非対称キーで XML 要素を暗号化する

[アーティクル]
05/09/2023

System.Security.Cryptography.Xml 名前空間のクラスを使用して、XML ドキュメント内の要素を暗号化することができます。 XML 暗号化は、データが簡単に読み取られる心配なく、暗号化された XML データを交換または保存する標準的な方法です。 XML 暗号化の規格の詳細については、https://www.w3.org/TR/xmldsig-core/ にある World Wide Web コンソーシアム (W3C) の XML 暗号化の仕様を参照してください。

XML 暗号化を使用すると、任意の XML 要素またはドキュメントを、暗号化された XML データを含む <EncryptedData> 要素に置き換えることができます。 <EncryptedData> 要素には、暗号化時に使用されたキーとプロセスに関する情報が含まれているサブ要素を含めることもできます。 XML の暗号化を使用すると、ドキュメントに複数の暗号化された要素を含められるだけでなく、要素を複数回暗号化することができます。この手順のコード例では、<EncryptedData> 要素や、後の解読時に使用できるその他のいくつかのサブ要素を作成する方法を示します。

この例では、2 つのキーを使用して XML 要素を暗号化します。 RSA の公開キーと秘密キーのペアを生成し、キーのペアをセキュリティで保護されたキーコンテナーに保存します。この例では、Advanced Encryption Standard (AES) アルゴリズムを使用して、別のセッションキーを作成します。この例では、XML ドキュメントの暗号化に AES セッションキーを使用してから、AES セッションキーを暗号化するために RSA 公開キーを使用しています。最後に、この例では、暗号化された AES セッションキーと暗号化された XML データを、XML ドキュメントの新しい <EncryptedData> 要素内に保存します。

XML 要素を復号化するには、キーコンテナーから RSA 秘密キーを取得し、これを使用してセッションキーを復号化してから、セッションキーを使用してドキュメントを復号化します。この手順を使用して暗号化された XML 要素を復号化する方法の詳細については、「方法: 非対称キーで XML 要素を復号化する」を参照してください。

この例は、複数のアプリケーションが暗号化されたデータを共有する必要がある状況や、1 つのアプリケーションが、実行する時間の間に暗号化されたデータを保存する必要がある状況に適しています。

非対称キーで XML 要素を暗号化するには

CspParameters オブジェクトを作成し、キーのコンテナーの名前を指定します。

CspParameters cspParams = new CspParameters();
cspParams.KeyContainerName = "XML_ENC_RSA_KEY";

Dim cspParams As New CspParameters()
cspParams.KeyContainerName = "XML_ENC_RSA_KEY"

RSACryptoServiceProvider クラスを使用して非対称キーを生成します。 CspParameters オブジェクトを RSACryptoServiceProvider クラスのコンストラクターに渡すと、キーは自動的にキーコンテナーに保存されます。このキーは、AES のセッションキーの暗号化に使用され、後で復号化するために取得することができます。
```
RSACryptoServiceProvider rsaKey = new RSACryptoServiceProvider(cspParams);
```
```
Dim rsaKey As New RSACryptoServiceProvider(cspParams)
```

ディスクから XML ファイルを読み込んで XmlDocument オブジェクトを作成します。 XmlDocument オブジェクトには、暗号化する XML 要素が含まれています。

// Create an XmlDocument object.
XmlDocument xmlDoc = new XmlDocument();

// Load an XML file into the XmlDocument object.
try
{
    xmlDoc.PreserveWhitespace = true;
    xmlDoc.Load("test.xml");
}
catch (Exception e)
{
    Console.WriteLine(e.Message);
}

' Create an XmlDocument object.
Dim xmlDoc As New XmlDocument()

' Load an XML file into the XmlDocument object.
Try
    xmlDoc.PreserveWhitespace = True
    xmlDoc.Load("test.xml")
Catch e As Exception
    Console.WriteLine(e.Message)
End Try

XmlDocument オブジェクトで指定された要素を検索し、暗号化する要素を表す新しい XmlElement オブジェクトを作成します。この例では、"creditcard" 要素が暗号化されます。

XmlElement? elementToEncrypt = Doc.GetElementsByTagName(ElementToEncrypt)[0] as XmlElement;

// Throw an XmlException if the element was not found.
if (elementToEncrypt == null)
{
    throw new XmlException("The specified element was not found");
}

Dim elementToEncrypt As XmlElement = Doc.GetElementsByTagName(EncryptionElement)(0)

' Throw an XmlException if the element was not found.
If elementToEncrypt Is Nothing Then
    Throw New XmlException("The specified element was not found")
End If

Aes クラスを使用してセッションキーを新規作成します。このキーは、XML 要素を暗号化してから、このキー自体が暗号化されて XML ドキュメントに配置されます。
```
// Create an AES key.
sessionKey = Aes.Create();
```
```
' Create an AES key.
sessionKey = Aes.Create()
```
EncryptedXml クラスのインスタンスを新規作成し、これを使用して、セッションキーによって指定された要素を暗号化します。 EncryptData メソッドは、暗号化された要素を、暗号化されたバイトの配列として返します。
```
EncryptedXml eXml = new EncryptedXml();

byte[] encryptedElement = eXml.EncryptData(elementToEncrypt, sessionKey, false);
```
```
Dim eXml As New EncryptedXml()

Dim encryptedElement As Byte() = eXml.EncryptData(elementToEncrypt, sessionKey, False)
```
EncryptedData オブジェクトを構築し、暗号化された XML 要素の URL 識別子をそれに読み込みます。この URL 識別子は、復号化側に、XML に暗号化された要素が含まれていることを知らせます。 XmlEncElementUrl フィールドを使用して URL 識別子を指定することができます。プレーンテキストの XML 要素は、この EncryptedData オブジェクトによってカプセル化された <EncryptedData> 要素に置き換えられます。
```
EncryptedData edElement = new EncryptedData();
edElement.Type = EncryptedXml.XmlEncElementUrl;
edElement.Id = EncryptionElementID;
```
```
Dim edElement As New EncryptedData()
edElement.Type = EncryptedXml.XmlEncElementUrl
edElement.Id = EncryptionElementID
```
セッションキーの生成に使用する暗号化アルゴリズムの URL 識別子に初期化された EncryptionMethod オブジェクトを作成します。 EncryptionMethod オブジェクトを EncryptionMethod プロパティに渡します。
```
edElement.EncryptionMethod = new EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncAES256Url);
```
```
edElement.EncryptionMethod = New EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncAES256Url)
```

暗号化されたセッションキーを格納する EncryptedKey オブジェクトを作成します。セッションキーを暗号化し、EncryptedKey オブジェクトに追加して、セッションキーの名前とキーの識別子の URL を入力します。

EncryptedKey ek = new EncryptedKey();

byte[] encryptedKey = EncryptedXml.EncryptKey(sessionKey.Key, Alg, false);

ek.CipherData = new CipherData(encryptedKey);

ek.EncryptionMethod = new EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncRSA15Url);

Dim ek As New EncryptedKey()

Dim encryptedKey As Byte() = EncryptedXml.EncryptKey(sessionKey.Key, Alg, False)

ek.CipherData = New CipherData(encryptedKey)

ek.EncryptionMethod = New EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncRSA15Url)

暗号化されたデータを特定のセッションキーにマップする DataReference オブジェクトを新規作成します。 (省略可能) この手順を使用すると、XML ドキュメントの複数の部分が 1 つのキーによって暗号化されたことを簡単に指定できます。

DataReference dRef = new DataReference();

// Specify the EncryptedData URI.
dRef.Uri = "#" + EncryptionElementID;

// Add the DataReference to the EncryptedKey.
ek.AddReference(dRef);

Dim dRef As New DataReference()

' Specify the EncryptedData URI.
dRef.Uri = "#" + EncryptionElementID

' Add the DataReference to the EncryptedKey.
ek.AddReference(dRef)

暗号化されたキーを EncryptedData オブジェクトに追加します。

edElement.KeyInfo.AddClause(new KeyInfoEncryptedKey(ek));

edElement.KeyInfo.AddClause(New KeyInfoEncryptedKey(ek))

RSA キーの名前を指定する KeyInfo オブジェクトを新規作成します。このオブジェクトを EncryptedData オブジェクトに追加します。これにより、復号化側は、適切な非対称キーを識別して、セッションキーを復号化する際に使用できるようになります。


// Create a new KeyInfoName element.
KeyInfoName kin = new KeyInfoName();

// Specify a name for the key.
kin.Value = KeyName;

// Add the KeyInfoName element to the
// EncryptedKey object.
ek.KeyInfo.AddClause(kin);

' Create a new KeyInfoName element.
Dim kin As New KeyInfoName()

' Specify a name for the key.
kin.Value = KeyName

' Add the KeyInfoName element to the
' EncryptedKey object.
ek.KeyInfo.AddClause(kin)

暗号化された要素のデータを EncryptedData オブジェクトに追加します。

edElement.CipherData.CipherValue = encryptedElement;

edElement.CipherData.CipherValue = encryptedElement

元の XmlDocument オブジェクトの要素を EncryptedData 要素に置き換えます。

EncryptedXml.ReplaceElement(elementToEncrypt, edElement, false);

EncryptedXml.ReplaceElement(elementToEncrypt, edElement, False)

XmlDocument オブジェクトを保存します。

xmlDoc.Save("test.xml");

xmlDoc.Save("test.xml")

例

この例では、"test.xml" という名前のファイルがコンパイル済みのプログラムと同じディレクトリに存在することを前提としています。また、"test.xml" には "creditcard" 要素が含まれることも前提としています。次の XML を test.xml というファイルに配置し、この例で使用することができます。

<root>  
    <creditcard>  
        <number>19834209</number>  
        <expiry>02/02/2002</expiry>  
    </creditcard>  
</root>


using System;
using System.Xml;
using System.Security.Cryptography;
using System.Security.Cryptography.Xml;
using System.Runtime.Versioning;

[SupportedOSPlatform("windows")]
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // Create an XmlDocument object.
        XmlDocument xmlDoc = new XmlDocument();

        // Load an XML file into the XmlDocument object.
        try
        {
            xmlDoc.PreserveWhitespace = true;
            xmlDoc.Load("test.xml");
        }
        catch (Exception e)
        {
            Console.WriteLine(e.Message);
        }

        // Create a new CspParameters object to specify
        // a key container.
        CspParameters cspParams = new CspParameters();
        cspParams.KeyContainerName = "XML_ENC_RSA_KEY";

        // Create a new RSA key and save it in the container.  This key will encrypt
        // a symmetric key, which will then be encrypted in the XML document.
        RSACryptoServiceProvider rsaKey = new RSACryptoServiceProvider(cspParams);

        try
        {
            // Encrypt the "creditcard" element.
            Encrypt(xmlDoc, "creditcard", "EncryptedElement1", rsaKey, "rsaKey");

            // Save the XML document.
            xmlDoc.Save("test.xml");

            // Display the encrypted XML to the console.
            Console.WriteLine("Encrypted XML:");
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine(xmlDoc.OuterXml);
            Decrypt(xmlDoc, rsaKey, "rsaKey");
            xmlDoc.Save("test.xml");
            // Display the encrypted XML to the console.
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("Decrypted XML:");
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine(xmlDoc.OuterXml);
        }
        catch (Exception e)
        {
            Console.WriteLine(e.Message);
        }
        finally
        {
            // Clear the RSA key.
            rsaKey.Clear();
        }

        Console.ReadLine();
    }

    public static void Encrypt(XmlDocument Doc, string ElementToEncrypt, string EncryptionElementID, RSA Alg, string KeyName)
    {
        // Check the arguments.
        if (Doc == null)
            throw new ArgumentNullException("Doc");
        if (ElementToEncrypt == null)
            throw new ArgumentNullException("ElementToEncrypt");
        if (EncryptionElementID == null)
            throw new ArgumentNullException("EncryptionElementID");
        if (Alg == null)
            throw new ArgumentNullException("Alg");
        if (KeyName == null)
            throw new ArgumentNullException("KeyName");

        ////////////////////////////////////////////////
        // Find the specified element in the XmlDocument
        // object and create a new XmlElement object.
        ////////////////////////////////////////////////
        XmlElement? elementToEncrypt = Doc.GetElementsByTagName(ElementToEncrypt)[0] as XmlElement;

        // Throw an XmlException if the element was not found.
        if (elementToEncrypt == null)
        {
            throw new XmlException("The specified element was not found");
        }
        Aes? sessionKey = null;

        try
        {
            //////////////////////////////////////////////////
            // Create a new instance of the EncryptedXml class
            // and use it to encrypt the XmlElement with the
            // a new random symmetric key.
            //////////////////////////////////////////////////

            // Create an AES key.
            sessionKey = Aes.Create();

            EncryptedXml eXml = new EncryptedXml();

            byte[] encryptedElement = eXml.EncryptData(elementToEncrypt, sessionKey, false);
            ////////////////////////////////////////////////
            // Construct an EncryptedData object and populate
            // it with the desired encryption information.
            ////////////////////////////////////////////////

            EncryptedData edElement = new EncryptedData();
            edElement.Type = EncryptedXml.XmlEncElementUrl;
            edElement.Id = EncryptionElementID;
            // Create an EncryptionMethod element so that the
            // receiver knows which algorithm to use for decryption.

            edElement.EncryptionMethod = new EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncAES256Url);
            // Encrypt the session key and add it to an EncryptedKey element.
            EncryptedKey ek = new EncryptedKey();

            byte[] encryptedKey = EncryptedXml.EncryptKey(sessionKey.Key, Alg, false);

            ek.CipherData = new CipherData(encryptedKey);

            ek.EncryptionMethod = new EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncRSA15Url);

            // Create a new DataReference element
            // for the KeyInfo element.  This optional
            // element specifies which EncryptedData
            // uses this key.  An XML document can have
            // multiple EncryptedData elements that use
            // different keys.
            DataReference dRef = new DataReference();

            // Specify the EncryptedData URI.
            dRef.Uri = "#" + EncryptionElementID;

            // Add the DataReference to the EncryptedKey.
            ek.AddReference(dRef);
            // Add the encrypted key to the
            // EncryptedData object.

            edElement.KeyInfo.AddClause(new KeyInfoEncryptedKey(ek));
            // Set the KeyInfo element to specify the
            // name of the RSA key.


            // Create a new KeyInfoName element.
            KeyInfoName kin = new KeyInfoName();

            // Specify a name for the key.
            kin.Value = KeyName;

            // Add the KeyInfoName element to the
            // EncryptedKey object.
            ek.KeyInfo.AddClause(kin);
            // Add the encrypted element data to the
            // EncryptedData object.
            edElement.CipherData.CipherValue = encryptedElement;
            ////////////////////////////////////////////////////
            // Replace the element from the original XmlDocument
            // object with the EncryptedData element.
            ////////////////////////////////////////////////////
            EncryptedXml.ReplaceElement(elementToEncrypt, edElement, false);
        }
        finally
        {
            sessionKey?.Clear();
        }
    }

    public static void Decrypt(XmlDocument Doc, RSA Alg, string KeyName)
    {
        // Check the arguments.
        if (Doc == null)
            throw new ArgumentNullException("Doc");
        if (Alg == null)
            throw new ArgumentNullException("Alg");
        if (KeyName == null)
            throw new ArgumentNullException("KeyName");

        // Create a new EncryptedXml object.
        EncryptedXml exml = new EncryptedXml(Doc);

        // Add a key-name mapping.
        // This method can only decrypt documents
        // that present the specified key name.
        exml.AddKeyNameMapping(KeyName, Alg);

        // Decrypt the element.
        exml.DecryptDocument();
    }
}

Imports System.Xml
Imports System.Security.Cryptography
Imports System.Security.Cryptography.Xml

Class Program

    Shared Sub Main(ByVal args() As String)
        ' Create an XmlDocument object.
        Dim xmlDoc As New XmlDocument()

        ' Load an XML file into the XmlDocument object.
        Try
            xmlDoc.PreserveWhitespace = True
            xmlDoc.Load("test.xml")
        Catch e As Exception
            Console.WriteLine(e.Message)
        End Try
        ' Create a new CspParameters object to specify
        ' a key container.
        Dim cspParams As New CspParameters()
        cspParams.KeyContainerName = "XML_ENC_RSA_KEY"
        ' Create a new RSA key and save it in the container.  This key will encrypt
        ' a symmetric key, which will then be encrypted in the XML document.
        Dim rsaKey As New RSACryptoServiceProvider(cspParams)
        Try
            ' Encrypt the "creditcard" element.
            Encrypt(xmlDoc, "creditcard", "EncryptedElement1", rsaKey, "rsaKey")


            ' Save the XML document.
            xmlDoc.Save("test.xml")
            ' Display the encrypted XML to the console.
            Console.WriteLine("Encrypted XML:")
            Console.WriteLine()
            Console.WriteLine(xmlDoc.OuterXml)
            Decrypt(xmlDoc, rsaKey, "rsaKey")
            xmlDoc.Save("test.xml")
            ' Display the encrypted XML to the console.
            Console.WriteLine()
            Console.WriteLine("Decrypted XML:")
            Console.WriteLine()
            Console.WriteLine(xmlDoc.OuterXml)

        Catch e As Exception
            Console.WriteLine(e.Message)
        Finally
            ' Clear the RSA key.
            rsaKey.Clear()
        End Try


        Console.ReadLine()

    End Sub


    Public Shared Sub Encrypt(ByVal Doc As XmlDocument, ByVal EncryptionElement As String, ByVal EncryptionElementID As String, ByVal Alg As RSA, ByVal KeyName As String)
        ' Check the arguments.
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(Doc)
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(EncryptionElement)
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(EncryptionElementID)
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(Alg)
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(KeyName)
        '//////////////////////////////////////////////
        ' Find the specified element in the XmlDocument
        ' object and create a new XmlElement object.
        '//////////////////////////////////////////////
        Dim elementToEncrypt As XmlElement = Doc.GetElementsByTagName(EncryptionElement)(0)

        ' Throw an XmlException if the element was not found.
        If elementToEncrypt Is Nothing Then
            Throw New XmlException("The specified element was not found")
        End If
        Dim sessionKey As Aes = Nothing

        Try
            '////////////////////////////////////////////////
            ' Create a new instance of the EncryptedXml class
            ' and use it to encrypt the XmlElement with the
            ' a new random symmetric key.
            '////////////////////////////////////////////////
            ' Create an AES key.
            sessionKey = Aes.Create()
            Dim eXml As New EncryptedXml()

            Dim encryptedElement As Byte() = eXml.EncryptData(elementToEncrypt, sessionKey, False)
            '//////////////////////////////////////////////
            ' Construct an EncryptedData object and populate
            ' it with the desired encryption information.
            '//////////////////////////////////////////////
            Dim edElement As New EncryptedData()
            edElement.Type = EncryptedXml.XmlEncElementUrl
            edElement.Id = EncryptionElementID
            ' Create an EncryptionMethod element so that the
            ' receiver knows which algorithm to use for decryption.
            edElement.EncryptionMethod = New EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncAES256Url)
            ' Encrypt the session key and add it to an EncryptedKey element.
            Dim ek As New EncryptedKey()

            Dim encryptedKey As Byte() = EncryptedXml.EncryptKey(sessionKey.Key, Alg, False)

            ek.CipherData = New CipherData(encryptedKey)

            ek.EncryptionMethod = New EncryptionMethod(EncryptedXml.XmlEncRSA15Url)
            ' Create a new DataReference element
            ' for the KeyInfo element.  This optional
            ' element specifies which EncryptedData
            ' uses this key.  An XML document can have
            ' multiple EncryptedData elements that use
            ' different keys.
            Dim dRef As New DataReference()

            ' Specify the EncryptedData URI.
            dRef.Uri = "#" + EncryptionElementID

            ' Add the DataReference to the EncryptedKey.
            ek.AddReference(dRef)
            ' Add the encrypted key to the
            ' EncryptedData object.
            edElement.KeyInfo.AddClause(New KeyInfoEncryptedKey(ek))
            ' Set the KeyInfo element to specify the
            ' name of the RSA key.
            ' Create a new KeyInfoName element.
            Dim kin As New KeyInfoName()

            ' Specify a name for the key.
            kin.Value = KeyName

            ' Add the KeyInfoName element to the
            ' EncryptedKey object.
            ek.KeyInfo.AddClause(kin)
            ' Add the encrypted element data to the
            ' EncryptedData object.
            edElement.CipherData.CipherValue = encryptedElement
            '//////////////////////////////////////////////////
            ' Replace the element from the original XmlDocument
            ' object with the EncryptedData element.
            '//////////////////////////////////////////////////
            EncryptedXml.ReplaceElement(elementToEncrypt, edElement, False)
        Catch e As Exception
            ' re-throw the exception.
            Throw
        Finally
            If Not (sessionKey Is Nothing) Then
                sessionKey.Clear()
            End If
        End Try

    End Sub



    Public Shared Sub Decrypt(ByVal Doc As XmlDocument, ByVal Alg As RSA, ByVal KeyName As String)
        ' Check the arguments.
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(Doc)
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(Alg)
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(KeyName)
        ' Create a new EncryptedXml object.
        Dim exml As New EncryptedXml(Doc)

        ' Add a key-name mapping.
        ' This method can only decrypt documents
        ' that present the specified key name.
        exml.AddKeyNameMapping(KeyName, Alg)

        ' Decrypt the element.
        exml.DecryptDocument()

    End Sub
End Class

コードのコンパイル

.NET Framework を対象とするプロジェクトでは、System.Security.dll への参照を含めます。
.NET Core または .NET 5 を対象とするプロジェクトでは、NuGet パッケージ System.Security.Cryptography.Xml をインストールします。
名前空間 System.Xml、System.Security.Cryptography、および System.Security.Cryptography.Xml を含めます。

.NET セキュリティ

対称暗号化キーをプレーンテキストで保存したり、対称キーをコンピューター間でプレーンテキストで転送したりしないでください。加えて、非対称キーペアの秘密キーをプレーンテキストで保存または転送しないでください。対称および非対称暗号化キーの詳細については、「暗号化と復号化のためのキーの生成」を参照してください。

ヒント

開発には、シークレットをセキュリティで保護して格納するためにシークレットマネージャーを使用します。運用環境では、Azure Key Vault などの製品を検討してください。

キーをソースコードに直接埋め込まないでください。埋め込まれたキーは、Ildasm.exe (IL 逆アセンブラー) を使用するか、メモ帳などのテキストエディターでアセンブリを開くことで、アセンブリから簡単に読み取ることができます。

暗号化キーを使用して完了したら、各バイトをゼロ (0) にするか、マネージド暗号化クラスの Clear メソッドを呼び出してメモリから消去します。暗号化キーは、デバッガーによってメモリから読み取られるか、メモリの位置がディスクにページングされている場合はハードドライブから読み取られることがあります。

非対称キーで XML 要素を暗号化する

非対称キーで XML 要素を暗号化するには

例

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関連項目

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その他のリソース