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cryptokit は何をしますか？

Apple CryptoKit を使用して Swift 暗号プリミティブを利用します。SHA-2 や SHA-3 によるハッシュ化、HMAC の生成、AES-GCM や ChaChaPoly による暗号化、P256/P384/P521/Curve25519 や ML-DSA 鍵による署名、ECDH、HPKE、ML-KEM、X-Wing 鍵交換、Secure Enclave CryptoKit 鍵の利用、または CommonCrypto コードの CryptoKit への移行時に使用します。

• CryptoKit フレームワークドキュメント
• WWDC 2024: Meet ML-DSA (ポスト量子暗号)
• Swift 進化プロセス: SE-0414 (ML-KEM & ML-DSA 2024)

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サポートプラットフォーム

• macOS 10.15+ (Catalyst および arm64 を含む)
• iOS 13.0+
• iPadOS 13.0+
• watchOS 6.0+
• tvOS 13.0+
• visionOS 1.0+

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暗号ハッシュ

SHA256, SHA384, SHA512 (SHA-2) および SHA3_256, SHA3_384, SHA3_512 (SHA-3) をサポート。

import CryptoKit

let data = Data("hello".utf8)

// SHA-2
let sha2Digest = SHA256.hash(data: data)
print(sha2Digest.hexString) // hexString は `CryptoKit` 拡張プロパティ

// SHA-3 (macOS 10.15+, iOS 13.0+)
let sha3Digest = SHA3_512.hash(data: data)

CryptoKit 拡張機能として hexString プロパティを追加:

extension Digest {
    var hexString: String {
        self.map { String(format: "%02x", $0) }.joined()
    }
}

メッセージ認証コード (HMAC)

let key = SymmetricKey(size: .bits256)
let authenticationCode = HMAC<SHA256>.authenticationCode(for: data, using: key)
let isValid = HMAC<SHA256>.isValidAuthenticationCode(authenticationCode, authenticating: data, using: key)

対称暗号化

AES-GCM (認証付き暗号化)

let key = SymmetricKey(size: .bits256)
let sealedBox = try! AES.GCM.seal(data, using: key)
let decryptedData = try! AES.GCM.open(sealedBox)

暗号文 (sealedBox.ciphertext) と認証タグ (sealedBox.tag) に加え、nonce も利用可能:

let nonce = try! AES.GCM.Nonce(data: nonceData) // 12 バイト
let sealedBox = try! AES.GCM.seal(data, using: key, nonce: nonce, authenticating: additionalData)

ChaChaPoly (認証付き暗号化)

let key = SymmetricKey(size: .bits256)
let sealedBox = try! ChaChaPoly.seal(data, using: key)
let decryptedData = try! ChaChaPoly.open(sealedBox)

ChaChaPoly は nonce と追加データもオプションでサポート:

let nonce = ChaChaPoly.Nonce()
let sealedBox = try! ChaChaPoly.seal(data, using: key, nonce: nonce, authenticating: additionalData)

HKDF による鍵導出

let derivedKey = HKDF<SHA256>.deriveKey(inputKeyMaterial: symmetricKey, salt: saltData, info: infoData, outputByteCount: 32)

公開鍵暗号

鍵の生成

// NIST P-256 / P-384 / P-521
let p256PrivateKey = P256.KeyAgreement.PrivateKey()
let p256PublicKey = p256PrivateKey.publicKey

// Curve25519 (X25519 鍵共有, Ed25519 署名)
let curve25519PrivateKey = Curve25519.KeyAgreement.PrivateKey()
let curve25519PublicKey = curve25519PrivateKey.publicKey

// ポスト量子 ML-DSA (macOS 15+, iOS 18+)
let mlDsaPrivateKey = MLDSA.PrivateKey()
let mlDsaPublicKey = mlDsaPrivateKey.publicKey

// Secure Enclave 鍵 (Secure Enclave 搭載デバイスのみ)
let accessControl = SecAccessControlCreateWithFlags(nil, kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly, .privateKeyUsage, nil)!
let sePrivateKey = try! SecureEnclave.P256.KeyAgreement.PrivateKey(accessControl: accessControl)
let sePublicKey = sePrivateKey.publicKey

デジタル署名

// ECDSA (P-256)
let signingKey = P256.Signing.PrivateKey()
let signature = try! signingKey.signature(for: data)
let isValid = signingKey.publicKey.isValidSignature(signature, for: data)

// EdDSA (Curve25519)
let edPrivateKey = Curve25519.Signing.PrivateKey()
let edSignature = try! edPrivateKey.signature(for: data)
let edIsValid = edPrivateKey.publicKey.isValidSignature(edSignature, for: data)

// ML-DSA (ポスト量子)
let mlDsaSigningKey = MLDSA.PrivateKey()
let mlDsaSignature = try! mlDsaSigningKey.signature(for: data)
let mlDsaValid = mlDsaSigningKey.publicKey.isValidSignature(mlDsaSignature, for: data)

鍵共有

// ECDH (P-256)
let alicePrivate = P256.KeyAgreement.PrivateKey()
let bobPrivate = P256.KeyAgreement.PrivateKey()
let sharedSecret = try! alicePrivate.sharedSecretFromKeyAgreement(with: bobPrivate.publicKey)

// X25519 (Curve25519)
let aliceXPrivate = Curve25519.KeyAgreement.PrivateKey()
let bobXPrivate = Curve25519.KeyAgreement.PrivateKey()
let xSharedSecret = try! aliceXPrivate.sharedSecretFromKeyAgreement(with: bobXPrivate.publicKey)

// HPKE (Hybrid Public Key Encryption)
let hpkeSender = try! HPKE.Sender(recipient: bobPublicKey, ciphersuite: .P256_HKDF_SHA256_AES_GCM)
let hpkeCiphertext = try! hpkeSender.seal(data, using: symmetricKey)
let hpkeReceiver = try! HPKE.Recipient(privateKey: bobPrivate, ciphersuite: .P256_HKDF_SHA256_AES_GCM, enc: hpkeSender.enc)
let hpkeDecrypted = try! hpkeReceiver.open(hpkeCiphertext, using: symmetricKey)

// ML-KEM (ポスト量子鍵カプセル化, macOS 15+, iOS 18+)
let mlKemPrivateKey = MLKEM512.PrivateKey()
let mlKemPublicKey = mlKemPrivateKey.publicKey
let (mlKemCiphertext, mlKemSharedSecret) = try! MLKEM512.encapsulate(publicKey: mlKemPublicKey)
let mlKemDecapsulated = try! mlKemPrivateKey.decapsulate(ciphertext: mlKemCiphertext)

// X-Wing (ハイブリッド鍵カプセル化: ML-KEM768 + X25519)
let xwingPrivateKey = XWing.PrivateKey()
let xwingPublicKey = xwingPrivateKey.publicKey
let (xwingCiphertext, xwingSharedSecret) = try! XWing.encapsulate(publicKey: xwingPublicKey)
let xwingDecapsulated = try! xwingPrivateKey.decapsulate(ciphertext: xwingCiphertext)

SafeMath (サイドチャネル攻撃対策)

import CryptoKitSafeMath // CryptoKit 内部の一部

let equal = safeCompare(data1, data2) // タイミング攻撃に耐性のある比較

CommonCrypto からの移行

// 以前 (CommonCrypto):
// CC_MD5(data, length, digest) // 非推奨

// 現在 (CryptoKit):
import CryptoKit
let digest = Insecure.MD5.hash(data: data) // レガシーコード移行のみ

// 以前: CCCrypt(kCCEncrypt, kCCAlgorithmAES, ...)
// 現在:
let key = SymmetricKey(size: .bits256)
let sealedBox = try! AES.GCM.seal(data, using: key)

ベストプラクティス

1. 鍵管理: 鍵は Keychain に保存するか、Secure Enclave を利用してください。平文の鍵をソースコードに埋め込まないでください。
2. エラー処理: 暗号操作は失敗する可能性があります (CryptoKitError をキャッチしてください)。
3. nonce の一意性: AES-GCM と ChaChaPoly では、同じ鍵で nonce を再利用しないでください（ランダム nonce 生成を使用するか、シーケンシャルな nonce を安全に管理してください）。
4. ハッシュの使用方法: SHA-2 はほとんどの用途に推奨されます。SHA-3 は将来性を考慮した選択肢であり、SHA-1 や MD5 はレガシーコードの相互運用性にのみ使用してください。
5. ポスト量子暗号: ML-DSA（署名）と ML-KEM または X-Wing（鍵共有）は、量子コンピュータに対する耐性が必要な新規プロジェクトに推奨されます。利用可能性は OS バージョンに依存します（macOS 15+、iOS 18+）。

エラー処理の例

do {
    let sealedBox = try AES.GCM.seal(plaintext, using: key)
} catch CryptoKitError.authenticationFailure {
    print("認証失敗")
} catch CryptoKitError.incorrectParameterSize {
    print("パラメータサイズが不正")
} catch {
    print("その他のエラー: \(error)")
}