)
}

APIレベル28 / Android 9Pieで再度テストされました。