Java プログラムメモ

Diffie-Hellman 鍵交換を実装する

Diffie-Hellman 鍵交換とは、他人に知られても構わない情報を 2 人が交換するだけで、 共通の秘密鍵を作り出す方法です。 IPSec では Diffie-Hellman 鍵交換を改良した方法を使用しています。

Diffie-Hellman 鍵交換の手順

[1] Alice は Bob に 2 つの素数 P と G を送信する。

[2] Alice は乱数 A を用意する。

[3] Bob は乱数 B を用意する。

[4] Alice は Bob に G^A mod P の結果を送信する。

[5] Bob は Alice に G^B mod P の結果を送信する。

[6] Alice は (G^B mod P)^A mod P を計算する。

[7] Bob は (G^A mod P)^B mod P を計算する。

Java で実装する

ここでは Diffie-Hellman 鍵交換を Java で実装する例を紹介します。

コード記述例 Alice

import java.security.*;
import java.security.spec.*;

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;

public class Alice {
    private Bob bob_;
    private SecretKey secretKey_;

    public Alice(Bob bob) {
        bob_ = bob;
    }

    public void generateSecretKey() throws Exception {
        AlgorithmParameterGenerator paramGen = AlgorithmParameterGenerator
            .getInstance("DH");
        paramGen.init(512);
        AlgorithmParameters params = paramGen.generateParameters();
        DHParameterSpec dhSkipParamSpec = (DHParameterSpec)params
            .getParameterSpec(DHParameterSpec.class);

        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
        keyPairGen.initialize(dhSkipParamSpec);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();

        KeyAgreement keyAgree = KeyAgreement.getInstance("DH");
        keyAgree.init(keyPair.getPrivate());

        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(bob_
            .createPublicKeyEncode(keyPair.getPublic().getEncoded()));
        PublicKey destinationPubKey = KeyFactory.getInstance("DH")
            .generatePublic(x509KeySpec);
        keyAgree.doPhase(destinationPubKey, true);

        bob_.setKeyLength(keyAgree.generateSecret().length);
        keyAgree.doPhase(destinationPubKey, true);
        secretKey_ = keyAgree.generateSecret("DES");
    }

    public SecretKey getSecretKey() {
        return secretKey_;
    }
}

コード記述例 Bob

import java.security.*;
import java.security.spec.*;

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.interfaces.*;
import javax.crypto.spec.*;

public class Bob {
    private SecretKey secretKey_;
    private KeyAgreement keyAgree_;
    private PublicKey publicKey_;

    public Bob() {
    }

    public byte[] createPublicKeyEncode(byte[] pubKeyEnc) throws Exception {
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(pubKeyEnc);
        publicKey_ = KeyFactory.getInstance("DH").generatePublic(x509KeySpec);

        DHParameterSpec dhParamSpec = ((DHPublicKey)publicKey_).getParams();
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
        keyPairGen.initialize(dhParamSpec);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();

        keyAgree_ = KeyAgreement.getInstance("DH");
        keyAgree_.init(keyPair.getPrivate());

        return keyPair.getPublic().getEncoded();
    }

    public void setKeyLength(int len) throws Exception {
        byte[] secret = new byte[len];
        int myLen;
        try {
            keyAgree_.doPhase(publicKey_, true);
            myLen = keyAgree_.generateSecret(secret, 1);
        } catch (ShortBufferException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        myLen = keyAgree_.generateSecret(secret, 0);
        keyAgree_.doPhase(publicKey_, true);
        secretKey_ = keyAgree_.generateSecret("DES");
    }

    public SecretKey getSecretKey() {
        return secretKey_;
    }
}

コード記述例 Main

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Bob bob = new Bob();
    Alice alice = new Alice(bob);
    alice.generateSecretKey();

    System.out.println("Alice secret: "
            + toHexString(alice.getSecretKey().getEncoded()));
    System.out.println("Bob secret: "
            + toHexString(bob.getSecretKey().getEncoded()));
}

private static String toHexString(byte[] arr) {
    StringBuffer buf = new StringBuffer();

    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        buf.append(Integer.toHexString(arr[i] & 0xff));
    }
    return buf.toString();
}

出力結果

Alice secret: 5b3ebf61fefbea4
Bob secret: 5b3ebf61fefbea4