Pythonでデータを暗号化・復号化する方法！cryptographyライブラリの使い方を徹底解説

はじめに

暗号技術（クリプトグラフィー）とは何でしょうか？暗号技術とは、平文（プレーンテキスト）を暗号文（サイファーテキスト）に変換することを「暗号化」と呼び、逆に暗号文を平文に戻すことを「復号化」と呼びます。

本記事では、Pythonの cryptography パッケージに含まれる Fernet モジュールを使用して、データの暗号化と復号化を行う方法を解説します。Fernetモジュールを使用すると、一意の鍵（キー）が生成され、この鍵がなければ暗号化されたデータを読み取ったり操作したりすることはできません。

それでは、さっそく始めていきましょう。

準備：cryptographyパッケージのインストール

cryptographyモジュールはPythonに標準で同梱されていないため、pipパッケージマネージャーを使ってインストールする必要があります。ターミナル（コマンドプロンプト）を起動し、以下のコマンドを実行してください。

pip install cryptography

パッケージのダウンロードとインストールが完了したら、モジュールをインポートできるようになります。

今回はデータの暗号化と復号化にFernetモジュールを使用します。Pythonスクリプトに以下のようにインポートしましょう。

from cryptography.fernet import Fernet

注意： 大文字・小文字の表記を正確に入力するようにしてください。

これでスクリプトを書き始める準備が整いました。

鍵の生成

データの暗号化を開始するには、まず Fernetキー を作成する必要があります。

key = Fernet.generate_key()
f = Fernet(key)

上記のコードでは、まず generate_key() メソッドで鍵を生成し、次の行でその鍵を変数 f に代入しています。

これだけで、使用可能な鍵が変数に格納されました。

必要に応じて、鍵を印刷して保存しておくこともできます。その際は decode() 関数を使用してください。

print(key.decode())

実行結果

Bq64GE--93K1RVro4go1frN-8twBSvXdbCPSPLIKz9U=

データの暗号化

生成した鍵を使ってデータを暗号化するには、encrypt メソッドを使用します。

encrypted_data = f.encrypt(b"This message is being encrypted and cannot be seen!")

これだけで、上記の文章が暗号化されました。

暗号化されたメッセージを確認するには、print文で出力します。

print(encrypted_data)

実行結果

b'gAAAAABgILy91p_wqMntdT3mDkh0IBXSLjuBMQAfnGZAFkZCX1U6Q7TU2PthgFBwVz0QbKXpuNTHRzAgbdDV4zfuuzkGCXqVD--xJdkTycKH2iurC_oqHySLc9xJEXz93LkhTbKUa5HCxfJtB-Um_YkxqjclftXXZQ=='

注意： 文の先頭に b を付けているのは、文字列をバイト形式に変換するためです。代わりに encode() メソッドを使用することも可能です。

データの復号化

次に、暗号文を元の読める平文に戻す方法を見ていきましょう。

復号化には、Fernetモジュールの decrypt メソッドを使用します。

decrypted_data = f.decrypt(encrypted_data) # f は鍵の値が格納された変数
print(decrypted_data)

実行結果

b'This message is being encrypted and cannot be seen!'

注意： 上記の出力を見ると、平文の前に b' が付いています。これは、復号化されたデータがバイト形式で返されるためです。平文だけを取得したい場合は、decode() 関数を使用します。

print(decrypted_data.decode())

実行結果

This message is being encrypted and cannot be seen!

補足： 同じ鍵を使い回して暗号化・復号化を行うこともできます。鍵の値を印刷して保存しておけば、その値を変数に代入することで同じ鍵を再利用できます。例は以下の通りです。

f = Fernet(Bq64GE--93K1RVro4go1frN-8twBSvXdbCPSPLIKz9U=) # 実際の鍵の値を指定

サンプルコード全体

ここまでの流れを、1つのスクリプトにまとめた完全なサンプルコードを紹介します。

from cryptography.fernet import Fernet
key = Fernet.generate_key()
print("Key : ", key.decode())
f = Fernet(key)
encrypted_data = f.encrypt(b"This message is being encrypted and cannot be seen!")
print("After encryption : ", encrypted_data)
decrypted_data = f.decrypt(encrypted_data)
print(decrypted_data)
print("After decryption : ", decrypted_data.decode())

実行結果

Key : u4dM7xw8sNNU3Rm_lwDbixudWSeaM0Z4TTDdQNKsouI=
After encryption : b'gAAAAABgIL3_qbfM_oMgQn653gpk6a7hqxXiR0dl0vrmOmqnr5b6MqrsjGkK1IknxMLLtOCq6_YlX4x3nBedbZqtCqy4os55pttrl-pBO6-dJf6kVP50IpIaKSXbpAsuWl4h_2o_E-4YEqZ5kkgxWrwnqojmkMyuSQ=='
b'This message is being encrypted and cannot be seen!'
After decryption : This message is being encrypted and cannot be seen!

まとめ

本記事では、Pythonのcryptographyパッケージを使ってデータを暗号化・復号化する方法を学びました。

生成した鍵を .txt ファイルとして保存し、後から読み込んでパスワードの暗号化・保存や、データベースから取り出したパスワードの照合などに活用することもできます。小規模なミニプロジェクトから大規模なシステムまで、さまざまな場面で応用できる便利な技術です。

cryptographyモジュールの詳細については、公式ドキュメント（https://pypi.org/project/cryptography/）を参照してください。