快適な開発と高セキュリティを実現するCryptoKitを活用したCoreDataのデータ暗号化術

永続化されたデータの保護は、現代のiOSアプリ開発において必要不可欠な要素です。
しかし、Appleが提供する永続化フレームワークであるCore Dataは標準でデータの暗号化を提供しません。
また、Core Dataのデータ暗号化には、「データベース全体を暗号化する方法(SQLCipher)」や「保存するデータを個別に暗号化する方法(CryptoKit)」があります。
この資料では、それぞれのメリット/デメリットを比較した上で、Core Dataにおけるデータの暗号化手法とその選定方法について詳しく紹介します。

参加者は以下の内容を学ぶことができます。

1. データ保護の重要性
2. Core Dataの各暗号化手法のメリット/デメリット
3. Core Dataの暗号化手法の選定方法
4. CryptoKitによる暗号化と復号化のコード例
5. CryptoKitによる暗号化と復号化のパフォーマンス検証

この資料を通して、「Core Data」の暗号化に必要なナレッジや各利点について理解を深めて頂ければ幸いです。

Transcript

1. 快適な開発と高セキュリティを 
 実現するCryptoKitを活用した 
 Core Dataのデータ暗号化術 
 
 加藤 雄大 / @Takahiro_Kato15 
 iOSDC Japan 2024

2. • 加藤 雄大（かとう たかひろ） 
 • LINEヤフー株式会社 
 • 2019年中途入社 
 • iOSエンジニア 
 自己紹介
3. 1. Core Dataのデータ暗号化の重要性
 2. Core Dataの暗号化手法と選定方法
 3. CryptoKit 暗号化 / 復号のコード例
 4. CryptoKit のパフォーマンス検証 アジェンダ
4. Core Dataのデータ暗号化 の重要性

5. なぜCore Dataのデータを暗号化する 
 必要があるのでしょうか？ 

6. iOSのデータ保護機能では防げない 
 ケースがあるからです。。。 
 なぜCore Dataのデータを暗号化する 
 必要があるのでしょうか？ 

7. • パスワードロックをかけていない端末が盗難 され、端末の情報にアクセスされる
 • macOSの脆弱性を利用して、Macに接続さ れた端末の情報にアクセスする
 考えられるリスクシナリオ
8. • ユーザの個人情報を脅威から守ることがで きる
 • アプリのブランディングを向上させることがで きる
 想定リスクに対応することで
9. Core Dataの暗号化手法 と選定方法 

10. 1. 全体の暗号化
 2. 保存情報の暗号化
 Core Dataの暗号化手法
11. 全体の暗号化とは？ User id name 1 2 3 Taro Jiro Saburo University id name 1 2 3 Waseda Keio Tokyo SQLiteファイル
12. • SQLCipher
 ◦ OSS
 ◦ SQLiteファイルごとAES-256暗号化
 ◦ 複数のPlatformで利用することが可能
 ▪ iOS, Android, Linux, Windows
 全体の暗号化の実現方法 

13. 保存情報の暗号化とは？ User id name 1 2 3 University id name 1 2 3 SQLiteファイル U2Fs… GVkX… 8kF8… 2N9e… F6Mz… 18Xc…
14. • CryptoKit
 ◦ Apple公式の暗号化Framework
 ◦ 幅広いアルゴリズムに対応
 ◦ APIが簡易で使いやすい
 保存情報の暗号化の実現方法 

15. では、暗号化手法は 
 どうやって決めれば良いのでしょうか？ 

16. では、暗号化手法は 
 どうやって決めれば良いのでしょうか？ 
 銀の弾丸は存在しません！ 
 メリット/デメリットを理解して、 
 チームやプロダクトに合う方法を採用しましょ う！

17. SQLCipherのメリット・デメリット 
 メリット
 デメリット 
 • 暗号化すべきデータ の精査が不要
 • 歴史があり、OSSとし て信用できる
 • Swift Package Managerに非対応
 • Build時間が長い
 • コア部分のカスタム実 装が必要になる

18. • 保存する全ての情報を暗号化する必要があ る場合
 • Core Dataだけでなく、SQLiteの深い知識を 持つチームである場合
 SQLCipherを選ぶケース 

19. CryptoKitのメリット・デメリット 
 メリット
 デメリット 
 • Apple公式提供のため OSアップデートへの 追従が容易
 • 暗号化 / 復号が容易 に実装できる
 • 暗号化すべきデータ の精査が必要になる
 • DB検索やSortの実装 に工夫が必要になる

20. • 特定の情報のみ暗号化する必要がある場 合
 • Core Dataの標準機能の知識を持つチーム である場合
 CryptoKitを選ぶケース 

21. CryptoKit 暗号化 / 復号 のコード例 

22. String Extensionへの暗号化処理の定義例 
 func encrypt(key: SymmetricKey, nonce: AES.GCM.Nonce) throws -> String { guard let data = self.data(using: .utf8) else { throw NSError() } // SealedBoxを生成 let seal = try AES.GCM.seal(data, using: key, nonce: nonce) // 暗号化結果の取得 guard let encrypted = seal.combined?.base64EncodingString() else { throw NSError() } return encrypted }
23. String Extensionへの復号処理の定義例 
 func decrypt(key: SymmetricKey) throws -> String { guard let data = Data(base64Encoded: self) else { throw NSError() } // SealedBoxを生成 let sealedBox = try AES.GCM.SealedBox(combined: data) // 復号結果を取得 let decryptedData = try AES.GCM.open(sealedBox, using: key) guard let decrypted = String(data: decryptedData, encoding: .utf8) else { throw NSError() } return decrypted }
24. 「暗号化と復号」メソッドの呼び出し例 
 let name = “Takahiro_Kato15” let key = <Keychainに保存している鍵> let nonce = try AES.GCM.Nonce() // 暗号化 let encrypted = try name.encrypt(key: key, nonce: nonce) // 復号 let decrypted = try encrypted.decrypt(key: key)
25. CryptoKitを使えば、 
 簡単に暗号化と復号ができる！ 

26. とはいかず... 
 もちろん注意点があります。 

27. 注意点①： 
 「暗号化 / 復号」時に例外を投げる 
 // 暗号化 let seal = try AES.GCM.seal(data, using: key, nonce: nonce) // 復号 let sealedBox = try AES.GCM.SealedBox(combined: data) let decryptedData = try AES.GCM.open(sealedBox, using: key)
28. 注意点①： 
 「暗号化 / 復号」時に例外を投げる 
 // 暗号化 let seal = try AES.GCM.seal(data, using: key, nonce: nonce) // 復号 let sealedBox = try AES.GCM.SealedBox(combined: data) let decryptedData = try AES.GCM.open(sealedBox, using: key) 「CryptoKitError」を投げる 

29. 梅
 竹
 松
 • nil保存OK
 • nil保存NG
 • ユーザへの フィードバッ クなし
 • nil保存NG
 • ユーザへの フィードバッ クあり
 注意点①： 
 例外の対処方法は、アプリ要件次第 

30. Hash化
 Taro 8d96… name 注意点②： 
 暗号化情報の検索にHash値を利用する 
 User 1 2 3 U2Fs… GVkX… 8kF8… id name hashedName 8d96… 5e88… 0d4f… 検索
 +Secret Salt (Keychainに保持)
31. 注意点②： 
 暗号化情報の検索にHash値を利用する 
 func hash(secretSalt: String, stretchingCount: Int) throws -> String { var hashData = Data((self + secretSalt).utf8) for _ in 0…stretchingCount { let digest = SHA256.hash(data: hashData) hashData = Data(digest) } return hashData.map { String(format: “%02hhx”, $0) }.joined() }
32. 注意点③： 
 Sort専用のAttributeを用意する 
 User 1 2 3 U2Fs… GVkX… 8kF8… id name hashedName 8d96… 5e88… 0d4f… nameOrder 2 0 1 Sort専用のAttributeを定義 

33. 注意点③： 
 データの追加/更新時に再計算する 
 User 1 2 3 U2Fs… GVkX… 8kF8… id name … … nameOrder 2 0 1 name Taro Jiro Saburo 復号
 Shiro Before Jiro Saburo Taro 0 1 2 Jiro Saburo Taro Shiro 0 1 2 3 After
34. CryptoKit の 
 パフォーマンス検証 

35. CryptoKitによる暗号化 / 復号 / Hash化 
 の処理速度を見てみましょう！ 

36. CryptoKitによる1,000文字の文字列の暗 号化 / 復号の処理速度 
 端末
 暗号化 [sec]
 復号 [sec]
 iPhone6s Plus (iOS15)
 2.26e-5
 4.07e-5
 iPhone12 Pro (iOS17)
 1.42e-5 
 6.95e-6

37. CryptoKitによる1,000文字の文字列の Hash化の処理速度 
 
 Hash化 [sec]
 ストレッチング 回数
 10,000
 1,000
 100
 iPhone6s Plus (iOS15)
 3.95e-2
 4.03e-3
 5.26e-4
 iPhone12 Pro (iOS17)
 1.58e-2 
 1.55e-3
 1.94e-4

38. まとめ

39. • Core Dataの暗号化はユーザの個人情報を 守り、アプリのブランディングを向上させる
 • Core Dataの暗号化手法は2つある
 ◦ 全体の暗号化（SQLCipher）
 ◦ 保存情報の暗号化（CryptoKit）
 • 暗号化手法はメリット・デメリットを理解した 上で選定する

40. • CryptoKitは本当に快適かつ安全に暗号化 できるのか
 ◦ 暗号化 / 復号のメソッドは簡単に実装可 能だが、注意点がある
 ▪ 要件に合わせた例外対応
 ▪ Hash値による検索対応
 ▪ 専用AttributeによるSort（都度Sortの 再計算は必要）

41. • CryptoKitのパフォーマンス
 ◦ 暗号化 / 復号は高速
 ◦ Hash化のストレッチング回数はパフォー マンスとのトレードオフ
 CryptoKitで工夫すれば、下記を実現できる 
 ・快適な開発 
 ・高セキュリティ 

42. Appendix 

43. case
 種別
 • incorrectKeySize
 • invalidParameter
 • incorrectParameterSize 
 • authenticationFailure 
 • wrapFailure
 • unwrapFailure
 恒久的に発生する
 • underlyingCoreCryptoError(error: Int32) 
 一時的に発生する
 CryptoKitError 

44. 暗号化 / 復号時の例外 の対処方法の例 

45. 梅
 竹
 松
 • nil保存OK
 • nil保存NG
 • ユーザへの フィードバッ クなし
 • nil保存NG
 • ユーザへの フィードバッ クあり
 例外の対処方法は、アプリ要件次第 

46. class CryptoValueTransformer: ValueTransformer { override func transformedValue( _ value: Any?) -> Any? { // ここで暗号化 } override func reverseTransformedValue( _ value: Any?) -> Any? { // ここで暗号化 } } ValueTransformerを利用した例 

47. 梅
 竹
 松
 • nil保存OK
 • nil保存NG
 • ユーザへの フィードバッ クなし
 • nil保存NG
 • ユーザへの フィードバッ クあり
 例外の対処方法は、アプリ要件次第 

48. class CustomManagedObjectContext: NSManagedObjectContext { override func save() throws { // ここで暗号化 try super.save() } • 暗号化失敗時にthrowsで例外を伝搬することで nil保存させない。
 • ユーザへのフィードバックは制御次第。
 NSManagedObjectContextの継承classを 実装する例 

49. データマイグレーション 

50. データマイグレーションが必要なケース 
 • 社内セキュリティ要件の変更
 • 暗号化の対応漏れ etc

51. Heavy Weight Migrationに必要なもの 
 • Model Mappingファイル
 • Custom Policy

52. Model Mappingファイル 
 • マイグレーション元とマイグレーション先の組 み合わせ毎にModel Mappingファイルが必要
 ◦ v1 → v3
 ◦ v2 → v3

53. Model Mappingファイル 
 • マイグレーション元とマイグレーション先の組 み合わせ毎にModel Mappingファイルが必要
 ◦ v1 → v3
 ◦ v2 → v3
 対応Verが多いほど管理が大変... 

54. Custom Policy 
 • NSEntityMigrationPolicyのカスタムClassを 実装
 ◦ 元のデータを暗号化、Hash化する独自の ロジックを組み込むために必要

55. Custom Policy 
 • カスタムClassは、Model Mappingファイル上 で、必要なEntity Mappingに指定する

56. @objc(CustomMigrationPolicy) class CustomMigrationPolicy: NSEntityMigrationPolicy { override func createDestinationInstances(forSource sourceInstance: NSManagedObject, in mapping: NSEntityMapping, manager: NSMigrationManager) throws { // ここで暗号化、Hash化した値を設定する } } Custom Policy実装例 

57. その他

58. SQLCipherによるSQLファイルの暗号化につ いて（補足） 
 • SQLiteのページ単位で暗号化する
 ◦ 読み書きに必要なページのみに影響範 囲が限定されるため、パフォーマンス向 上に繋がる
 ◦ CryptoKitでSQLiteファイルごと暗号化 / 復号するより高パフォーマンス

59. 暗号化用の鍵の作り方 
 // 暗号化用の鍵は下記メソッドで、簡単に作成できる let key = SymmetricKey(size: .bits256)
60. GCMとCBCの違い 
 • GCM：認証付き暗号化モード
 • CBC：ブロック暗号化モード
 • GCMはデータの改ざんを検知できるが、 CBCは単体では検知できない(Hashを併用 するなど対策が必要)

61. 注意点②： 
 暗号化情報の検索にHash値を利用する 
 • Saltを利用してHash化させることでHash結果 が常に異なる
 • Secret Saltは、Hash化をより強化するため に利用する
 • Saltだと検索不能なため、Secret Saltのみ 利用することを許容する

62. CryptoKitで100回連続で暗号化/復号を 実行した場合の処理速度 
 端末
 暗号化 [sec]
 復号 [sec]
 iPhone6s Plus (iOS15)
 2.29e-3
 2.25e-3
 iPhone12 Pro (iOS17)
 8.15e-4 
 6.65e-4
 ※異なる1,000文字の文字列を連続で暗号化/復号した結果の平均値