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解説

このチュートリアルでは、Pythonのcryptographyライブラリを使用して、文字列などのデータを暗号化・復号化する方法を解説します。

暗号化とは、情報を許可された相手だけがアクセスできる形に変換するプロセスのことです。第三者に見られたくない機密性の高いデータを安全に保護するために欠かせない技術であり、パスワードや個人情報、APIキーなどの取り扱いにおいて重要な役割を果たします。

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• 暗号化の基礎知識

本記事では対称鍵暗号方式(共通鍵暗号方式)を採用します。これは、データの暗号化に使用した鍵と同じ鍵で復号化も行えるシンプルな方式です。

ここで使用するcryptographyライブラリのFernetクラスは、AESアルゴリズム(AES-128-CBC)をベースに、HMAC-SHA256による改ざん検知機能を組み合わせた安全な仕組みを提供しています。

Pythonでデータを暗号化する

まず、cryptographyライブラリをインストールしましょう。

pip3 install cryptography

次に、cryptographyライブラリからFernetをインポートし、鍵を生成します。この鍵は対称暗号化・復号化の両方に必要となる、最も重要な要素です。

鍵を生成する

鍵を生成するには、generate_key()メソッドを呼び出します。

from cryptography.fernet import Fernet

def generate_key():
    """
    鍵を生成し、ファイルに保存する
    """
    key = Fernet.generate_key()
    with open("secret.key", "wb") as key_file:
        key_file.write(key)

このメソッドを実行するのは一度だけでOKです。生成した鍵は「secret.key」というファイルに保存されます。

注意: 生成した鍵は必ず安全な場所に保管してください。鍵を紛失すると、その鍵で暗号化されたデータは二度と復号化できなくなります。

鍵を読み込む

鍵を生成したら、データを暗号化する際にその鍵を読み込みます。

def load_key():
    """
    カレントディレクトリから `secret.key` を読み込む
    """
    return open("secret.key", "rb").read()

メッセージを暗号化する

これでメッセージを暗号化する準備が整いました。手順は以下の3ステップです。

• 1. メッセージをエンコードする
• 2. Fernetクラスを初期化する
• 3. エンコードしたメッセージをencrypt()メソッドに渡す

1. メッセージをエンコードする:

message = "message I want to encrypt".encode()

2. Fernetクラスを初期化する:

f = Fernet(key)

3. メッセージを暗号化する:

encrypted_message = f.encrypt(message)

完全なコード例

以下は、Pythonでメッセージを暗号化する一連の流れをまとめた動作するサンプルコードです。

from cryptography.fernet import Fernet

def generate_key():
    """
    鍵を生成し、ファイルに保存する
    """
    key = Fernet.generate_key()
    with open("secret.key", "wb") as key_file:
        key_file.write(key)

def load_key():
    """
    生成済みの鍵を読み込む
    """
    return open("secret.key", "rb").read()

def encrypt_message(message):
    """
    メッセージを暗号化する
    """
    key = load_key()
    encoded_message = message.encode()
    f = Fernet(key)
    encrypted_message = f.encrypt(encoded_message)

    print(encrypted_message)

if __name__ == "__main__":
    encrypt_message("encrypt this message")

実行結果:

b'gAAAAABesCUIAcM8M-_Ik_-I1-JD0AzLZU8A8-AJITYCp9Mc33JaHMnYmRedtwC8LLcYk9zpTqYSaDaqFUgfz-tcHZ2TQjAgKKnIWJ2ae9GDoea6tw8XeJ4='

このように、元のメッセージが読み取れないバイト列に変換されれば暗号化は成功です。

Pythonでデータを復号化する

暗号化されたメッセージを復号化するには、Fernetクラスのdecrypt()メソッドを呼び出します。復号化にも鍵が必要になるため、忘れずに鍵を読み込んでください。

from cryptography.fernet import Fernet

def load_key():
    """
    生成済みの鍵を読み込む
    """
    return open("secret.key", "rb").read()

def decrypt_message(encrypted_message):
    """
    暗号化されたメッセージを復号化する
    """
    key = load_key()
    f = Fernet(key)
    decrypted_message = f.decrypt(encrypted_message)

    print(decrypted_message.decode())

if __name__ == "__main__":
    decrypt_message(b'gAAAAABesCUIAcM8M-_Ik_-I1-JD0AzLZU8A8-AJITYCp9Mc33JaHMnYmRedtwC8LLcYk9zpTqYSaDaqFUgfz-tcHZ2TQjAgKKnIWJ2ae9GDoea6tw8XeJ4=')

実行結果:

encrypt this message

decode()を呼び出すことで、バイト列が元の読める文字列に戻っていることが確認できます。

まとめ

本記事では、PythonのcryptographyライブラリとFernetクラスを使ったデータの暗号化・復号化の基本的な流れを学びました。

• Fernet.generate_key()で鍵を生成し、安全な場所に保存する
• 暗号化はencrypt()、復号化はdecrypt()メソッドで行う
• 鍵を紛失するとデータを復元できないため、管理には十分注意する

Fernetは認証付き暗号化を提供しているため、改ざん検知も自動的に行われます。実際のアプリケーションでは、鍵をハードコードせず環境変数やシークレットマネージャーで管理するなど、運用面のセキュリティにも配慮しましょう。