MAC のデジタル署名の作成と検証

このトピックでは、MAC 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。

プロデューサーと確認ツールの両方で共有される 1 つの鍵が、入力データから MAC タグを計算するために使用されます。MAC タグはデジタル署名として機能します。確認ツールは、メッセージと関連する MAC タグを受け取ると、メッセージ コンテンツから独自のタグを生成します。確認ツールは、受信したタグと生成されたタグを比較して、一致するかどうかを確認できます。2 つのタグが一致する場合、確認ツールは、受信したメッセージがプロデューサーによって署名されたメッセージと同じであることを認識します。

始める前に

• MAC デジタル署名を作成するときは、MAC を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、MAC を使用します。

• 署名するファイルがファイルサイズの上限内であることを確認します。Cloud HSM 鍵を使用して MAC 署名を作成または検証する場合、最大ファイルサイズは 16 KiB です。それ以外の鍵の場合、最大ファイルサイズは 64 KiB です。

必要なロール

署名を作成して確認するために必要な権限を取得するには、鍵に対する次の IAM ロールの付与を管理者に依頼してください。

• 署名を作成するには: Cloud KMS 暗号鍵の署名者 （roles/cloudkms.signer）
• 署名を検証するには: Cloud KMS 暗号鍵検証者 （roles/cloudkms.verifier）
• 署名を作成して検証するには: Cloud KMS 暗号鍵の署名者/検証者（roles/cloudkms.signerVerifier）

ロールの付与の詳細については、アクセスの管理をご覧ください。

必要な権限は、カスタムロールや他の事前定義ロールから取得することもできます。

注: 署名または検証にサービス アカウントを使用する場合は、必要なロールをサービス アカウントに付与します。

MAC 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 mac-sign \
    --version KEY_VERSION \
    --key KEY_NAME \
    --keyring KEY_RING \
    --location LOCATION \
    --input-file INPUT_FILE_PATH \
    --signature-file SIGNED_FILE_PATH

以下を置き換えます。

• KEY_VERSION: 鍵のバージョン番号
• KEY_NAME: 鍵の名前
• KEY_RING: 鍵を含むキーリングの名前
• LOCATION: キーリングの Cloud KMS のロケーション
• INPUT_FILE_PATH: 署名するファイルのローカルパス。
• SIGNED_FILE_PATH: 生成された署名を保存するローカルパス。

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;

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

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

        // Convert the data into a ByteString.
        ByteString dataByteString = ByteString.CopyFromUtf8(data);

        // Call the API.
        MacSignResponse result = client.MacSign(keyVersionName, dataByteString);

        // The data comes back as raw bytes, which may include non-printable
        // characters. To print the result, you could encode it as base64.
        // string encodedSignature = result.Mac.ToBase64();

        // Get the signature.
        byte[] signature = result.Mac.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"
	"encoding/base64"
	"fmt"
	"io"

	kms "cloud.google.com/go/kms/apiv1"
	"cloud.google.com/go/kms/apiv1/kmspb"
)

// signMac will sign a plaintext message using the HMAC algorithm.
func signMac(w io.Writer, name string, data string) error {
	// name := "projects/my-project/locations/us-east1/keyRings/my-key-ring/cryptoKeys/my-key/cryptoKeyVersions/123"
	// data := "my data to sign"

	// 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()

	// Build the request.
	req := &kmspb.MacSignRequest{
		Name: name,
		Data: []byte(data),
	}

	// Generate HMAC of data.
	result, err := client.MacSign(ctx, req)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to hmac sign: %w", err)
	}

	// The data comes back as raw bytes, which may include non-printable
	// characters. This base64-encodes the result so it can be printed below.
	encodedSignature := base64.StdEncoding.EncodeToString(result.Mac)

	fmt.Fprintf(w, "Signature: %s", encodedSignature)
	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.CryptoKeyVersionName;
import com.google.cloud.kms.v1.KeyManagementServiceClient;
import com.google.cloud.kms.v1.MacSignResponse;
import com.google.protobuf.ByteString;
import java.io.IOException;
import java.util.Base64;

public class SignMac {

  public void signMac() throws IOException {
    // 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 data = "Data to sign";
    signMac(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId, data);
  }

  // Sign data with a given mac key.
  public void signMac(
      String projectId,
      String locationId,
      String keyRingId,
      String keyId,
      String keyVersionId,
      String data)
      throws IOException {
    // 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);

      // Generate an HMAC of the data.
      MacSignResponse response = client.macSign(keyVersionName, ByteString.copyFromUtf8(data));

      // The data comes back as raw bytes, which may include non-printable
      // characters. This base64-encodes the result so it can be printed below.
      String encodedSignature = Base64.getEncoder().encodeToString(response.getMac().toByteArray());
      System.out.printf("Signature: %s%n", encodedSignature);
    }
  }
}

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 data = 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 signMac() {
  // Sign the data with Cloud KMS
  const [signResponse] = await client.macSign({
    name: versionName,
    data: data,
  });

  // 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.mac.toString('base64');
  console.log(`Signature: ${encoded}`);

  return signResponse;
}

return signMac();

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。

from google.cloud import kms

def sign_mac(
    project_id: str,
    location_id: str,
    key_ring_id: str,
    key_id: str,
    version_id: str,
    data: str,
) -> kms.MacSignResponse:
    """
    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').
        data (string): Data to sign.

    Returns:
        MacSignResponse: Signature.
    """

    # Import base64 for printing the ciphertext.
    import base64

    # 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.
    data_bytes = data.encode("utf-8")

    # Call the API
    sign_response = client.mac_sign(
        request={"name": key_version_name, "data": data_bytes}
    )

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

Ruby

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

# TODO(developer): uncomment these values before running the sample.
# project_id  = "my-project"
# location_id = "us-east1"
# key_ring_id = "my-key-ring"
# key_id      = "my-key"
# version_id  = "123"
# data        = "my data"

# Require the library.
require "google/cloud/kms"

# Require digest.
require "digest"

# Create the client.
client = Google::Cloud::Kms.key_management_service

# Build the key version name.
key_version_name = client.crypto_key_version_path project:            project_id,
                                                  location:           location_id,
                                                  key_ring:           key_ring_id,
                                                  crypto_key:         key_id,
                                                  crypto_key_version: version_id

# Call the API.
sign_response = client.mac_sign name: key_version_name, data: data

# The data comes back as raw bytes, which may include non-printable
# characters. This base64-encodes the result so it can be printed below.
encoded_signature = Base64.strict_encode64 sign_response.mac

puts "Signature: #{encoded_signature}"

API

これらの例では、HTTP クライアントとして curl を使用して API の使用例を示しています。アクセス制御の詳細については、Cloud KMS API へのアクセスをご覧ください。

CryptoKeyVersions.macSign メソッドを使用して署名を行います。このメソッドからのレスポンスに、base64 エンコードの署名が含まれています。

ヒント: base64 コマンド（Linux または macOS）または Base64.exe（Windows）コマンドを使用して、データを base64 でエンコードまたはデコードできます。プログラミング言語とスクリプト言語には通常、base64 エンコード用のライブラリが含まれています。コマンドラインの例については、Cloud Vision API ドキュメントの Base64 エンコードをご覧ください。

MAC 署名を検証する

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 mac-verify \
    --version KEY_VERSION \
    --key KEY_NAME \
    --keyring KEY_RING \
    --location LOCATION \
    --input-file INPUT_FILE_PATH \
    --signature-file SIGNED_FILE_PATH

• KEY_VERSION: 鍵のバージョン番号
• KEY_NAME: 鍵の名前
• KEY_RING: 鍵を含むキーリングの名前
• LOCATION: キーリングの Cloud KMS のロケーション
• INPUT_FILE_PATH: 署名されたファイルへのローカルパス。
• SIGNED_FILE_PATH: 検証する署名ファイルのローカルパス。

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;

public class VerifyMacSample
{
    public bool VerifyMac(
      string projectId = "my-project", string locationId = "us-east1", string keyRingId = "my-key-ring", string keyId = "my-key", string keyVersionId = "123",
      string data = "my data",
      byte[] signature = null)
    {
        // Build the key version name.
        CryptoKeyVersionName keyVersionName = new CryptoKeyVersionName(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId);

        // Create the client.
        KeyManagementServiceClient client = KeyManagementServiceClient.Create();

        // Convert the data and signatures into ByteStrings.
        ByteString dataByteString = ByteString.CopyFromUtf8(data);
        ByteString signatureByteString = ByteString.CopyFrom(signature);

        // Verify the signature.
        MacVerifyResponse result = client.MacVerify(keyVersionName, dataByteString, signatureByteString);

        // Return the result.
        return result.Success;
    }
}

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"
	"fmt"
	"io"

	kms "cloud.google.com/go/kms/apiv1"
	"cloud.google.com/go/kms/apiv1/kmspb"
)

// verifyMac will verify a previous HMAC signature.
func verifyMac(w io.Writer, name string, data, signature []byte) error {
	// name := "projects/my-project/locations/us-east1/keyRings/my-key-ring/cryptoKeys/my-key/cryptoKeyVersions/123"
	// data := "my previous data"
	// signature := []byte("...")  // Response from a sign request

	// 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()

	// Build the request.
	req := &kmspb.MacVerifyRequest{
		Name: name,
		Data: data,
		Mac:  signature,
	}

	// Verify the signature.
	result, err := client.MacVerify(ctx, req)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to verify signature: %w", err)
	}

	fmt.Fprintf(w, "Verified: %t", result.Success)
	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.CryptoKeyVersionName;
import com.google.cloud.kms.v1.KeyManagementServiceClient;
import com.google.cloud.kms.v1.MacVerifyResponse;
import com.google.protobuf.ByteString;
import java.io.IOException;

public class VerifyMac {

  public void verifyMac() throws IOException {
    // 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 data = "Data to sign";
    byte[] signature = null;
    verifyMac(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId, data, signature);
  }

  // Sign data with a given mac key.
  public void verifyMac(
      String projectId,
      String locationId,
      String keyRingId,
      String keyId,
      String keyVersionId,
      String data,
      byte[] signature)
      throws IOException {
    // 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);

      // Verify the signature
      MacVerifyResponse response =
          client.macVerify(
              keyVersionName, ByteString.copyFromUtf8(data), ByteString.copyFrom(signature));

      // The data comes back as raw bytes, which may include non-printable
      // characters. This base64-encodes the result so it can be printed below.
      System.out.printf("Success: %s%n", response.getSuccess());
    }
  }
}

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 data = Buffer.from('...');
// const signature = 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 verifyMac() {
  // Verify the data with Cloud KMS
  const [verifyResponse] = await client.macVerify({
    name: versionName,
    data: data,
    mac: signature,
  });

  console.log(`Verified: ${verifyResponse.success}`);
  return verifyResponse;
}

return verifyMac();

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。

from google.cloud import kms

def verify_mac(
    project_id: str,
    location_id: str,
    key_ring_id: str,
    key_id: str,
    version_id: str,
    data: str,
    signature: bytes,
) -> kms.MacVerifyResponse:
    """
    Verify the signature of data from an HMAC 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').
        data (string): Data that was signed.
        signature (bytes): Signature bytes.

    Returns:
        MacVerifyResponse: Success.
    """

    # 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.
    data_bytes = data.encode("utf-8")

    # Call the API
    verify_response = client.mac_verify(
        request={"name": key_version_name, "data": data_bytes, "mac": signature}
    )

    print(f"Verified: {verify_response.success}")
    return verify_response

Ruby

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

# TODO(developer): uncomment these values before running the sample.
# project_id  = "my-project"
# location_id = "us-east1"
# key_ring_id = "my-key-ring"
# key_id      = "my-key"
# version_id  = "123"
# data        = "my data"
# signature   = "..."

# Require the library.
require "google/cloud/kms"

# Require digest.
require "digest"

# Create the client.
client = Google::Cloud::Kms.key_management_service

# Build the key version name.
key_version_name = client.crypto_key_version_path project:            project_id,
                                                  location:           location_id,
                                                  key_ring:           key_ring_id,
                                                  crypto_key:         key_id,
                                                  crypto_key_version: version_id

# Call the API.
verify_response = client.mac_verify name: key_version_name, data: data, mac: signature
puts "Verified: #{verify_response.success}"

API

これらの例では、HTTP クライアントとして curl を使用して API の使用例を示しています。アクセス制御の詳細については、Cloud KMS API へのアクセスをご覧ください。

CryptoKeyVersions.macVerify メソッドを使用して検証を行います。検証対象の署名は base64 でエンコードされている必要があります。このメソッドからのレスポンスに、署名が正常に検証されたかどうかを示すブール値が含まれています。

ヒント: base64 コマンド（Linux または macOS）または Base64.exe（Windows）コマンドを使用して、データを base64 でエンコードまたはデコードできます。プログラミング言語とスクリプト言語には通常、base64 エンコード用のライブラリが含まれています。コマンドラインの例については、Cloud Vision API ドキュメントの Base64 エンコードをご覧ください。