エンベロープ暗号化とデータキー

KMSが直接暗号化できるのは、小さなペイロード（約4 KB）だけです。実際のデータ、ファイル、ボリューム、データベースは、はるかに大きくなります。

この問題を解決するのがエンベロープ暗号化です。まずデータキーで大きなデータを暗号化し、そのデータキーをKMSキーで暗号化します。AWSは、大規模な暗号化にこの仕組みを使用しています。

データキーは、実際のデータを暗号化するためにKMSが生成する通常の暗号化キー（AES-256など）です。

• KMSキーとは異なり、データキーのプレーンテキストは一時的にKMSの外へ出るため、使用できます。
• KMSは、データキーの暗号化されたコピーも返します。

KMSキーを指定してGenerateDataKeyを呼び出します。KMSは次を返します。

• データを直ちに暗号化するためのプレーンテキストのデータキー。
• 暗号文と一緒に保存する暗号化されたデータキー（KMSキーでラップされたもの）。

その後、メモリからプレーンテキストのデータキーを破棄します。

処理の流れは次のとおりです。

• プレーンテキストのデータキーでデータを暗号化します。
• 暗号化されたデータキーを暗号文の隣に保存します。
• プレーンテキストのデータキーを破棄します。

データキーがKMSキーによって封印された「エンベロープ（封筒）」に入っているように見えるため、この名前が付いています。

復号時は、逆の手順を実行します。

• 暗号化されたデータキーをKMSのDecryptに送信します。
• KMSがプレーンテキストのデータキーを返します。
• そのキーでデータを復号し、破棄します。

データキーをアンラップできるのはKMSだけなので、KMSキーへのアクセスがすべてを制御します。

エンベロープ暗号化は、両方の利点を実現します。

• データキーによる大容量データの高速なローカル暗号化。
• KMSキーがなければデータキーを使えないため、強力な一元管理。

1つのデータキーで大量のデータを保護できるため、KMSの呼び出し回数も減らせます。

大容量のワークロードでは、AWS Encryption SDKを使ってデータキーをキャッシュし、多数の暗号化で再利用できます。

これにより、KMSリクエストのコストとレイテンシーを削減できます。キャッシュされたキーを長期間または広範囲に再利用しないよう制限を設定できるため、パフォーマンスとセキュリティのバランスを取れます。

S3、EBS、またはRDSで暗号化を有効にすると、AWSがエンベロープ暗号化を代わりに実行します。

サービスはKMSキーからデータキーを要求し、データを暗号化して、ラップされたデータキーを保存します。ユーザーはKMSキーを選択するだけで、エンベロープの処理は自動的に行われます。

AWS Encryption SDKは、独自のアプリケーションでエンベロープ暗号化を正しく実装するためのクライアント側ライブラリです。

データキーの生成、暗号化コンテキスト、ラップされたキーと暗号文の保存を処理するため、エラーが発生しやすい暗号処理を自分で実装する必要がありません。

バリエーションであるGenerateDataKeyWithoutPlaintextは、暗号化されたデータキーだけを返します。

これは、データキーを今生成して保存し、使用時まで復号したくない場合に使用します。実際に必要になるまでプレーンテキストのキーをメモリに置かないため、事前に用意したキーの露出を抑えられます。

エンベロープ暗号化を理解すると、KMSがスケールする理由と、1つのKMSキーでテラバイト単位のデータを保護できる仕組みが分かります。

GenerateDataKeyの流れ、KMSの外へ出るもの（短時間だけ存在するデータキー）、そしてKMSキーを制御することで派生データ全体を制御できる理由が問われます。

エンベロープの流れを確認しましょう。

エンベロープ暗号化について学びました。

• GenerateDataKeyは、プレーンテキストのデータキーと暗号化されたデータキーを返します。
• プレーンテキストのキーでデータをローカルに暗号化し、ラップされたキーを保存して、プレーンテキストを破棄します。
• データキーをアンラップできるのはKMSキーだけであり、すべてのデータを一元管理できます。