デジタル署名の作成と検証

このトピックでは、非対称鍵に基づくデジタル署名の作成と検証について説明します。

デジタル署名は、非対称鍵の秘密鍵部分を使用して作成します。署名の検証は、同じ非対称鍵の公開鍵部分を使用して行います。

始める前に

  • デジタル署名を作成するときは、ASYMMETRIC_SIGN鍵の目的とする鍵を使用する必要があります。鍵の作成には、ASYMMETRIC_SIGN を使用します。

  • 署名を検証するには、鍵の作成時に使用された完全なアルゴリズムを知る必要があります。openssl コマンドを使用する以下のコマンドラインの手順については、これらのコマンドにこの情報を渡す必要があります。

  • 署名を行うユーザーまたはサービスに、非対称鍵に対する cloudkms.cryptoKeyVersions.useToSign 権限を付与します。Cloud Key Management Service の権限については、権限とロールをご覧ください。

  • 署名を検証する場合は、検証に使用する公開鍵をダウンロードするユーザーまたはサービスに、非対称鍵に対する cloudkms.cryptoKeyVersions.viewPublicKey 権限を付与します。

  • コマンドラインを使用する場合、OpenSSL をまだインストールしていなければ、ここでインストールしてください。Cloud Shell を使用する場合、OpenSSL はすでにインストールされています。

データとダイジェスト

AsymmetricSign リクエストに指定された入力は、data フィールドや digest フィールドを介して渡すことができます。これらのフィールドは、同時に指定できません。未加工のアルゴリズムCloud External Key Manager 鍵を使用した署名など、データ フィールドを必要とするアルゴリズムもあります。

未加工アルゴリズム

「未加工」アルゴリズム(RSA_SIGN_RAW_ 接頭辞で識別)は、DigestInfo へのエンコードを省略した PKCS #1 署名のバリアントです。バリアントでは、次のことが行われます。

  • ダイジェストは、署名されるメッセージに対して計算されます。
  • ダイジェストには、直接 PKCS #1 パディングが適用されます。
  • パディングされたダイジェストの署名は、RSA 秘密鍵を使用して計算されます。

こうしたアルゴリズムを使用するには、次のようにします。

  • 未加工データは、(ダイジェストの代わりに)data フィールドの一部として提供する必要があります。
  • データの長さの上限は、RSA 鍵のサイズよりも 11 バイト少なくします。たとえば、2,048 ビットの RSA 鍵がある PKCS #1 では、最大 245 バイトに署名できます。
  • cloudkms.expertRawPKCS1 ロールを適切なユーザーまたはサービスに付与します。Cloud Key Management Service の権限については、権限とロールをご覧ください。

未加工のアルゴリズムを使用すると、事前定義されたアルゴリズムが使用できないダイジェスト タイプに署名することもできます。たとえば、RSA_SIGN_RAW_2048 鍵を使用して、外部で計算済みの SHA-512 PKCS #1 DigestInfo 構造に署名できます。このプロセスでは、標準の RSA_SIGN_PKCS1_2048_SHA512 アルゴリズムと同じ結果が生成されます。

他のハッシュ アルゴリズムの ECDSA サポート

ECDSA 署名アルゴリズムの一般的な形式は次のとおりです。

EC_SIGN_ELLIPTIC_CURVE_[DIGEST_ALGORITHM]

DIGEST_ALGORITHM の値は SHA256SHA384、または SHA512 です。ハッシュは署名を作成する前に行われるため、これらの署名アルゴリズムは、Keccak などの SHA 以外のダイジェストでも使用できます。Keccak ダイジェストを使用するには、Keccak ハッシュ値を指定し、同じ長さの SHA ダイジェスト アルゴリズムを使用します。たとえば、EC_SIGN_P256_SHA256 アルゴリズムを使用するリクエストで KECCAK256 ダイジェストを使用できます。

署名の作成

gcloud

コマンドラインで Cloud KMS を使用するには、まず Google Cloud CLI の最新バージョンをインストールまたはアップグレードします

gcloud kms asymmetric-sign \
    --version key-version \
    --key key \
    --keyring key-ring \
    --location location \
    --digest-algorithm digest-algorithm \
    --input-file input-file \
    --signature-file signature-file

key-version は、署名に使用する鍵のバージョンに置き換えます。key は、鍵名で置き換えます。key-ring は、鍵が配置されている鍵リングの名前に置き換えます。location を鍵リングの Cloud KMS の場所に置き換えます。digest-algorithm は、使用するアルゴリズムに置き換えます。input-file を Cloud KMS に送信して署名する場合は、digest-algorithm を省略します。input-filesignature-file は、署名するファイルのローカルパスと署名ファイルに置き換えます。

すべてのフラグと有効な値については、--help フラグを指定してコマンドを実行してください。

C#

このコードを実行するには、まず C# 開発環境を設定し、Cloud KMS C# SDK をインストールします。


using Google.Cloud.Kms.V1;
using Google.Protobuf;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;

public class SignAsymmetricSample
{
    public byte[] SignAsymmetric(
      string projectId = "my-project", string locationId = "us-east1", string keyRingId = "my-key-ring", string keyId = "my-key", string keyVersionId = "123",
      string message = "Sample message")
    {
        // Create the client.
        KeyManagementServiceClient client = KeyManagementServiceClient.Create();

        // Build the key version name.
        CryptoKeyVersionName keyVersionName = new CryptoKeyVersionName(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId);

        // Convert the message into bytes. Cryptographic plaintexts and
        // ciphertexts are always byte arrays.
        byte[] plaintext = Encoding.UTF8.GetBytes(message);

        // Calculate the digest.
        SHA256 sha256 = SHA256.Create();
        byte[] hash = sha256.ComputeHash(plaintext);

        // Build the digest.
        //
        // Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
        // example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
        Digest digest = new Digest
        {
            Sha256 = ByteString.CopyFrom(hash),
        };

        // Call the API.
        AsymmetricSignResponse result = client.AsymmetricSign(keyVersionName, digest);

        // Get the signature.
        byte[] signature = result.Signature.ToByteArray();

        // Return the result.
        return signature;
    }
}

Go

このコードを実行するには、まず Go 開発環境を設定し、Cloud KMS Go SDK をインストールします。

import (
	"context"
	"crypto/sha256"
	"fmt"
	"hash/crc32"
	"io"

	kms "cloud.google.com/go/kms/apiv1"
	"cloud.google.com/go/kms/apiv1/kmspb"
	"google.golang.org/protobuf/types/known/wrapperspb"
)

// signAsymmetric will sign a plaintext message using a saved asymmetric private
// key stored in Cloud KMS.
func signAsymmetric(w io.Writer, name string, message string) error {
	// name := "projects/my-project/locations/us-east1/keyRings/my-key-ring/cryptoKeys/my-key/cryptoKeyVersions/123"
	// message := "my message"

	// Create the client.
	ctx := context.Background()
	client, err := kms.NewKeyManagementClient(ctx)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to create kms client: %w", err)
	}
	defer client.Close()

	// Convert the message into bytes. Cryptographic plaintexts and
	// ciphertexts are always byte arrays.
	plaintext := []byte(message)

	// Calculate the digest of the message.
	digest := sha256.New()
	if _, err := digest.Write(plaintext); err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to create digest: %w", err)
	}

	// Optional but recommended: Compute digest's CRC32C.
	crc32c := func(data []byte) uint32 {
		t := crc32.MakeTable(crc32.Castagnoli)
		return crc32.Checksum(data, t)

	}
	digestCRC32C := crc32c(digest.Sum(nil))

	// Build the signing request.
	//
	// Note: Key algorithms will require a varying hash function. For example,
	// EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
	req := &kmspb.AsymmetricSignRequest{
		Name: name,
		Digest: &kmspb.Digest{
			Digest: &kmspb.Digest_Sha256{
				Sha256: digest.Sum(nil),
			},
		},
		DigestCrc32C: wrapperspb.Int64(int64(digestCRC32C)),
	}

	// Call the API.
	result, err := client.AsymmetricSign(ctx, req)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to sign digest: %w", err)
	}

	// Optional, but recommended: perform integrity verification on result.
	// For more details on ensuring E2E in-transit integrity to and from Cloud KMS visit:
	// https://cloud.google.com/kms/docs/data-integrity-guidelines
	if result.VerifiedDigestCrc32C == false {
		return fmt.Errorf("AsymmetricSign: request corrupted in-transit")
	}
	if result.Name != req.Name {
		return fmt.Errorf("AsymmetricSign: request corrupted in-transit")
	}
	if int64(crc32c(result.Signature)) != result.SignatureCrc32C.Value {
		return fmt.Errorf("AsymmetricSign: response corrupted in-transit")
	}

	fmt.Fprintf(w, "Signed digest: %s", result.Signature)
	return nil
}

Java

このコードを実行するには、まず Java 開発環境を設定し、Cloud KMS Java SDK をインストールします。

import com.google.cloud.kms.v1.AsymmetricSignResponse;
import com.google.cloud.kms.v1.CryptoKeyVersionName;
import com.google.cloud.kms.v1.Digest;
import com.google.cloud.kms.v1.KeyManagementServiceClient;
import com.google.protobuf.ByteString;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.MessageDigest;

public class SignAsymmetric {

  public void signAsymmetric() throws IOException, GeneralSecurityException {
    // TODO(developer): Replace these variables before running the sample.
    String projectId = "your-project-id";
    String locationId = "us-east1";
    String keyRingId = "my-key-ring";
    String keyId = "my-key";
    String keyVersionId = "123";
    String message = "my message";
    signAsymmetric(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId, message);
  }

  // Get the public key associated with an asymmetric key.
  public void signAsymmetric(
      String projectId,
      String locationId,
      String keyRingId,
      String keyId,
      String keyVersionId,
      String message)
      throws IOException, GeneralSecurityException {
    // Initialize client that will be used to send requests. This client only
    // needs to be created once, and can be reused for multiple requests. After
    // completing all of your requests, call the "close" method on the client to
    // safely clean up any remaining background resources.
    try (KeyManagementServiceClient client = KeyManagementServiceClient.create()) {
      // Build the key version name from the project, location, key ring, key,
      // and key version.
      CryptoKeyVersionName keyVersionName =
          CryptoKeyVersionName.of(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId);

      // Convert the message into bytes. Cryptographic plaintexts and
      // ciphertexts are always byte arrays.
      byte[] plaintext = message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

      // Calculate the digest.
      MessageDigest sha256 = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
      byte[] hash = sha256.digest(plaintext);

      // Build the digest object.
      Digest digest = Digest.newBuilder().setSha256(ByteString.copyFrom(hash)).build();

      // Sign the digest.
      AsymmetricSignResponse result = client.asymmetricSign(keyVersionName, digest);

      // Get the signature.
      byte[] signature = result.getSignature().toByteArray();

      System.out.printf("Signature %s%n", signature);
    }
  }
}

Node.js

このコードを実行するには、まず Node.js 開発環境を設定し、Cloud KMS Node.js SDK をインストールします。

//
// TODO(developer): Uncomment these variables before running the sample.
//
// const projectId = 'your-project-id';
// const locationId = 'us-east1';
// const keyRingId = 'my-key-ring';
// const keyId = 'my-key';
// const versionId = '123';
// const message = Buffer.from('...');

// Imports the Cloud KMS library
const {KeyManagementServiceClient} = require('@google-cloud/kms');

// Instantiates a client
const client = new KeyManagementServiceClient();

// Build the version name
const versionName = client.cryptoKeyVersionPath(
  projectId,
  locationId,
  keyRingId,
  keyId,
  versionId
);

async function signAsymmetric() {
  // Create a digest of the message. The digest needs to match the digest
  // configured for the Cloud KMS key.
  const crypto = require('crypto');
  const hash = crypto.createHash('sha256');
  hash.update(message);
  const digest = hash.digest();

  // Optional but recommended: Compute digest's CRC32C.
  // Ensure fast-crc32c has been installed, `npm i fast-crc32c`.
  const crc32c = require('fast-crc32c');
  const digestCrc32c = crc32c.calculate(digest);

  // Sign the message with Cloud KMS
  const [signResponse] = await client.asymmetricSign({
    name: versionName,
    digest: {
      sha256: digest,
    },
    digestCrc32c: {
      value: digestCrc32c,
    },
  });

  // Optional, but recommended: perform integrity verification on signResponse.
  // For more details on ensuring E2E in-transit integrity to and from Cloud KMS visit:
  // https://cloud.google.com/kms/docs/data-integrity-guidelines
  if (signResponse.name !== versionName) {
    throw new Error('AsymmetricSign: request corrupted in-transit');
  }
  if (!signResponse.verifiedDigestCrc32c) {
    throw new Error('AsymmetricSign: request corrupted in-transit');
  }
  if (
    crc32c.calculate(signResponse.signature) !==
    Number(signResponse.signatureCrc32c.value)
  ) {
    throw new Error('AsymmetricSign: response corrupted in-transit');
  }

  // Example of how to display signature. Because the signature is in a binary
  // format, you need to encode the output before printing it to a console or
  // displaying it on a screen.
  const encoded = signResponse.signature.toString('base64');
  console.log(`Signature: ${encoded}`);

  return signResponse.signature;
}

return signAsymmetric();

PHP

このコードを実行するには、まず Google Cloudでの PHP の使用について学び、Cloud KMS PHP SDK をインストールします。

use Google\Cloud\Kms\V1\AsymmetricSignRequest;
use Google\Cloud\Kms\V1\Client\KeyManagementServiceClient;
use Google\Cloud\Kms\V1\Digest;

function sign_asymmetric(
    string $projectId = 'my-project',
    string $locationId = 'us-east1',
    string $keyRingId = 'my-key-ring',
    string $keyId = 'my-key',
    string $versionId = '123',
    string $message = '...'
) {
    // Create the Cloud KMS client.
    $client = new KeyManagementServiceClient();

    // Build the key version name.
    $keyVersionName = $client->cryptoKeyVersionName($projectId, $locationId, $keyRingId, $keyId, $versionId);

    // Calculate the hash.
    $hash = hash('sha256', $message, true);

    // Build the digest.
    //
    // Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
    // example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
    $digest = (new Digest())
        ->setSha256($hash);

    // Call the API.
    $asymmetricSignRequest = (new AsymmetricSignRequest())
        ->setName($keyVersionName)
        ->setDigest($digest);
    $signResponse = $client->asymmetricSign($asymmetricSignRequest);
    printf('Signature: %s' . PHP_EOL, $signResponse->getSignature());

    return $signResponse;
}

Python

このコードを実行するには、まず Python 開発環境を設定し、Cloud KMS Python SDK をインストールします。

# Import base64 for printing the ciphertext.
import base64

# Import hashlib for calculating hashes.
import hashlib

# Import the client library.
from google.cloud import kms


def sign_asymmetric(
    project_id: str,
    location_id: str,
    key_ring_id: str,
    key_id: str,
    version_id: str,
    message: str,
) -> kms.AsymmetricSignResponse:
    """
    Sign a message using the private key part of an asymmetric key.

    Args:
        project_id (string): Google Cloud project ID (e.g. 'my-project').
        location_id (string): Cloud KMS location (e.g. 'us-east1').
        key_ring_id (string): ID of the Cloud KMS key ring (e.g. 'my-key-ring').
        key_id (string): ID of the key to use (e.g. 'my-key').
        version_id (string): Version to use (e.g. '1').
        message (string): Message to sign.

    Returns:
        AsymmetricSignResponse: Signature.
    """

    # Create the client.
    client = kms.KeyManagementServiceClient()

    # Build the key version name.
    key_version_name = client.crypto_key_version_path(
        project_id, location_id, key_ring_id, key_id, version_id
    )

    # Convert the message to bytes.
    message_bytes = message.encode("utf-8")

    # Calculate the hash.
    hash_ = hashlib.sha256(message_bytes).digest()

    # Build the digest.
    #
    # Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
    # example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
    digest = {"sha256": hash_}

    # Optional, but recommended: compute digest's CRC32C.
    # See crc32c() function defined below.
    digest_crc32c = crc32c(hash_)

    # Call the API
    sign_response = client.asymmetric_sign(
        request={
            "name": key_version_name,
            "digest": digest,
            "digest_crc32c": digest_crc32c,
        }
    )

    # Optional, but recommended: perform integrity verification on sign_response.
    # For more details on ensuring E2E in-transit integrity to and from Cloud KMS visit:
    # https://cloud.google.com/kms/docs/data-integrity-guidelines
    if not sign_response.verified_digest_crc32c:
        raise Exception("The request sent to the server was corrupted in-transit.")
    if not sign_response.name == key_version_name:
        raise Exception("The request sent to the server was corrupted in-transit.")
    if not sign_response.signature_crc32c == crc32c(sign_response.signature):
        raise Exception(
            "The response received from the server was corrupted in-transit."
        )
    # End integrity verification

    print(f"Signature: {base64.b64encode(sign_response.signature)!r}")
    return sign_response


def crc32c(data: bytes) -> int:
    """
    Calculates the CRC32C checksum of the provided data.
    Args:
        data: the bytes over which the checksum should be calculated.
    Returns:
        An int representing the CRC32C checksum of the provided bytes.
    """
    import crcmod  # type: ignore

    crc32c_fun = crcmod.predefined.mkPredefinedCrcFun("crc-32c")
    return crc32c_fun(data)

Ruby

このコードを実行するには、まず