一般的な情報セキュリティ暗号化アルゴリズムと Python ライブラリのソース コード例

1. 一般的な情報セキュリティ暗号化アルゴリズム

1.1. 対称暗号化アルゴリズム:

• AES (Advanced Encryption Standard): 広く使用されており、安全で信頼性の高い対称キー暗号化アルゴリズム。
• DES (Data Encryption Standard): 対称キー暗号化アルゴリズム。AES に置き換えられましたが、一部のアプリケーションでは依然として使用されています。
• 3DES (Triple Data Encryption Standard): DES アルゴリズムを複数回繰り返すことでセキュリティを向上させる DES の拡張バージョン。

1.2. 非対称暗号化アルゴリズム:

• RSA (Rivest-Shamir-Adleman): データ暗号化とデジタル署名に使用される非対称キー暗号化アルゴリズム。
• ECC (楕円曲線暗号): 楕円曲線に基づく非対称暗号化アルゴリズムで、同じセキュリティ レベルでより短いキー長を持ち、リソースに制約のある環境に適しています。
• DSA (デジタル署名アルゴリズム): デジタル署名に使用される非対称暗号化アルゴリズム。

1.3. ハッシュ関数:

• SHA-256 (セキュア ハッシュ アルゴリズム 256 ビット): SHA-2 シリーズで一般的に使用されるハッシュ関数で、256 ビットのハッシュ値を生成します。
• MD5 (メッセージ ダイジェスト アルゴリズム 5): 古いハッシュ アルゴリズムですが、衝突攻撃を受けやすいため、現在はセキュリティ目的ではなく、主にファイルの整合性を検証するために使用されています。

1.4. メッセージ認証コード (MAC):

• HMAC (Keyed-Hash Message Authentication Code): ハッシュ関数とキーを組み合わせてメッセージの整合性と信頼性を検証するメッセージ認証コード アルゴリズム。

これらは、データの機密性、完全性、信頼性を保護する上で重要な役割を果たすいくつかの一般的な暗号化アルゴリズムです。適切な暗号化アルゴリズムの選択は、特定のセキュリティのニーズ、パフォーマンス要件、および利用可能なリソースによって異なります。実際のアプリケーションでは、より強力なセキュリティを実現するために、複数の暗号化アルゴリズムが組み合わせて使用​​されることがよくあります。

2. 暗号化アルゴリズム Python ライブラリのソースコード例

2.1. AES 対称暗号化アルゴリズム (cryptographyライブラリを使用)

from cryptography.fernet import Fernet

# 生成密钥
key = Fernet.generate_key()

# 创建加密器
cipher = Fernet(key)

# 加密数据
data = b"Hello, world!"
encrypted_data = cipher.encrypt(data)

# 解密数据
decrypted_data = cipher.decrypt(encrypted_data)

2.2. DES 対称暗号化アルゴリズム (pycryptodomeライブラリを使用)

from Crypto.Cipher import DES

# 生成密钥（长度必须为8字节）
key = b"secretkey"

# 创建加密器
cipher = DES.new(key, DES.MODE_ECB)

# 加密数据（长度必须为8字节的倍数）
data = b"Hello, world!"
padded_data = data + b"\x00" * (8 - (len(data) % 8))  # 填充数据
encrypted_data = cipher.encrypt(padded_data)

# 解密数据
decrypted_data = cipher.decrypt(encrypted_data).rstrip(b"\x00")  # 去除填充数据

2.3. Triple DES 対称暗号化アルゴリズム (pycryptodomeライブラリを使用)

from Crypto.Cipher import DES3

# 生成密钥
key = b"0123456789abcdef01234567"

# 创建加密器
cipher = DES3.new(key, DES3.MODE_ECB)

# 加密数据
data = b"Hello, world!"
encrypted_data = cipher.encrypt(data)

# 解密数据
decrypted_data = cipher.decrypt(encrypted_data)

2.4 RSA非対称暗号化アルゴリズム（cryptographyライブラリを使用）

from cryptography.hazmat.primitives import serialization, hashes
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa, padding

# 生成RSA密钥对
private_key = rsa.generate_private_key(
    public_exponent=65537,
    key_size=2048
)
public_key = private_key.public_key()

# 加密数据
data = b"Hello, world!"
encrypted_data = public_key.encrypt(
    data,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

# 解密数据
decrypted_data = private_key.decrypt(
    encrypted_data,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

2.5. ECC 非対称暗号化アルゴリズム (cryptographyライブラリを使用)

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import ec
from cryptography.hazmat.backends import default_backend

# 生成ECC密钥对
private_key = ec.generate_private_key(
    ec.SECP256R1(),  # 可替换为其他的椭圆曲线参数
    default_backend()
)
public_key = private_key.public_key()

# 加密数据
data = b"Hello, world!"
encrypted_data = public_key.encrypt(
    data,
    ec.ECIES(
        ec.ECDH(),
        default_backend()
    )
)

# 解密数据
decrypted_data = private_key.decrypt(
    encrypted_data,
    ec.ECIES(
        ec.ECDH(),
        default_backend()
    )
)

2.6 DSA 非対称暗号化アルゴリズム (cryptographyライブラリを使用)

from cryptography.hazmat.primitives import serialization
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import dsa
from cryptography.hazmat.backends import default_backend

# 生成DSA密钥对
private_key = dsa.generate_private_key(
    key_size=1024,
    backend=default_backend()
)
public_key = private_key.public_key()

# 加密数据（签名）
data = b"Hello, world!"
signature = private_key.sign(data, dsa.HASH_SHA256)

# 解密数据（验证签名）
try:
    public_key.verify(signature, data, dsa.HASH_SHA256)
    valid_signature = True
except InvalidSignature:
    valid_signature = False

2.7. SHA-256 ハッシュ関数 (組み込みhashlibライブラリを使用)

import hashlib

# 计算哈希值
data = b"Hello, world!"
hash_object = hashlib.sha256(data)
hash_value = hash_object.hexdigest()

2.8. HMAC メッセージ認証コード (組み込みhmacライブラリを使用)

import hmac

# 计算HMAC
data = b"Hello, world!"
key = b"secret_key"
hmac_value = hmac.new(key, data, hashlib.sha256).digest()

これらのサンプル コードは、Python のいくつかの一般的な暗号化ライブラリと関数を使用して、対応する暗号化アルゴリズムを実装します。これらのサンプルコードはデモンストレーションのみを目的としており、実際の使用時には必要に応じて適切な調整やエラー処理を行ってください。また、セキュリティを確保するために、暗号化アルゴリズムを使用する場合は、十分に強力なキーと適切なパラメータ構成を使用してください。