個人開発の家計簿に「運営者にも復号できない」ゼロ知識E2E暗号化を入れた（Web Crypto / エンベロープ暗号）

家計簿アプリには、収入・貯金・借金という最も見られたくない情報が集まります。「運営者は見ません」と書くより、そもそも運営者が復号できない設計にしたかった。そこで Web Crypto API だけで ゼロ知識（E2E）暗号化 を実装しました。外部ライブラリ依存ゼロ、サーバーには鍵も平文も渡しません。実装のキモを共有します。

なお、作っているのは家計簿アプリ kurofukubo です（紹介は末尾に）。

方針：「見ない約束」ではなく「見られない設計」

• 認証（Cognito）と暗号鍵を分離する。ログインできること ≠ データを復号できること。
• 鍵・パスフレーズ・平文はサーバーに送らない／保存しない。サーバーが持つのは“鍵を持たない暗号文”だけ。
• パスフレーズは Cognito のパスワードとは別（運営はログインは扱えても中身は読めない）。

アーキテクチャ：エンベロープ暗号

鍵を2層に分けます。

• DEK（Data Encryption Key）：実データを暗号化するランダムな鍵（AES-256-GCM）
• KEK（Key Encryption Key）：パスフレーズから PBKDF2-SHA256（60万回）で導出し、DEKをラップ（暗号化）する鍵

さらに、パスフレーズを忘れても復元できるよう、リカバリーキー（約140bit）からも別のKEKを作り、同じDEKをもう一重ラップします。

結果、サーバーに保存するのは次の bundle だけ。平文の鍵は一切含まれません：

{
  "v": 1, "kdf": "PBKDF2-SHA256", "cipher": "AES-256-GCM", "iterations": 600000,
  "salt": "...", "wrappedDEK": "...",
  "recoverySalt": "...", "recoveryWrappedDEK": "..."
}

ポイントは 「データはDEKで暗号化、DEKだけをパスフレーズ/リカバリキーでラップ」 していること。これにより後述の“パス変更が激安”が効きます。

コア実装（Web Crypto だけ）

KDF と鍵ラップ。deriveKEK を独立させておくと、後で Argon2id（libsodium）へ差し替えやすい。

const subtle = globalThis.crypto.subtle;
const rand = (n) => globalThis.crypto.getRandomValues(new Uint8Array(n));
const PBKDF2_ITERATIONS = 600000;          // OWASP推奨水準
const NONCE_LEN = 12;                       // AES-GCM IV

// パスフレーズ + salt → KEK（AES-GCM鍵）
async function deriveKEK(passphrase, salt) {
  const base = await subtle.importKey('raw', new TextEncoder().encode(passphrase),
    'PBKDF2', false, ['deriveKey']);
  return subtle.deriveKey(
    { name: 'PBKDF2', salt, iterations: PBKDF2_ITERATIONS, hash: 'SHA-256' },
    base, { name: 'AES-GCM', length: 256 }, false, ['encrypt', 'decrypt']);
}

// DEKをKEKでラップ（raw鍵をAES-GCM暗号化）→ b64(nonce|ct)
async function wrapDEK(dek, kek) {
  const raw = new Uint8Array(await subtle.exportKey('raw', dek));
  const nonce = rand(NONCE_LEN);
  const ct = new Uint8Array(await subtle.encrypt({ name: 'AES-GCM', iv: nonce }, kek, raw));
  return toB64(concat(nonce, ct));
}

セットアップ（有効化時）：DEKを生成し、パスフレーズとリカバリキーで二重ラップして bundle を返す。recoveryKey は一度だけ表示して保存させます。

export async function setupEncryption(passphrase) {
  const dek = await subtle.generateKey({ name: 'AES-GCM', length: 256 }, true, ['encrypt','decrypt']);
  const salt = rand(16);
  const wrappedDEK = await wrapDEK(dek, await deriveKEK(passphrase, salt));

  const recoveryKey = generateRecoveryKey();        // 例: A1B2C-3D4E5-... 約140bit
  const recoverySalt = rand(16);
  const recoveryWrappedDEK = await wrapDEK(dek, await deriveKEK(recoveryKey, recoverySalt));

  return { dek, recoveryKey, bundle: {
    v: 1, kdf: 'PBKDF2-SHA256', cipher: 'AES-256-GCM', iterations: PBKDF2_ITERATIONS,
    salt: toB64(salt), wrappedDEK, recoverySalt: toB64(recoverySalt), recoveryWrappedDEK,
  }};
}

解錠・リカバリーは「ラップを解く」だけ。鍵が違えば AES-GCM の復号が例外になるので、パスフレーズ照合のための別データは不要です。

export async function unlock(passphrase, bundle) {
  return unwrapDEK(bundle.wrappedDEK, await deriveKEK(passphrase, fromB64(bundle.salt)));
}
export async function recover(recoveryKey, bundle) {
  return unwrapDEK(bundle.recoveryWrappedDEK, await deriveKEK(recoveryKey, fromB64(bundle.recoverySalt)));
}

データ本体の封緘/開封は DEK で：

export async function seal(dek, obj) {          // JSON → b64(nonce|ct)
  const nonce = rand(NONCE_LEN);
  const ct = new Uint8Array(await subtle.encrypt({ name:'AES-GCM', iv:nonce }, dek,
    new TextEncoder().encode(JSON.stringify(obj))));
  return toB64(concat(nonce, ct));
}

設計上の“おいしい”ところ：パスフレーズ変更がほぼ無料

データはDEKで暗号化していて、パスフレーズはDEKをラップしているだけ。なのでパス変更＝DEKを新パスで再ラップするだけ。データの再暗号化は不要です（数百件あろうと一瞬）。

// 既存dekを新パスで再ラップ。データはそのまま
export async function changePassphrase(dek, newPassphrase, bundle) {
  const salt = rand(16);
  const wrappedDEK = await wrapDEK(dek, await deriveKEK(newPassphrase, salt));
  return { ...bundle, salt: toB64(salt), wrappedDEK };
}

リカバリキーの再発行も同じ理屈（新リカバリキーでDEKを再ラップ）。

UX：ゼロ知識でも「毎回パス入力」にしない

ゼロ知識を貫くと「開くたびにパス入力」になりがちで体験が悪い。そこで：

• 解錠した DEK（CryptoKey）を端末の IndexedDB に保持し、再オープン時は自動解錠（パス不要）。鍵は端末内だけに置き、サーバーには絶対に送らない。
• 別端末・ブラウザデータ消去・鍵不一致のときだけ解錠画面へ。
• リカバリキーは必須保存（紛失＝復元不可なので、発行時にダウンロード/コピーを促し、未保存なら警告）。

サーバー側：ただの“暗号文ストア”にする

サーバーは暗号文 ct と鍵 bundle を保存するだけ（GET/POST /api/encdata）。平文の勘定データは持ちません。暗号化を有効化したタイミングで、それまでの平文データはサーバーから削除します。借方・貸方の整合チェックのような“中身を見る処理”は、当然クライアント側に移します（サーバーは中身を見られないので）。

注意点・割り切り

• リカバリキー紛失＝復元不可。これはゼロ知識の宿命。UIで強く保存を促す。
• 既存ユーザーを壊さないよう オプトイン（デフォルトOFF）。有効化した人だけE2E。
• KDFは将来 Argon2id に上げられるよう関数を分離（deriveKEK 差し替えで移行可能に）。

まとめ

Web Crypto だけで、依存ゼロ・サーバーに鍵を渡さないゼロ知識E2Eは十分実装できます。キモは エンベロープ暗号（DEKをKEKでラップ） で、これが「パス変更が激安」「リカバリキー併用」を素直に実現します。

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作ったもの：kurofukubo（黒福簿）

この記事のE2Eは、自作の家計簿アプリ kurofukubo に実装したものです。「銀行連携しない・運営者にも中身が見えない」を売りにしたかった、というのが動機でした。

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