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AWS Payment Cryptography イシュア編 — CVV 生成・PIN 検証・ARQC 検証を実装する

約10分
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#aws#payment-cryptography#java#security#hsm
目次

はじめに

前回の入門編では、AWS Payment Cryptography の鍵管理モデルを体験し、TR-31 KeyUsage による用途分離が API レベルで強制されることを確認した。

本記事ではその知識を前提に、カード発行者（イシュア）が行う 3 つの主要な暗号処理を Java SDK で実装する。

  1. CVV / CVV2 の生成・検証 — カードデータの静的な検証
  2. PIN の生成と PVV による検証 — カード保有者の動的な認証
  3. ARQC の検証 — EMV チップカードのトランザクション認証

入門編では「1 つの鍵は 1 つの用途にしか使えない」ことを学んだ。イシュア編で見えてくるのは、その帰結として「1 つの決済処理が複数の専用鍵の協調で成立する」という実態である。特に PIN 処理では、GeneratePinData が PEK（PIN 暗号化鍵）と PVK（PIN 検証鍵）の 2 つの鍵を同時に要求する。

前提条件

  • 入門編の内容を理解していること
  • Java 17 以上、AWS SDK for Java v2
  • IAM 権限：payment-cryptography:*（検証用）
  • 検証リージョン：us-east-1

イシュアの暗号処理の全体像

イシュアが扱う鍵と API の関係を整理する。

処理API必要な鍵鍵の KeyUsage
CVV/CVV2 生成GenerateCardValidationDataCVKTR31_C0
CVV/CVV2 検証VerifyCardValidationDataCVKTR31_C0
PIN 生成GeneratePinDataPEK + PVKTR31_P0 + TR31_V2
PIN 検証VerifyPinDataPEK + PVKTR31_P0 + TR31_V2
ARQC 検証VerifyAuthRequestCryptogramIMKTR31_E0

注目すべきは、PIN 処理だけが 2 つの鍵を同時に要求する点である。PEK は PIN ブロックの暗号化を担い、PVK は PIN 検証値（PVV）の生成・検証を担う。1 つの API 呼び出しの中で、2 つの専用鍵がそれぞれの役割を果たす。

ソースコードとビルド

検証で使用するプログラムの全体像を先に示す。手元で動かしながら読み進めたい場合は、以下のファイルを配置してビルド・実行する。結果の解説は次のセクション以降で行う。

Maven の依存関係（pom.xml）は入門編と同じものを使用する。

IssuerDemo.java（全シナリオを含む実行可能なコード）
IssuerDemo.java
package demo;
 
import software.amazon.awssdk.regions.Region;
import software.amazon.awssdk.services.paymentcryptography.PaymentCryptographyClient;
import software.amazon.awssdk.services.paymentcryptography.model.*;
import software.amazon.awssdk.services.paymentcryptographydata.PaymentCryptographyDataClient;
import software.amazon.awssdk.services.paymentcryptographydata.model.*;
import software.amazon.awssdk.services.paymentcryptographydata.model.VerificationFailedException;
 
public class IssuerDemo {
 
    static final Region REGION = Region.US_EAST_1;
 
    public static void main(String[] args) {
        try (var cp = PaymentCryptographyClient.builder().region(REGION).build();
             var dp = PaymentCryptographyDataClient.builder().region(REGION).build()) {
 
            var cvk = createKey(cp, "CVK", KeyUsage.TR31_C0_CARD_VERIFICATION_KEY,
                    KeyAlgorithm.TDES_2_KEY,
                    KeyModesOfUse.builder().generate(true).verify(true).build());
            var pek = createKey(cp, "PEK", KeyUsage.TR31_P0_PIN_ENCRYPTION_KEY,
                    KeyAlgorithm.TDES_3_KEY,
                    KeyModesOfUse.builder().encrypt(true).decrypt(true)
                            .wrap(true).unwrap(true).build());
            var pvk = createKey(cp, "PVK", KeyUsage.TR31_V2_VISA_PIN_VERIFICATION_KEY,
                    KeyAlgorithm.TDES_2_KEY,
                    KeyModesOfUse.builder().generate(true).verify(true).build());
            var imk = createKey(cp, "IMK", KeyUsage.TR31_E0_EMV_MKEY_APP_CRYPTOGRAMS,
                    KeyAlgorithm.TDES_2_KEY,
                    KeyModesOfUse.builder().deriveKey(true).build());
 
            testCvvAndCvv2(dp, cvk);
            testPinGenerateVerify(dp, pek, pvk);
            testArqcVerify(dp, imk);
 
            // クリーンアップ
            for (var arn : new String[]{cvk, pek, pvk, imk})
                cp.deleteKey(DeleteKeyRequest.builder()
                        .keyIdentifier(arn).deleteKeyInDays(3).build());
        }
    }
 
    static String createKey(PaymentCryptographyClient cp, String name,
                            KeyUsage usage, KeyAlgorithm algo, KeyModesOfUse modes) {
        var key = cp.createKey(CreateKeyRequest.builder().exportable(true)
                .keyAttributes(KeyAttributes.builder().keyUsage(usage)
                        .keyClass(KeyClass.SYMMETRIC_KEY).keyAlgorithm(algo)
                        .keyModesOfUse(modes).build()).build()).key();
        System.out.printf("[%s] %s %s KCV:%s%n", name,
                key.keyAttributes().keyUsageAsString(),
                key.keyAttributes().keyAlgorithmAsString(), key.keyCheckValue());
        return key.keyArn();
    }
 
    static void testCvvAndCvv2(PaymentCryptographyDataClient dp, String cvk) {
        var pan = "4111111111111111";
        var expiry = "0328";
 
        var cvv = dp.generateCardValidationData(GenerateCardValidationDataRequest.builder()
                .keyIdentifier(cvk).primaryAccountNumber(pan).validationDataLength(3)
                .generationAttributes(CardGenerationAttributes.builder()
                        .cardVerificationValue1(CardVerificationValue1.builder()
                                .cardExpiryDate(expiry).serviceCode("101").build())
                        .build()).build());
        var cvv2 = dp.generateCardValidationData(GenerateCardValidationDataRequest.builder()
                .keyIdentifier(cvk).primaryAccountNumber(pan).validationDataLength(3)
                .generationAttributes(CardGenerationAttributes.builder()
                        .cardVerificationValue2(CardVerificationValue2.builder()
                                .cardExpiryDate(expiry).build())
                        .build()).build());
        System.out.printf("CVV: %s, CVV2: %s, 異なる値: %s%n",
                cvv.validationData(), cvv2.validationData(),
                !cvv.validationData().equals(cvv2.validationData()));
 
        // CVV 検証
        dp.verifyCardValidationData(VerifyCardValidationDataRequest.builder()
                .keyIdentifier(cvk).primaryAccountNumber(pan)
                .validationData(cvv.validationData())
                .verificationAttributes(CardVerificationAttributes.builder()
                        .cardVerificationValue1(CardVerificationValue1.builder()
                                .cardExpiryDate(expiry).serviceCode("101").build())
                        .build()).build());
        System.out.printf("CVV 検証: 成功%n");
 
        // クロス検証
        try {
            dp.verifyCardValidationData(VerifyCardValidationDataRequest.builder()
                    .keyIdentifier(cvk).primaryAccountNumber(pan)
                    .validationData(cvv.validationData())
                    .verificationAttributes(CardVerificationAttributes.builder()
                            .cardVerificationValue2(CardVerificationValue2.builder()
                                    .cardExpiryDate(expiry).build())
                            .build()).build());
        } catch (VerificationFailedException e) {
            System.out.printf("クロス検証（CVV→CVV2）: 失敗%n%n");
        }
    }
 
    static void testPinGenerateVerify(PaymentCryptographyDataClient dp,
                                      String pek, String pvk) {
        var pan = "4111111111111111";
        var pin = dp.generatePinData(GeneratePinDataRequest.builder()
                .generationKeyIdentifier(pvk).encryptionKeyIdentifier(pek)
                .primaryAccountNumber(pan)
                .pinBlockFormat(PinBlockFormatForPinData.ISO_FORMAT_0)
                .generationAttributes(PinGenerationAttributes.builder()
                        .visaPin(VisaPin.builder().pinVerificationKeyIndex(1).build())
                        .build()).build());
        System.out.printf("PIN ブロック: %s, PVV: %s%n",
                pin.encryptedPinBlock(), pin.pinData().verificationValue());
 
        // 正しい PVV で検証
        dp.verifyPinData(VerifyPinDataRequest.builder()
                .verificationKeyIdentifier(pvk).encryptionKeyIdentifier(pek)
                .primaryAccountNumber(pan)
                .pinBlockFormat(PinBlockFormatForPinData.ISO_FORMAT_0)
                .encryptedPinBlock(pin.encryptedPinBlock())
                .verificationAttributes(PinVerificationAttributes.builder()
                        .visaPin(VisaPinVerification.builder()
                                .pinVerificationKeyIndex(1)
                                .verificationValue(pin.pinData().verificationValue())
                                .build()).build()).build());
        System.out.printf("PIN 検証（正しい PVV）: 成功%n");
 
        // 間違った PVV で検証
        try {
            dp.verifyPinData(VerifyPinDataRequest.builder()
                    .verificationKeyIdentifier(pvk).encryptionKeyIdentifier(pek)
                    .primaryAccountNumber(pan)
                    .pinBlockFormat(PinBlockFormatForPinData.ISO_FORMAT_0)
                    .encryptedPinBlock(pin.encryptedPinBlock())
                    .verificationAttributes(PinVerificationAttributes.builder()
                            .visaPin(VisaPinVerification.builder()
                                    .pinVerificationKeyIndex(1)
                                    .verificationValue("9999").build())
                            .build()).build());
        } catch (VerificationFailedException e) {
            System.out.printf("PIN 検証（間違った PVV）: 失敗%n%n");
        }
    }
 
    static void testArqcVerify(PaymentCryptographyDataClient dp, String imk) {
        try {
            dp.verifyAuthRequestCryptogram(VerifyAuthRequestCryptogramRequest.builder()
                    .keyIdentifier(imk)
                    .majorKeyDerivationMode(MajorKeyDerivationMode.EMV_OPTION_A)
                    .transactionData("00000000170000000000000008400080008000084016051700000000093800000B1F2201030000000000000000000000000000000000000000000000000000008000000000000000")
                    .authRequestCryptogram("61EDCC708B4C97B4")
                    .sessionKeyDerivationAttributes(SessionKeyDerivation.builder()
                            .emvCommon(SessionKeyEmvCommon.builder()
                                    .applicationTransactionCounter("000B")
                                    .panSequenceNumber("01")
                                    .primaryAccountNumber("9137631040001422").build())
                            .build())
                    .authResponseAttributes(CryptogramAuthResponse.builder()
                            .arpcMethod2(CryptogramVerificationArpcMethod2.builder()
                                    .cardStatusUpdate("12345678").build())
                            .build()).build());
            System.out.println("ARQC 検証: 成功");
        } catch (VerificationFailedException e) {
            System.out.printf("ARQC 検証: 失敗（IMK 不一致）%n%n");
        }
    }
}
ビルドと実行手順

入門編と同じプロジェクト構成を使用する。IssuerDemo.java を src/main/java/demo/ に配置する。

Terminal
cd payment-crypto-demo
 
# IssuerDemo.java を src/main/java/demo/ に配置
 
# ビルドと実行
mvn clean compile -q
mvn exec:java -Dexec.mainClass=demo.IssuerDemo

検証 1：CVV と CVV2 の生成・検証 — サービスコードが生む違い

入門編では CVV2 のみ扱った。ここでは CVV（磁気ストライプ用）と CVV2（カード裏面印字用）の両方を生成し、同じ鍵・同じ PAN・同じ有効期限でも値が異なることを確認する。

CVV と CVV2 は暗号アルゴリズムは同一だが、入力のサービスコードが異なる。CVV はカードの磁気ストライプに埋め込まれるサービスコード（例：101）を使い、CVV2 は内部的にサービスコード 000 を使う。

Java
// CVV 生成（磁気ストライプ用、サービスコード 101）
var cvvResp = dataPlane.generateCardValidationData(
        GenerateCardValidationDataRequest.builder()
                .keyIdentifier(cvkArn).primaryAccountNumber("4111111111111111")
                .validationDataLength(3)
                .generationAttributes(CardGenerationAttributes.builder()
                        .cardVerificationValue1(CardVerificationValue1.builder()
                                .cardExpiryDate("0328").serviceCode("101").build())
                        .build()).build());
 
// CVV2 生成（カード裏面印字用）
var cvv2Resp = dataPlane.generateCardValidationData(
        GenerateCardValidationDataRequest.builder()
                .keyIdentifier(cvkArn).primaryAccountNumber("4111111111111111")
                .validationDataLength(3)
                .generationAttributes(CardGenerationAttributes.builder()
                        .cardVerificationValue2(CardVerificationValue2.builder()
                                .cardExpiryDate("0328").build())
                        .build()).build());
Output
CVV  (ServiceCode=101): 721
CVV2 (ServiceCode=000): 648
CVV と CVV2 は異なる値: true
CVV 検証（正しい値 721）: 成功
クロス検証（CVV値 721 を CVV2 として検証）: 失敗 — INVALID_VALIDATION_DATA

同じ CVK で両方を生成できるが、値は異なる。CVV の値を CVV2 として検証すると失敗する。この仕組みにより、磁気ストライプのデータが漏洩しても、そこから CVV2 を逆算してオンライン決済に悪用することはできない。

なお、本検証では同じ CVK で CVV と CVV2 を生成したが、ドキュメントでは CVV・CVV2・iCVV それぞれに別の鍵を使うことが推奨されている。エイリアスやタグで用途を区別するのがベストプラクティスである。

検証 2：PIN の生成と PVV による検証 — 2 つの鍵の協調

ここが本記事の核心である。PIN 処理は、入門編で学んだ「1 鍵 1 用途」の原則が「複数の鍵の協調」として現れる典型例である。

鍵の準備

PIN 処理には 2 つの鍵が必要。

鍵KeyUsageAlgorithm役割
PEK（PIN 暗号化鍵）TR31_P0TDES_3KEYPIN ブロックの暗号化
PVK（PIN 検証鍵）TR31_V2TDES_2KEYPVV の生成・検証
PEK と PVK の作成コード
Java
var pek = createKey(controlPlane, KeyUsage.TR31_P0_PIN_ENCRYPTION_KEY,
        KeyAlgorithm.TDES_3_KEY,
        KeyModesOfUse.builder().encrypt(true).decrypt(true)
                .wrap(true).unwrap(true).build());
 
var pvk = createKey(controlPlane, KeyUsage.TR31_V2_VISA_PIN_VERIFICATION_KEY,
        KeyAlgorithm.TDES_2_KEY,
        KeyModesOfUse.builder().generate(true).verify(true).build());

PEK のアルゴリズムに注意。ドキュメントの PVV チュートリアルでは「内部利用なら AES が適切」と記載されているが、VisaPin スキーム（ランダム PIN 生成）の GeneratePinData では PEK に TDES_2KEY または TDES_3KEY が必須である。AES_128 を指定すると ValidationException: KeyAlgorithm ... is invalid for the operation が返る。

PVK のアルゴリズムにもドキュメント間の不整合がある。PVV チュートリアルでは「PGK must be a key of algorithm TDES_2KEY」と記載されているが、Valid keys ページでは TDES_3KEY のみが記載されている。本検証では TDES_2KEY で正常に動作した。

PIN の生成

GeneratePinData は、ランダムな PIN を生成し、PEK で暗号化した PIN ブロックと PVK で生成した PVV を同時に返す。

Java
var pinResp = dataPlane.generatePinData(GeneratePinDataRequest.builder()
        .generationKeyIdentifier(pvkArn)   // PVV 生成に使う鍵
        .encryptionKeyIdentifier(pekArn)   // PIN 暗号化に使う鍵
        .primaryAccountNumber("4111111111111111")
        .pinBlockFormat(PinBlockFormatForPinData.ISO_FORMAT_0)
        .generationAttributes(PinGenerationAttributes.builder()
                .visaPin(VisaPin.builder()
                        .pinVerificationKeyIndex(1).build())
                .build())
        .build());
Output
暗号化 PIN ブロック: 246765C378B874DD
PVV: 3756
GenerationKey KCV: B4B606, EncryptionKey KCV: E90B22

レスポンスには 2 つの鍵の KCV が含まれる。これにより、どの鍵が PIN の暗号化に使われ、どの鍵が PVV の生成に使われたかを確認できる。

注意点：

  • generationKeyIdentifier には PVK を、encryptionKeyIdentifier には PEK を指定する。パラメータ名から直感的に分かりにくいが、「generation = PVV の生成」「encryption = PIN の暗号化」と読む
  • 生成スキームは VisaPin。VisaPinVerificationValue は既存 PIN の PVV 生成用で、ランダム PIN 生成には使えない

PIN の検証

イシュアは、カード保有者が入力した PIN（暗号化された PIN ブロックとして受け取る）を、保存済みの PVV と照合して検証する。

PIN 検証コード（VerifyPinData）
Java
dataPlane.verifyPinData(VerifyPinDataRequest.builder()
        .verificationKeyIdentifier(pvkArn)
        .encryptionKeyIdentifier(pekArn)
        .primaryAccountNumber("4111111111111111")
        .pinBlockFormat(PinBlockFormatForPinData.ISO_FORMAT_0)
        .encryptedPinBlock(pinResp.encryptedPinBlock())
        .verificationAttributes(PinVerificationAttributes.builder()
                .visaPin(VisaPinVerification.builder()
                        .pinVerificationKeyIndex(1)
                        .verificationValue(pinResp.pinData().verificationValue())
                        .build())
                .build())
        .build());
Output
PIN 検証（正しい PVV 3756）: 成功
PIN 検証（間違った PVV 9999）: 失敗 — INVALID_PIN

検証時のスキームは VisaPinVerification（生成時の VisaPin とは異なるクラス）。Java SDK では生成と検証でクラス名が異なるため注意が必要。

検証 3：ARQC の検証 — EMV チップカードのトランザクション認証

ARQC（Authorization Request Cryptogram）は、EMV チップカードがトランザクション時に生成する暗号値である。カードの鍵素材、端末情報、取引データを組み合わせて生成され、イシュアがこれを検証することでカードの真正性とトランザクションの完全性を確認する。

鍵と API の関係

ARQC 検証には IMK（Issuer Master Key）が必要。IMK からカードごとの鍵が導出され、その鍵で ARQC が検証される。

IMK の作成コード
Java
var imk = createKey(controlPlane, KeyUsage.TR31_E0_EMV_MKEY_APP_CRYPTOGRAMS,
        KeyAlgorithm.TDES_2_KEY,
        KeyModesOfUse.builder().deriveKey(true).build());

IMK の KeyModesOfUse は DeriveKey のみ。入門編で見た BDK と同様、マスター鍵は直接暗号処理に使うのではなく、派生鍵を導出するためだけに存在する。

ARQC 検証の呼び出し

Java
var resp = dataPlane.verifyAuthRequestCryptogram(
        VerifyAuthRequestCryptogramRequest.builder()
                .keyIdentifier(imkArn)
                .majorKeyDerivationMode(MajorKeyDerivationMode.EMV_OPTION_A)
                .transactionData("000000001700000000000000084000800080000840...")
                .authRequestCryptogram("61EDCC708B4C97B4")
                .sessionKeyDerivationAttributes(SessionKeyDerivation.builder()
                        .emvCommon(SessionKeyEmvCommon.builder()
                                .applicationTransactionCounter("000B")
                                .panSequenceNumber("01")
                                .primaryAccountNumber("9137631040001422")
                                .build())
                        .build())
                .authResponseAttributes(CryptogramAuthResponse.builder()
                        .arpcMethod2(CryptogramVerificationArpcMethod2.builder()
                                .cardStatusUpdate("12345678").build())
                        .build())
                .build());
Output
ARQC 検証: 失敗 — INVALID_AUTH_REQUEST_CRYPTOGRAM
  → IMK がテストデータの鍵と異なるため、検証は失敗する

この結果は想定通りである。ARQC はカード発行時に使った IMK と紐づいているため、異なる IMK では検証が必ず失敗する。正しい IMK を持っている場合、検証成功とともに ARPC（Authorization Response Cryptogram）が返却される。

ARQC 検証成功時のレスポンス例（ドキュメントより）

正しい IMK で検証が成功した場合、以下のようなレスポンスが返る。

Output
{
    "KeyArn": "arn:aws:payment-cryptography:us-east-2:111122223333:key/pw3s6nl62t5ushfk",
    "KeyCheckValue": "08D7B4",
    "AuthResponseValue": "2263AC85"
}

AuthResponseValue が ARPC であり、これをカードに返すことでカード側でもイシュアの認証が行われる（相互認証）。

ARQC 検証の特徴：

  • 生成 API がない — ARQC はカードが生成するため、AWS Payment Cryptography には生成 API がなく検証のみ。CVV や PIN とは非対称
  • セッション鍵の導出 — IMK → カードマスター鍵 → セッション鍵の導出が API 内部で自動的に行われる。PAN、PSN（PAN Sequence Number）、ATC（Application Transaction Counter）が導出パラメータ
  • ARPC の生成 — 検証成功時に ARPC を返すことで、カードとイシュアの相互認証が実現する

イシュア処理の API と鍵の見取り図

処理API鍵 (KeyUsage)主な入力検証結果
CVV 生成GenerateCardValidationDataCVK (TR31_C0)PAN + 有効期限 + サービスコードCVV: 721
CVV2 生成GenerateCardValidationDataCVK (TR31_C0)PAN + 有効期限CVV2: 648
PIN 生成GeneratePinDataPEK (TR31_P0) + PVK (TR31_V2)PAN + PIN ブロック形式PIN ブロック + PVV
PIN 検証VerifyPinDataPEK (TR31_P0) + PVK (TR31_V2)PAN + 暗号化 PIN ブロック + PVV成功 / INVALID_PIN
ARQC 検証VerifyAuthRequestCryptogramIMK (TR31_E0)PAN + トランザクションデータ + ARQC成功(+ARPC) / INVALID_AUTH_REQUEST_CRYPTOGRAM

まとめ

  • 1 つの決済処理が複数の専用鍵の協調で成立する — PIN 処理では PEK と PVK の 2 つの鍵が 1 回の API 呼び出しで協調する。入門編で学んだ「1 鍵 1 用途」の原則は、実際のイシュア処理では「複数の鍵の協調」として現れる
  • CVV と CVV2 はサービスコードの違いで値が変わる — 同じ鍵・同じ PAN・同じ有効期限でも、サービスコードが異なれば値は異なる。これにより、磁気ストライプデータの漏洩からオンライン決済への悪用を防ぐ
  • ARQC 検証は IMK の一致が前提 — カード発行時に使った IMK を持っていなければ検証は必ず失敗する。セッション鍵の導出は API 内部で自動的に行われるため、開発者は PAN・PSN・ATC を渡すだけでよい

次回のアクワイアラ編では、TranslatePinData による PIN の鍵間変換と MAC 検証を Java で実装する。

クリーンアップ

プログラムの実行時にクリーンアップが自動で行われる。全ての鍵は 3 日後に完全削除される（deleteKeyInDays(3)）。削除予約中の鍵は RestoreKey で復元可能。

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田原 慎也

田原 慎也

ソリューションアーキテクト @ AWS

AWS ソリューションアーキテクトとして金融業界のお客様を中心に技術支援をしており、クラウドアーキテクチャや AI/ML に関する学びをこのサイトで発信しています。このサイトの内容は個人の見解であり、所属企業の公式な意見や見解を代表するものではありません。

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