Outsider Stage 0.5
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1분 만에 확인하기Offline Shamir secret sharing for printable paper shares, QR scanning, BIP-39 validation, and verified restoration. Day124.
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Day124 - 生成AIで作るセキュリティツール200
Scatter Seedsは、秘密をシャミアの秘密分散でn枚の紙に分け、k枚から復元するツールです。パスワード、暗号資産のシード、金庫の番号、復旧キーを扱えます。k−1枚から秘密の情報は漏れず、n−k枚を失っても戻せます。共有を作った直後に、すべてのk枚の組が元の秘密を戻すことを検査します。
名前は、共有という「種」を離れた場所へ蒔くことに由来します。暗号資産のシードと、備えのための種の備蓄も重ねています。頭文字SSSはShamir's Secret Sharingとも共通です。Secret Sharing Scheme一般にも使われ、視覚暗号のVSSSにも含まれる略語です。
ダウンロードしたindex.htmlをfile://で開いても使えます。画面は外部へ通信しません。秘密を入れるときは、オフラインの信頼できる端末を使ってください。
以下はライトモードの画面です。画面右上の「◐」ボタンでダークモードに切り替えられます。
分ける
共有の証書
印刷プレビュー
戻す・検査表
保管の指針
英語画面の同じ状態も掲載しています。撮影にはtest/fixtures/vectors.jsonのデモ値だけを使っています。共有の乱数とセットIDは撮影ごとに変わります。
| タブ | 内容 |
|---|---|
| 分ける | テキスト、16進のバイト列、英語BIP-39を2≤k≤n≤16で分ける。全組の復元検査が終わってから共有とQRを表示し、A4で1枚ずつ印刷する。 |
| 戻す | 文字列を1行ずつ貼るか、押したときだけカメラでQRを1枚読む。書式、CRC、セットID、k/n、x、指紋、余分な共有の食い違いを検査する。秘密は最初は隠す。 |
| 保管の指針 | kとnから失ってよい枚数と盗まれてよい枚数を示し、保管例、定期点検、限界を説明する。 |
秘密・共有・ラベルはストレージ、URL、履歴に保存しません。保存するのは言語と明暗だけです。「すべて消す」は画面の値を消しますが、コピー先のクリップボードは消せません。
秘密と乱数からn個の「共有(シェア)」を作り、そのうち異なるk個が集まれば元に戻せる方式です。必要数kを「しきい値」と呼びます。n=3、k=2(2-of-3)なら、共有①+②、①+③、②+③のどの組でも戻せます。1枚を失っても残り2枚で戻せます。同じ共有のコピーは2枚分には数えません。
正しい乱数で作った共有だけなら、k−1枚以下から秘密の値はわかりません。秘密の文字を単純に切り分ける方式ではありません。共有には長さやk・nなどの情報は残ります。n−k枚まで失っても戻せますが、k=nでは1枚の紛失で復元できなくなります。
Day123 ShamirSharing CipherLabでは、座標平面、手計算、バイト表を通して仕組みを学べます。Day123は必要数を先に書く「(k,n)しきい値法」という表記です。学習用のため、実際のパスワードやシードを入力せず、練習用の値を使ってください。
秘密本体のサイズは1〜256バイトです。1バイトは8ビットなので、最大256 × 8 = 2,048ビットになります。共有に加える種別・指紋などの付加データは、この上限に含めません。
テキストは空白・改行も含めたUTF-8のバイト数で判定します。同じ文字だけを繰り返す場合、入る個数は「256 ÷ 1文字のバイト数」の小数点以下を切り捨てた値です。表のfloorは小数点以下の切り捨てを表します。
| 入力例 | 1単位のサイズ | 上限の計算 | 入力できる量 |
|---|---|---|---|
| 半角英数字(ASCII) | 1文字で1バイト | 256 ÷ 1 = 256 | 256文字 |
| 「あ」だけ | 1文字で3バイト | floor(256 ÷ 3) = 85 | 85文字(255バイト) |
| 「😀」だけ | 1個で4バイト | 256 ÷ 4 = 64 | 64個(256バイト) |
| 16進のバイト列 | 2桁で1バイト | 256 × 2 = 512 | 512桁(偶数桁) |
「あ」は85 × 3 = 255バイトまで入り、86 × 3 = 258バイトでは上限を超えます。異なる文字を混ぜる場合は、それぞれのUTF-8バイト数を足します。たとえばAあ😀は1 + 3 + 4 = 8バイトです。日本語には4バイトになる文字もあり、絵文字や結合文字は複数の文字を組み合わせて表示する場合もあるため、見た目の文字数だけではサイズを判断できません。
16進では1桁が4ビット、2桁が8ビット(1バイト)です。そのため、入力する桁数は最大256 × 2 = 512桁になります。
BIP-39では、英単語列から取り出した元の乱数(エントロピー)を分けます。1語は11ビットを表し、語数 ÷ 3ビットのチェックサムを除いてから8で割ると、元の乱数のバイト数が求まります。
| 語数 | チェックサム(ビット) | 元の乱数(バイト) |
|---|---|---|
| 12 | 4 | 16 |
| 15 | 5 | 20 |
| 18 | 6 | 24 |
| 21 | 7 | 28 |
| 24 | 8 | 32 |
12語なら(12 × 11 − 4) ÷ 8 = 16バイト、24語なら(24 × 11 − 8) ÷ 8 = 32バイトです。このサイズは、単語列をUTF-8で保存した場合のサイズとは別です。
画面右上の「?」に、各タブの操作、練習手順、活用例、してはいけないことをまとめています。「保管の指針」で選ぶk・nは、「分ける」の設定には反映されません。初めて使うときは、テキスト「Scatter Seeds」をk=2、n=3で分けて復元を試してください。
kとnを選びます。2-of-3なら1枚を失っても戻せ、1枚を盗まれても秘密の情報は漏れません。k=nなら1枚でも失うと戻せません。BIP-39は12・15・18・21・24語の英語を受け付けます。入力時にNFKD、小文字、空白を整え、語彙とチェックサムを確認します。最初の4文字だけの省略形は受け付けません。チェックサムは4〜8ビットなので、12語では1語を取り違えても約1/16の確率で通ります。元の紙と1語ずつ比べてください。25番目のパスフレーズは扱わないため、別に保管してください。復元結果には番号つきの語と元の乱数の16進を表示します。
入力欄の下に現在のバイト数を表示します。BIP-39では、語とチェックサムの検査が通ると元の乱数のサイズを表示します。入力、種別、枚数、ラベル、日付を変更すると、前の証書は消えます。生成の検査中に変更した場合も処理を中止するため、新しい内容で「分ける」を押し直してください。
各証書の「QRを拡大」で、その1枚を大きく表示できます。共有番号・セットID・必要枚数を確認し、「閉じる」またはEscapeキーで戻ります。QR画像の四辺には4セル分の白余白を含めています。
タブ内の「共有を集める → 文字列またはQRを入力する → 検査結果を確認する」の順に操作します。証書のSSS1文字列は1枚につき1行で入力し、紙の途中の折り返しは1行につなげてください。カメラは1枚を追加するたび自動で検査します。
検査表には入力順と証書の共有番号xを区別して表示し、セットID・k/nも実際の値を示します。「検査表の見方」を開くとCRCなどの意味を確認できます。異常があれば入力順ごとに貼り直し・別の共有の追加などを案内します。追加共有の不一致では先頭k枚の復元値を表示できますが、全体の検査は通っていないと表示します。
復元したテキストは引用符付きのJSON形式で表示します。改行は「\n」、文字としてのバックスラッシュは「\」と区別します。先頭のU+FEFFも保存し、表示では「\uFEFF」と示します。「表示」後の「元のテキストをコピー」は、表示用の引用符やエスケープを含めずにコピーします。バイト単位で保存する場合は、次のPythonの--rawを使ってください。
カメラは開始待ちの間も停止できます。別のタブへ移るか「すべて消す」を押すと、開始待ちを含めて中止します。画面が非表示になった場合も停止します。
入力を変更すると前の検査結果と復元値を消します。手入力の変更後は再び「検査して戻す」を押してください。「すべて消す」は戻すタブ内の入力・結果を消し、カメラを止めます。分けるタブやクリップボードの内容は消しません。
文字列はSSS1-と大文字の16進です。区切りの空白・ハイフンと小文字は読み取り時に許しますが、自動訂正はしません。「戻す」タブとPythonスクリプトでは改行が共有の区切りになるため、1枚の文字列を1行に入力します。1枚のバイト列は次の順です。
| フィールド | 長さ | 内容 |
|---|---|---|
| 版 | 1バイト | 01 |
| セットID | 4バイト | 乱数。共有を同じセットとして扱う目印。 |
| k、n、x | 各1バイト | 2≤k≤n≤16、1≤x≤n。x=0は拒否。 |
| 分散データ | 秘密長+5バイト | 種別 ‖ S ‖ 指紋を1バイトずつ独立の多項式で分けた値。 |
| CRC-32 | 4バイト | それ以前の全バイトのIEEE CRC-32。123456789→CBF43926。 |
種別は01がUTF-8テキスト、02がバイト列、03がBIP-39の元の乱数です。指紋はSHA-256(種別 ‖ S)の先頭4バイトです。種別と指紋も秘密とともに分けます。体はGF(2⁸)、既約多項式は0x11B、加算はXORです。係数とセットIDにはcrypto.getRandomValuesだけを使います。共有の長さは5+2×(秘密のバイト数+17)文字です。
| 秘密の長さ | 共有の文字数 | QRの版(英数字、誤り訂正M) |
|---|---|---|
| 16バイト | 71 | 4 |
| 32バイト | 103 | 5 |
| 64バイト | 167 | 7 |
| 128バイト | 295 | 10 |
| 256バイト | 551 | 15 |
CRCは書き写しの誤りを見つけます。指紋が一致しなければ値を表示しません。k枚より多いときは、最初のk枚から決まる多項式に乗らない共有のxを示します。セットIDは32ビットなので偶然の衝突はあり得ます。CRCと4バイトの指紋は認証タグではありません。k枚を持つ攻撃者による意図的な作り直しを防ぎません。
リポジトリーのZIP、手順書の印刷、英語BIP-39語彙のtest/fixtures/bip39-english.txtを共有と別に保管してください。下のコードをrestore.pyとして保存し、オフライン端末のPython 3.10以降で実行できます。標準ライブラリーだけを使います。共有は標準入力から1行ずつ渡し、検査が通るまでは秘密を出しません。コマンド履歴に共有を直接書かないでください。
通常のテキスト出力は、ブラウザーと同じ引用符付きJSON形式です。標準出力の文字コードはUTF-8です。元のテキストをUTF-8のバイト列として保存する場合は--rawを指定します。先頭のBOMと元の末尾改行を保ち、改行を追加しません。--rawはテキスト種別だけに使えます。
BashまたはWindowsのコマンドプロンプトで実行する例です。
python restore.py --raw < shares.txt > restored.txt
Windows PowerShellでは、次のようにコマンドプロンプト経由で入出力を渡します。PowerShellの文字列変換を通さずに保存できます。
cmd /d /c "python restore.py --raw < shares.txt > restored.txt"
restored.txtには秘密が平文で保存されます。オフライン端末の保存先を選び、同名の既存ファイルを上書きしないようにしてください。復元エラー時は秘密を出力せず、終了コードが0以外になります。
"""Restore Scatter Seeds v1 shares from stdin using only Python's standard library.
Run offline: python restore.py < shares.txt
One complete SSS1 share per line. No data is written to disk.
Text output is a quoted JSON string encoded as UTF-8.
Use --raw for exact restored text bytes, with no added newline.
"""
import argparse
import hashlib
import json
import sys
import zlib
from pathlib import Path
def mul(a, b):
result = 0
for _ in range(8):
if b & 1:
result ^= a
a = ((a << 1) ^ (0x11B if a & 0x80 else 0)) & 255
b >>= 1
return result
def inverse(a):
if not a:
raise ValueError('zero denominator')
result = 1
for _ in range(254):
result = mul(result, a)
return result
def parse(raw):
value = ''.join(c for c in raw.upper() if not c.isspace() and c != '-')
if not value.startswith('SSS1'):
raise ValueError('prefix')
try:
data = bytes.fromhex(value[4:])
except ValueError as error:
raise ValueError('hex') from error
if not 18 <= len(data) <= 273:
raise ValueError('length')
body, crc = data[:-4], int.from_bytes(data[-4:], 'big')
if zlib.crc32(body) != crc:
raise ValueError('CRC')
if body[0] != 1:
raise ValueError('version')
set_id, k, n, x, part = body[1:5], body[5], body[6], body[7], body[8:]
if x == 0 or not 2 <= k <= n <= 16 or x > n:
raise ValueError('threshold or x')
return set_id, k, n, x, part
def interpolate(points, at):
result = bytearray(len(points[0][1]))
for i, (xi, data) in enumerate(points):
numerator = denominator = 1
for j, (xj, _) in enumerate(points):
if i != j:
numerator = mul(numerator, at ^ xj)
denominator = mul(denominator, xi ^ xj)
weight = mul(numerator, inverse(denominator))
for pos, value in enumerate(data):
result[pos] ^= mul(weight, value)
return bytes(result)
def restore(lines):
shares = [parse(line) for line in lines if line.strip()]
if not shares:
raise ValueError('no shares')
set_id, k, n, _, data = shares[0]
if len(shares) < k:
raise ValueError(f'need {k - len(shares)} more shares')
if len(shares) > n:
raise ValueError('too many shares')
xs = set()
for sid, ki, ni, x, part in shares:
if sid != set_id or ki != k or ni != n or len(part) != len(data):
raise ValueError('mixed shares')
if x in xs:
raise ValueError('duplicate x')
xs.add(x)
basis = [(x, part) for _, _, _, x, part in shares[:k]]
combined = interpolate(basis, 0)
kind, secret, fingerprint = combined[0], combined[1:-4], combined[-4:]
if kind not in (1, 2, 3) or hashlib.sha256(bytes([kind]) + secret).digest()[:4] != fingerprint:
raise ValueError('fingerprint mismatch')
outside = [x for _, _, _, x, part in shares[k:] if interpolate(basis, x) != part]
return kind, secret, outside
def mnemonic(entropy):
if len(entropy) not in (16, 20, 24, 28, 32):
raise ValueError('BIP-39 entropy length')
source = Path(__file__).resolve().parent / 'test' / 'fixtures' / 'bip39-english.txt'
word_data = source.read_bytes()
if hashlib.sha256(word_data).hexdigest() != '2f5eed53a4727b4bf8880d8f3f199efc90e58503646d9ff8eff3a2ed3b24dbda':
raise ValueError('BIP-39 word list checksum')
words = word_data.decode('utf-8').split()
if len(words) != 2048:
raise ValueError('BIP-39 word list length')
bits = ''.join(f'{byte:08b}' for byte in entropy)
bits += ''.join(f'{byte:08b}' for byte in hashlib.sha256(entropy).digest())[:len(entropy) // 4]
return ' '.join(words[int(bits[i:i + 11], 2)] for i in range(0, len(bits), 11))
def safe_text(value):
"""Return unambiguous JSON text while exposing invisible control characters."""
quoted = json.dumps(value, ensure_ascii=False)
return ''.join(f'\\u{ord(char):04X}' if 0x7F <= ord(char) <= 0x9F or
0x2028 <= ord(char) <= 0x202E or 0x2066 <= ord(char) <= 0x2069 or
ord(char) == 0xFEFF else char for char in quoted)
def main():
parser = argparse.ArgumentParser(description=__doc__)
parser.add_argument('--raw', action='store_true',
help='write text secrets as exact UTF-8 bytes, without an added newline')
args = parser.parse_args()
try:
kind, secret, outside = restore(sys.stdin)
if args.raw and kind != 1:
raise ValueError('--raw requires a text secret; omit --raw for bytes or BIP-39')
if kind == 1:
decoded = secret.decode('utf-8', errors='strict')
output = secret if args.raw else (safe_text(decoded) + '\n').encode('utf-8')
elif kind == 2:
output = (secret.hex().upper() + '\n').encode('utf-8')
else:
output = (mnemonic(secret) + '\nEntropy (hex): ' + secret.hex().upper() + '\n').encode('utf-8')
if outside:
print('Inconsistent extra shares: ' + ', '.join(map(str, outside)), file=sys.stderr)
sys.stdout.buffer.write(output)
sys.stdout.buffer.flush()
except (ValueError, UnicodeError, OSError) as error:
print('Restore failed:', error, file=sys.stderr)
return 1
return 0
if __name__ == '__main__':
raise SystemExit(main())
英語BIP-39を元の語へ戻すときは、上記語彙ファイルを同じリポジトリー内の位置に置きます。スクリプトは語彙のSHA-256も確認します。計算の要点は、各バイトの点(x, y)からラグランジュ補間でf(0)を求め、復元した種別 ‖ S ‖ 指紋の指紋を検査することです。
| 観点 | Scatter Seeds | 関連ツール・先行例 |
|---|---|---|
| 目的 | 本物の秘密を紙に分けて保管し、復元を確認する道具 | Day123 ShamirSharing CipherLabはGF(p)・GF(2⁸)と落とし穴を学ぶ教材。 |
| 方式 | シャミアの秘密分散だけ | Day070 VisualCryptography CipherLabは画像を重ねる視覚暗号の教材。 |
| 重ねて戻す | 共有は数値計算で戻す | Day125 Overlay QR Sharesは秘密のQRを視覚暗号で2〜5枚に分け、必要枚数を重ねてカメラで読み取るツール。計算で戻す本ツールと、紙を重ねて戻す方式を比べられる。 |
| 紙とQR | k・セットID・CRCを含む独自書式で、全組を復元検査 | Banana Splitは秘密を包んで紙とQRへ分ける。 |
| 検査 | 指紋で食い違いを検出し、余分な共有も検査 | secrets.js・Vault・ssssは設計や書式が異なる。 |
| ツール消失への備え | 印刷用手順書と標準ライブラリーだけのPythonスクリプト | 利用者が手順を手元に残せる。 |
| 組み合わせ | 紙の回復コードを分けて保管する | Day127 Account Domino Mapperは、どの復旧の線を紙の回復コードへ付け替えるかを、攻撃と閉め出しの前後で比べる教材。 |
調査範囲は限られます。独自書式はSLIP-39対応機器と互換性がありません。
このツールならではの使い方:
年に1回、紙がそろい読めるかを確かめます。「戻す」でk枚を検査し、秘密を表示せずに点検できます。分ける人は元の秘密を見ます。k枚を持つ人の共謀、端末・拡張機能・印刷経路の問題は防げません。乱数はブラウザーを信頼します。JavaScriptは定数時間の実行を保証できません。CRCと指紋は誤入力や食い違いを見つける検査であり、作成者や意図的な改ざんがないことを保証しません。
作者は悪用を勧めません。
追加の回帰検査はpython test/improvements.browser.pyで実行します。既存のPython Playwright環境を使い、日英・ライト/ダーク・幅320/1280pxで入力バイト数、旧証書の無効化、復元テキスト、QR拡大、合成映像によるカメラの中止を検査します。実機の読み取り性能を測るテストではありません。
Node 22以降でnpm testを実行します。追加パッケージはありません。GF(2⁸)の65,536通りの掛け算、255個の逆元、参照共有3件、BIP-39公式値、CRC・指紋・余分な共有、全k枚の組、QR版、CSPと同梱ファイルのハッシュ、READMEのPythonスクリプトを検査します。python test/interface.browser.pyはPlaywrightのChromiumとFirefoxでfile://、320/390/1280px、印刷、復元、カメラを確認します。ブラウザーテストにはPython Playwright・pypdf・ffmpegが必要です。GitHub ActionsはpushとPRでNodeテストを実行します。
scatter-seeds/ # ツール本体
├── index.html # 3タブの画面とCSP
├── style.css # 証書の画面・印刷スタイル
├── theme-init.js # 最初の描画の前に明暗を決める
├── app.js # 入力、全組検査、復元、カメラ
├── sss-core.js # GF(2⁸)、共有v1、CRC、復元
├── sha256-core.js # Day118のSHA-256実装
├── bip39.js # BIP-39の検証・変換
├── bip39-english.js # 英語の2,048語
├── qr.js # QR生成・読み取りの包み
├── messages.js # 日本語・英語の文言
├── restore.py # Pythonの独立復元スクリプト
├── README.md # 日本語の説明
├── README.en.md # 英語の説明
├── LICENSE # MITライセンス
├── package.json # Nodeテストの設定
├── vendor/ # QRライブラリーとライセンス
│ ├── qrcode.min.js # qrcode-generator 1.4.4
│ ├── jsQR.js # カメラ映像のQR解析
│ ├── LICENSE-qrcode-generator.txt # qrcode-generatorのライセンス
│ └── LICENSE-jsQR.txt # jsQRのライセンス
├── test/ # Node・ブラウザーテスト
│ ├── core.test.js # 既知の値と計算
│ ├── static.test.js # CSPと同梱ファイル
│ ├── theme-init.test.js # 明暗の初期判定と読み込み位置
│ ├── contrast.test.js # 明暗の文字コントラスト
│ ├── format.test.js # 可読なソースの行数と行長
│ ├── restore-output.test.js # PythonのUTF-8表示と元データ出力の検証
│ ├── improvements.browser.py # 入力変更・カメラ中止・QR拡大・復元表示の回帰検証
│ ├── readme.test.js # READMEとPython復元
│ ├── interface.browser.py # file://の実測
│ └── fixtures/ # 固定の参照データ
│ ├── vectors.json # 共有・BIP-39・QRの参照値
│ └── bip39-english.txt # BIP-39英語語彙
├── assets/ # READMEのスクリーンショット
│ ├── ja/ # 日本語画面
│ │ ├── light/ # 日本語ライト
│ │ │ ├── split.png # 分ける画面
│ │ │ ├── shares.png # 共有の証書
│ │ │ ├── print.png # 印刷プレビュー
│ │ │ ├── restore.png # 戻す・検査表
│ │ │ └── guide.png # 保管の指針
│ │ └── dark/ # 日本語ダーク
│ │ ├── split.png # 分ける画面
│ │ ├── shares.png # 共有の証書
│ │ ├── print.png # 印刷プレビュー
│ │ ├── restore.png # 戻す・検査表
│ │ └── guide.png # 保管の指針
│ └── en/ # 英語画面
│ ├── light/ # 英語ライト
│ │ ├── split.png # 分ける画面
│ │ ├── shares.png # 共有の証書
│ │ ├── print.png # 印刷プレビュー
│ │ ├── restore.png # 戻す・検査表
│ │ └── guide.png # 保管の指針
│ └── dark/ # 英語ダーク
│ ├── split.png # 分ける画面
│ ├── shares.png # 共有の証書
│ ├── print.png # 印刷プレビュー
│ ├── restore.png # 戻す・検査表
│ └── guide.png # 保管の指針
└── .github/ # GitHub Actions
└── workflows/ # CI定義
└── test.yml # Node 22のテスト
assetsの各テーマにはsplit.png、shares.png、print.png、restore.png、guide.pngを置きます。
vanilla JavaScriptの通常スクリプトで、通信やビルドを必要としません。file://とGitHub Pagesで使えます。カメラはブラウザーの許可が必要です。利用できない場合はGitHub Pages版か文字列の貼り付けを使ってください。
本ツールは、「生成AIで作るセキュリティツール200」プロジェクトの一環として開発されました。このプロジェクトでは、AIの支援を活用しながら、セキュリティに関連するさまざまなツールを100日間にわたり制作・公開していく取り組みを行っています。