Keychain — 主要概念、アーキテクチャと動作の仕組み

Keychainとは？

Keychain は、パスワード、暗号鍵、証明書、その他の機密データを安全に保存するために設計されたAppleオペレーティングシステムの安全なデータベースです。Keychainは1999年にMac OS 8.6で初めて登場し、iOSでは最初のSDKバージョンから利用可能です。

定義と目的

Keychainはモバイル開発の基本的な問題を解決します：安全でないファイルシステムでの秘密情報（トークン、パスワード、暗号鍵）の保存です。UserDefaultsやSQLiteとは異なり、Keychainのデータは暗号化された状態で保存され、ディスクに書き込まれる際に自動的に暗号化されます。

各iOSアプリケーションは独立したサンドボックスで動作し、自分のkeychainにのみアクセスできます。ただし、開発者はkeychain access groupsを通じて、同じ開発者のアプリケーション間でKeychainへの共有アクセスを設定できます。ユーザーのiCloud Keychainは、エンドツーエンド暗号化を通じてデバイス間でデータを同期します。

Apple Security White Paper（2025年）によると、Keychainはデバイスの一意識別子（UID）に紐づく鍵でAES-256ハードウェア暗号化を使用し、デバイスから抽出してもデータにアクセスできないようにします。

iOSでのKeychainの動作

Keychainは階層型サービスとして機能します：アプリケーションがSecurity frameworkにアクセスし、Security frameworkが暗号化されたSQLite Keychainデータベースを管理するsecuritydデーモンと通信します。各レコードは個別の鍵で暗号化され、鍵自体はA7チップ以降のデバイスでSecure Enclaveハードウェアモジュールによって保護されます。

Security frameworkのアーキテクチャ

Security frameworkはKeychain Servicesを操作するためのCインターフェースを提供します。主な関数：SecItemAdd（追加）、SecItemCopyMatching（検索）、SecItemUpdate（更新）、SecItemDelete（削除）。各操作はリクエストタイプを記述するCFDictionaryRef属性辞書を受け取ります。

データはクラスによって分類されます：kSecClassGenericPassword（任意のパスワード）、kSecClassInternetPassword（インターネットサービスのパスワード）、kSecClassCertificate（証明書）、kSecClassKey（暗号鍵）、kSecClassIdentity（鍵と証明書のペア）。

データ保存プロセス

パスワードを保存する際、アプリケーションは属性を含む辞書を作成します：サービス、アカウント、アクセスレベル、ラベル。Security framework はデータをsecuritydデーモンに渡し、デーモンがデバイスに紐づく鍵でレコードを暗号化してKeychain SQLiteに保存します。取得も同様に機能します：属性によるクエリ、検索、復号化、データの返却。

重要な特徴：アプリケーションが削除されると、iOSは自動的にそのアプリケーションが作成したKeychainレコードを消去します（iOS 10.3+以降）。アプリケーションを再インストールしても、iCloud Keychainを使用していない限り、以前のインストールのKeychainデータは利用できません。

import Security

func savePassword(service: String, account: String, password: Data) {
    let query: [String: Any] = [
        kSecClass as String: kSecClassGenericPassword,
        kSecAttrService as String: service,
        kSecAttrAccount as String: account,
        kSecValueData as String: password,
        kSecAttrAccessible as String: kSecAttrAccessibleWhenUnlocked
    ]
    SecItemAdd(query as CFDictionary, nil)
}

Keychainのデータタイプ

Keychainは5つの主要なデータクラスをサポートし、それぞれに独自の属性セットと適用範囲があります。クラスの選択により、利用可能な検索キーとデータの暗号化方法が決まります。

パスワードとアカウント

kSecClassGenericPassword クラスと kSecClassInternetPassword クラスは、文字列パスワードを保存するために設計されています。インターネット版はさらにサーバーデータ（ドメイン、プロトコル、ポート、認証パス）を保存します。GenericPasswordはサーバーに依存しない任意のパスワードの保存に使用されます。

インターネットパスワードを保存する際は、kSecAttrServer（ドメイン）、kSecAttrProtocol（HTTPS、FTPなど）、kSecAttrPort、kSecAttrPath を指定できます。これにより、AutoFillによる自動入力時にレコードを正確に識別できます。

暗号鍵と証明書

kSecClassKey クラスは対称鍵（AES）と非対称鍵（RSA、EC）を保存します。kSecClassCertificate クラスはX.509証明書を保存します。kSecClassIdentity クラスは秘密鍵と対応する証明書を1つのレコードに結合します。

非対称鍵の場合、Keychainは属性をサポートします：kSecAttrKeyType（RSA、EC）、kSecAttrKeySizeInBits（2048、256）、kSecAttrIsPermanent（Keychainに保存するかどうか）。証明書の場合：kSecAttrLabel（人間が読める名前）、kSecAttrSubject（所有者のDN）、kSecAttrIssuer（発行者のDN）。

APIを介したKeychainの操作

ネイティブiOSコードでKeychainを操作するための主要なインターフェースは、Security frameworkの関数です。SwiftとObjective-Cでは、便利な関数にラップされた単一のCインターフェースが利用可能です。

基本操作 SecItemAdd と SecItemCopyMatching

SecItemAdd 関数は新しいアイテムをKeychainに追加します。クラス、データ、属性を含む辞書を入力として受け取り、ステータスerrSecSuccess（0）またはエラーコードを返します。SecItemCopyMatching 関数は属性による検索を実行し、見つかったデータを返します。

検索にはkSecReturnData フラグを使用します — trueの場合、関数はレコードの内容を返します。kSecMatchLimit フラグは結果の数を指定します：kSecMatchLimitOne（1つ）またはkSecMatchLimitAll（すべて）。

func readPassword(service: String, account: String) -> Data? {
    let query: [String: Any] = [
        kSecClass as String: kSecClassGenericPassword,
        kSecAttrService as String: service,
        kSecAttrAccount as String: account,
        kSecReturnData as String: true,
        kSecMatchLimit as String: kSecMatchLimitOne
    ]
    var item: CFTypeRef?
    let status = SecItemCopyMatching(query as CFDictionary, &item)
    guard status == errSecSuccess else { return nil }
    return item as? Data
}

レコードの削除と更新

SecItemUpdate は既存のレコードの属性やデータを変更できます。SecItemDelete は渡された辞書に一致するすべてのレコードを削除します。削除時には、共有keychain内の他のレコードを誤って削除しないよう、十分な属性を指定することが重要です。

func deletePassword(service: String, account: String) {
    let query: [String: Any] = [
        kSecClass as String: kSecClassGenericPassword,
        kSecAttrService as String: service,
        kSecAttrAccount as String: account
    ]
    SecItemDelete(query as CFDictionary)
}

アクセスレベルとデータ保護

各KeychainレコードにはkSecAttrAccessible 属性があり、データがいつ読み取り可能かを決定します。これはセキュリティ上非常に重要です：誤ったアクセスレベルはデータを脆弱にしたり、逆に必要なときに利用できなくしたりする可能性があります。

可用性定数

kSecAttrAccessibleWhenUnlocked — データはデバイスのロックが解除されている場合のみ利用可能。kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlock — 再起動後の最初のロック解除後に利用可能。kSecAttrAccessibleAlways — 常に利用可能（推奨されません）。ThisDeviceOnly 接尾辞はバックアップによるデータ転送を防ぎます。

Secure Enclave 搭載デバイスでは、Keychainの暗号鍵を生体認証でさらに保護できます：kSecAccessControlBiometryCurrentSet または kSecAccessControlUserPresence。これにより、各読み取り操作にFace IDまたはTouch IDが必要になります。

iCloud Keychainと同期

iCloud Keychain はエンドツーエンド暗号化を通じてAppleデバイス間でレコードを同期します。Appleは復号化されたデータにアクセスできません。同期を有効にするには、kSecAttrSynchronizable 属性を値kCFBooleanTrueで追加します。

重要：同期されたレコードにはThisDeviceOnly 属性を含めることはできません。他のデバイスで利用可能である必要があるからです。すべてのデバイスを失った場合、iCloud KeychainはリカバリコードまたはiCloudリカバリキーを使用して復元できます。

アクセスレベル選択のベストプラクティス

認証トークンには、kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnlyを使用します — データはデバイスのロック解除時にのみ利用可能で、バックアップにコピーされません。バックグラウンドタスクで利用可能にする必要がある証明書には、kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlockを使用します。機密データにkSecAttrAccessibleAlwaysを使用しないでください。

同期を必要としないデータには、常にThisDeviceOnly 接尾辞を追加することをお勧めします。これにより、iCloudやiTunesバックアップへの秘密情報の誤ったコピーを防ぎます。重要なデータについては、アクセシビリティとkSecAccessControlUserPresenceを組み合わせてください — これにより、レコードの復号化に生体認証またはパスコードが必要になります。

iCloud Keychain を使用する場合、同期されたレコードはすべてのユーザーデバイスで利用可能であることに注意してください：攻撃者が1つのデバイスにアクセスすると、すべてのデバイスのデータが危険にさらされる可能性があります。分離された秘密情報にはThisDeviceOnlyを使用してください。