鍵管理 - 暗号化全般

鍵管理とは

鍵管理（Key Management）は、暗号鍵のライフサイクル全体にわたって、鍵を安全に生成、配布、保管、使用、更新（ローテーション）、廃棄するための包括的なプロセスです。

「暗号の強度は鍵管理の強度で決まる」と言われるほど、鍵管理はセキュリティの根幹を成します。どれほど強力な暗号アルゴリズムを使用しても、鍵の管理が不適切であれば意味がありません。

鍵のライフサイクル

┌─────────┐   ┌─────────┐   ┌─────────┐   ┌─────────┐
│  生成   │ → │  配布   │ → │  使用   │ → │ 保管    │
└─────────┘   └─────────┘   └─────────┘   └─────────┘
                                               │
┌─────────┐   ┌─────────┐   ┌─────────┐        ↓
│  破棄   │ ← │  失効   │ ← │ローテーション│←─────┘
└─────────┘   └─────────┘   └─────────┘

各フェーズの考慮事項

• 生成：暗号論的に安全な乱数生成器を使用
• 配布：暗号化されたチャネルで安全に転送
• 使用：必要最小限のアクセス権限を付与
• 保管：暗号化された状態で保存、HSMの利用
• ローテーション：定期的な鍵の更新
• 失効：漏洩時の即座の無効化
• 破棄：復元不可能な方法での削除

AIエンジニアとしての実体験

マルチテナントAIサービスの開発で、テナントごとのデータを個別の鍵で暗号化する「エンベロープ暗号化」を実装しました。

# AWS KMSを使用したエンベロープ暗号化
import boto3
from cryptography.fernet import Fernet
import base64

kms = boto3.client('kms')

def encrypt_data(tenant_id: str, data: bytes) -> dict:
    # 1. KMSでデータ鍵を生成
    response = kms.generate_data_key(
        KeyId=f'alias/tenant-{tenant_id}',
        KeySpec='AES_256'
    )
    
    plaintext_key = response['Plaintext']
    encrypted_key = response['CiphertextBlob']
    
    # 2. データ鍵でデータを暗号化
    fernet = Fernet(base64.urlsafe_b64encode(plaintext_key))
    encrypted_data = fernet.encrypt(data)
    
    # 3. 平文の鍵はメモリから消去（実際にはより厳密な処理が必要）
    del plaintext_key
    
    return {
        'encrypted_key': base64.b64encode(encrypted_key).decode(),
        'encrypted_data': encrypted_data.decode()
    }

def decrypt_data(tenant_id: str, encrypted_key: str, encrypted_data: str) -> bytes:
    # 1. KMSで暗号化されたデータ鍵を復号
    response = kms.decrypt(
        CiphertextBlob=base64.b64decode(encrypted_key),
        KeyId=f'alias/tenant-{tenant_id}'
    )
    
    plaintext_key = response['Plaintext']
    
    # 2. データ鍵でデータを復号
    fernet = Fernet(base64.urlsafe_b64encode(plaintext_key))
    return fernet.decrypt(encrypted_data.encode())

自社サーバー運用への応用

鍵管理のベストプラクティス

1. 鍵の分離：環境ごと（開発・本番）に異なる鍵を使用
2. 最小権限の原則：必要なサービスのみに鍵へのアクセスを許可
3. 監査ログ：すべての鍵操作を記録
4. 自動ローテーション：手動操作を減らしヒューマンエラーを防止
5. バックアップ：鍵の安全なバックアップと復旧手順の確立

主要な鍵管理ツール

ツール	特徴	用途
AWS KMS	マネージドサービス、HSMバック	AWSサービス統合
HashiCorp Vault	オープンソース、多機能	マルチクラウド
Azure Key Vault	Azure統合、証明書管理	Azure環境
Google Cloud KMS	GCP統合、HSMオプション	GCP環境

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Crypto Agility

ポスト量子暗号への移行を見据え、暗号アルゴリズムを柔軟に切り替えられる「暗号アジリティ」の重要性が高まっています。

トラブル事例と対策

権威あるリソース

• NIST SP 800-57 - Recommendation for Key Management
• AWS KMS Developer Guide
• HashiCorp Vault Documentation

関連用語

• HSM（ハードウェアセキュリティモジュール）
• 鍵ローテーション
• HashiCorp Vault
• 共通鍵暗号
• 公開鍵暗号

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