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Android Keystoreによる安全な暗号鍵管理とデータ保護

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1.　はじめに

今回は「Android KeyStore」を活用したセキュリティ対策について紹介します。

モバイルアプリは、ログイン情報、セッションID、個人情報など、多くの機密データを端末内に保存するケースが多くあります。これらを平文保存してしまうと、端末の盗難やリバースエンジニアリングにより、簡単に情報が漏洩するリスクがあります。

2.　鍵をソースコードに埋め込み危険性

よくみられる実装が「鍵をソースコードで直書きする」というものです。(dex2jarなどを使うと簡単に取れる。)

たとえ以下のようにコードです。

val secretKey = "my-super-secret-key"

しかし、apkファイルは簡単に逆コンパイル可能で、ソースコードに書かれた鍵はすぐに見つけられてしまいます。結果としてapkから暗号鍵を抜き出して情報を解読することができます。


<dex2jarを使って逆コンパイルして平文が見える>

3.　Android Keystoreとは

Android KeyStoreは、端末内のセキュアな領域で暗号鍵を生成・管理できる機構です。生成された鍵は、アプリ内には一切出せず、専用のAPI経由でしか利用できません。
特にTEE（Trusted Execution Environment）やStrongBox（セキュアHW）に保存されることで、非常に高い安全性を確保されます。
アプリ毎に鍵を分離できるのもポイントで、他のアプリやシステムにも読み取られません。
※ TEE : SoC(System on Chip)内の安全な実行環境（多くの端末が対応）
※ StrongBox：専用のセキュリティチップ（HSM）を利用。より安全だが対応端末は限られる。
※ アーキテクチャの概要

アプリ
  │
  ├── Android Keystore API
  │     ├── 鍵の生成/取得
  │     ├── 署名/暗号化
  │     └── 属性の設定
  │
  └── Keystore Provider
         ├── TEE（TrustZone） or StrongBox（Secure Element）による物理的隔離
         └── ソフトウェアベース（低セキュリティ端末向け）

4.　Keystoreを使った暗号化処理

実際のコードみてましょう。KeyStoreを使ってAES鍵を生成するコードです。

val keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, KEY_PROVIDER)
val keyGenSpec = KeyGenParameterSpec.Builder(
    KEY_ALIAS,
    KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT or KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT
)
    .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC)
    .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)
    .setRandomizedEncryptionRequired(false)
    .build()

keyGenerator.init(keyGenSpec)
keyGenerator.generateKey()

暗号化は Cipher クラスで行い、復号時には保存しておいたIV（初期化ベクトル）を使います。
KeyStoreに保存された鍵はコードから取得できませんが、Chiper経由で仕様することができます。

5.　実用上の注意点

  • OSによってはStringBoxなど一部の機能が使えないことがあります。（AESはOS6.0以上、GCMモードのAESはOS10以上、StrongBoxはOS9以上）
  • EncryptedSharedPreferencesを使えば、SharedPreferencesのデータも簡単に暗号化できます。
  • ルート化された端末ではアプリ内の復号処理が悪用されることもあり、完璧なセキュリティは保証できません
  • それでも、KeyStoreを使うことで通常の高家機への耐性は多く向上します。

6.　まとめ

今回はAESのアルゴリズムで紹介しましたが、RSAやECの方式もあります。
モバイルアプリのセキュリティにおいて、暗号鍵の安全な管理は元も重要なポイントの一つです。Android KeyStoreをりようすれば、コードに鍵をハードコーディングせず、安全に鍵を生成・利用できます。

※ Android Keystore を使う際に利用可能な主な**暗号化方式（アルゴリズム）

  1. 対称鍵暗号（Symmetric Encryption）
  • AES（Advanced Encryption Standard）
    Keystoreで使用できる代表的な共通鍵暗号方式。ファイルや文字列などのデータを暗号化する際に最もよく使われる。
    主な設定項目：
    ブロックモード（BlockMode）：
    CBC（Cipher Block Chaining）：よく使われる。IVが必要。
    GCM（Galois/Counter Mode）：認証付き暗号化（AEAD）。追加の認証データも使える。
    パディング（Padding）：
    PKCS7Padding：CBCモード時に使用。
    NoPadding：パディング不要な場合（データ長がちょうどブロック単位）
  1. 非対称鍵暗号（Asymmetric Encryption）

  • RSA（Rivest-Shamir-Adleman）
    公開鍵暗号の代表例。ファイルやデータの暗号化／署名に利用される。
    主な用途：
    小さなデータの暗号化（例：セッションキー）
    デジタル署名（署名生成・検証）
    主な設定：
    暗号化パディング：PKCS1Padding または OAEP
    署名アルゴリズム：SHA256withRSA など

  • EC（Elliptic Curve）
    楕円曲線暗号。RSAよりも短い鍵長で同等の安全性を実現できる。主にデジタル署名に使われる。
    主な用途：
    軽量な署名（例：JWTや認証プロトコル）
    ECDSA（署名）、ECDH（鍵交換）

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