Delphi における AES 暗号化：IV、ソルト、ヘッダー、およびストリーミング対応の堅牢なソーススニペット

unit Nb.AesContainer;

interface

uses
  System.SysUtils, System.Classes, System.NetEncoding;

type
  ENbCryptoError = class(Exception);

  TNbAesContainer = class
  public
    class procedure EncryptStreamToStream(const AIn: TStream; const AOut: TStream;
      const APassword: string; const AIterations: Cardinal = 200000);

    class procedure DecryptStreamToStream(const AIn: TStream; const AOut: TStream;
      const APassword: string);

    class function EncryptBytesToBase64(const APlain: TBytes; const APassword: string): string;
    class function DecryptBase64ToBytes(const ACipherB64: string; const APassword: string): TBytes;
  end;

implementation

const
  CMagic: array[0..3] of AnsiChar = ('N','B','A','E');
  CVersion: Byte = 1;
  CSaltLen = 16;
  CIvLen   = 16;

type
  TNbHeaderV1 = packed record
    Magic: array[0..3] of AnsiChar;
    Version: Byte;
    Iterations: Cardinal; // little endian
    Salt: array[0..CSaltLen-1] of Byte;
    IV: array[0..CIvLen-1] of Byte;
  end;

// --- 暗号スタックに応じて実装すべき依存関係 ---

procedure FillRandomBytes(var B: TBytes);
begin
  // 暗号用乱数: OS の CSPRNG を使用してください（Windows BCryptGenRandom,
  // Linux getrandom/urandom）。ここでは意図的にプレースホルダです。
  raise ENbCryptoError.Create('FillRandomBytes: CSPRNG がバインドされていません');
end;

function PBKDF2_HMAC_SHA256(const APassword: string; const ASalt: TBytes;
  const AIterations, AKeyLen: Cardinal): TBytes;
begin
  // 例えば DEC (PBKDF2) または他のライブラリで実装する。
  // 結果は AKeyLen バイト。
  raise ENbCryptoError.Create('PBKDF2_HMAC_SHA256: バインドされていません');
end;

procedure AES256_CBC_EncryptStream(const AKey, AIV: TBytes; const AIn, AOut: TStream);
begin
  // ライブラリによる実装:
  // - KeyLen = 32 Bytes
  // - IVLen  = 16 Bytes
  // - PKCS#7 Padding
  // 重要: ストリーム指向で処理し、全てをメモリに読み込まないこと。
  raise ENbCryptoError.Create('AES256_CBC_EncryptStream: バインドされていません');
end;

procedure AES256_CBC_DecryptStream(const AKey, AIV: TBytes; const AIn, AOut: TStream);
begin
  raise ENbCryptoError.Create('AES256_CBC_DecryptStream: バインドされていません');
end;

// --- ヘルパー ---

procedure WriteHeaderV1(const AOut: TStream; const H: TNbHeaderV1);
begin
  if AOut.Write(H, SizeOf(H)) <> SizeOf(H) then
    raise ENbCryptoError.Create('ヘッダーを書き込めませんでした');
end;

function ReadHeaderV1(const AIn: TStream): TNbHeaderV1;
var
  H: TNbHeaderV1;
begin
  if AIn.Read(H, SizeOf(H)) <> SizeOf(H) then
    raise ENbCryptoError.Create('ヘッダーが不完全です');

  if (H.Magic[0] <> CMagic[0]) or (H.Magic[1] <> CMagic[1]) or
     (H.Magic[2] <> CMagic[2]) or (H.Magic[3] <> CMagic[3]) then
    raise ENbCryptoError.Create('有効なコンテナではありません（Magic が一致しません）');

  if H.Version <> CVersion then
    raise ENbCryptoError.CreateFmt('不明なコンテナバージョン: %d', [H.Version]);

  if (H.Iterations < 10000) or (H.Iterations > 5000000) then
    raise ENbCryptoError.Create('反復回数が妥当な範囲外です');

  Result := H;
end;

class procedure TNbAesContainer.EncryptStreamToStream(const AIn, AOut: TStream;
  const APassword: string; const AIterations: Cardinal);
var
  H: TNbHeaderV1;
  Salt, IV, Key: TBytes;
begin
  if APassword = '' then
    raise ENbCryptoError.Create('パスワードは空にできません');

  // Salt/IV を生成
  SetLength(Salt, CSaltLen);
  SetLength(IV, CIvLen);
  FillRandomBytes(Salt);
  FillRandomBytes(IV);

  // ヘッダーを設定
  Move(CMagic[0], H.Magic[0], Length(CMagic));
  H.Version := CVersion;
  H.Iterations := AIterations;
  Move(Salt[0], H.Salt[0], CSaltLen);
  Move(IV[0], H.IV[0], CIvLen);

  WriteHeaderV1(AOut, H);

  // 鍵を導出（AES-256 のための 32 バイト）
  Key := PBKDF2_HMAC_SHA256(APassword, Salt, AIterations, 32);

  // データを暗号化（暗号文はヘッダーの直後に続きます）
  AES256_CBC_EncryptStream(Key, IV, AIn, AOut);
end;

class procedure TNbAesContainer.DecryptStreamToStream(const AIn, AOut: TStream;
  const APassword: string);
var
  H: TNbHeaderV1;
  Salt, IV, Key: TBytes;
begin
  if APassword = '' then
    raise ENbCryptoError.Create('パスワードは空にできません');

  H := ReadHeaderV1(AIn);

  SetLength(Salt, CSaltLen);
  SetLength(IV, CIvLen);
  Move(H.Salt[0], Salt[0], CSaltLen);
  Move(H.IV[0], IV[0], CIvLen);

  Key := PBKDF2_HMAC_SHA256(APassword, Salt, H.Iterations, 32);

  // Entschlüsseln ab aktueller Stream-Position (nach Header)
  AES256_CBC_DecryptStream(Key, IV, AIn, AOut);
end;

class function TNbAesContainer.EncryptBytesToBase64(const APlain: TBytes;
  const APassword: string): string;
var
  InS, OutS: TBytesStream;
begin
  InS := TBytesStream.Create(APlain);
  try
    OutS := TBytesStream.Create;
    try
      EncryptStreamToStream(InS, OutS, APassword);
      Result := TNetEncoding.Base64.EncodeBytesToString(OutS.Bytes, 0, OutS.Size);
    finally
      OutS.Free;
    end;
  finally
    InS.Free;
  end;
end;

class function TNbAesContainer.DecryptBase64ToBytes(const ACipherB64,
  APassword: string): TBytes;
var
  Cipher: TBytes;
  InS, OutS: TBytesStream;
begin
  Cipher := TNetEncoding.Base64.DecodeStringToBytes(ACipherB64);
  InS := TBytesStream.Create(Cipher);
  try
    OutS := TBytesStream.Create;
    try
      DecryptStreamToStream(InS, OutS, APassword);
      Result := OutS.Bytes;
      SetLength(Result, OutS.Size);
    finally
      OutS.Free;
    end;
  finally
    InS.Free;
  end;
end;

end.