ログイン後、サーバーはその後の各リクエストが実際にユーザーからのものであることをどのようにして知るのでしょうか?よくある答えの 1 つは、JSON Web トークン (JWT) で、通常は「ジョット」と発音されます。これは、クライアントがリクエストごとに送信する小さな署名されたデータであり、サーバーはデータベースに触れることなくそれを確認できます。

JWT を理解する最も早い方法は、JWT を構築してからそれを壊してみることです。 Python 3.13 上で Python の標準ライブラリのみを使用してこれを実行しました。以下の出力はその実行から得られます。 このコードは学習用です。 実際のアプリケーションでは、検証の詳細が間違いやすいため、よく整備されたライブラリを使用してください。

JWTとは何ですか?

JWT は、2 者間でクレームをコンパクトな文字列として渡すためのオープン標準であり、RFC 7519 で定義されています。クレームとは、「このユーザーの ID は 42 です」などの単なるステートメントです。トークンは署名されているため、受信者は誰が発行したか、誰も変更していないことを確認できます。

お祭りのリストバンドを思い浮かべてください。ゲートのスタッフがチケットを一度確認し、偽造が難しいバンドを渡します。その後、各屋台はチケット売り場に電話する必要がなく、バンドを眺めるだけです。 JWT は API とほぼ同じように機能します。

JWT ログインの仕組み

1. ユーザーは、ユーザー名とパスワードをログイン エンドポイントに送信します。
2. サーバーはそれらをチェックし、署名付きトークンを作成します。
3. クライアントはトークンを保存します。
4. 以降の各リクエストには、通常はヘッダーにそれが含まれます: Authorization: Bearer <token>。
5. サーバーは署名と有効期限を検証し、クレームを読み取ります。

主な利点はステップ 5 にあります。サーバーはセッションを検索する必要がないため、多くのサービスまたはサーバーが同じトークンをチェックする必要がある場合に便利です。 API を初めて使用する場合は、API とはから始めてください。

JWT の 3 つの部分

JWT はランダムなテキストのように見えますが、Base64URL でエンコードされた 3 つのセクションがドットで区切られています。私たちが生成したものは次のとおりです。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9
.eyJzdWIiOiI0MiIsInJvbGUiOiJ1c2VyIiwiaWF0IjoxNzkzNTAwMDAwLCJleHAiOjE3OTM1MDA5MDB9
.7YfUDH_T-iDh8bMmUT8mmKYwOstzT8Ty--DTTAmQGWM

読みやすくするために改行を追加しました。最初の 2 つの部分をデコードすると、プレーンな JSON が得られます。

Header:  {"alg":"HS256","typ":"JWT"}
Payload: {"sub":"42","role":"user","iat":1793500000,"exp":1793500900}

標準的な主張

role のようなカスタム クレームを追加することもできます。時間は秒単位の Unix タイムスタンプです。トークンはリクエストごとに送信されるため、ペイロードは小さくしてください。

自分で構築してみよう

トークンの作成には、2 つの JSON 部分をエンコードし、HMAC-SHA256 を使用してシークレットで署名することが含まれます。

import base64, hashlib, hmac, json

SECRET = b"demo-secret-do-not-use-in-production"

def b64url(data):
    return base64.urlsafe_b64encode(data).rstrip(b"=").decode()

def sign(message):
    return b64url(hmac.new(SECRET, message.encode(), hashlib.sha256).digest())

def create_token(payload):
    header = {"alg": "HS256", "typ": "JWT"}
    parts = [
        b64url(json.dumps(header, separators=(",", ":")).encode()),
        b64url(json.dumps(payload, separators=(",", ":")).encode()),
    ]
    message = ".".join(parts)
    return message + "." + sign(message)

検証は、署名を再計算し、トークン内の署名と比較することによって機能します。シークレットを知っている人だけが、一致するシークレットを作成できます。

def verify_token(token, now):
    header, payload, signature = token.split(".")
    expected = sign(header + "." + payload)
    if not hmac.compare_digest(signature, expected):
        raise ValueError("bad signature")
    claims = json.loads(b64url_decode(payload))
    if claims["exp"] < now:
        raise ValueError("token expired")
    return claims

有効なトークンは期待どおりにクレームを返しました。 compare_digestは一定時間で実行され、タイミングの違いによる情報漏洩を避けるために使用されます。

改ざんしてみてください

攻撃者がペイロードをデコードし、"role":"user" を "role":"admin" に変更し、再度エンコードして古い署名を保持したとします。私たちはこれを他の 2 つの攻撃とともに試しました。

その最後の試みは、歴史的な真の弱点を狙っています。一部のライブラリはかつてトークン自身のヘッダーを信頼していたため、攻撃者は署名が必要ないと単純に宣言できました。私たちのコードは常に 1 つの固定アルゴリズムを使用しているため、それが拒否されました。実際のライブラリでは、受け入れるアルゴリズムを常に指定してください。

署名済み、暗号化されていない

これは、JWT に関して最も誤解されている点です。偽造トークンは拒否されましたが、その内容は依然として完全に読み取ることができました。

{"sub":"42","role":"admin","iat":1793500000,"exp":1793500900}

Base64URL は暗号化ではなくエンコードであり、キーをまったく使用せずに誰でもそれを元に戻すことができます。この署名は、ユーザーがデータを変更することを阻止しますが、データを読み取ることを阻止しません。したがって、パスワード、カード番号、またはプライベートな個人データを JWT ペイロードに絶対に含めないでください。コンテンツを隠す必要がある場合は、暗号化トークン (JWE) を使用するか、サーバー上にデータを保持します。

HS256 vs RS256

非対称署名を使用すると、他のサービスは独自のトークンを生成できなくてもトークンを検証できるため、侵害された場合の被害を制限できます。

JWT とセッション

JWT は、セッションの最新の代替として提供されることがよくあります。実際には、それぞれにトレードオフがあります。

従来のサーバーでレンダリングされる Web サイトの場合、多くの場合、セッション Cookie の方がシンプルで安全です。 JWT は、複数のサービスで使用される API やモバイル クライアントにとってより意味のある傾向があります。

ブラウザ内のトークンを保存する場所

多くのセキュリティ ガイドでは、Web アプリの HttpOnly、Secure、SameSite Cookie を支持しています。どちらを選択しても、常に HTTPS を使用してください。 JavaScript からトークンを送信するには、JavaScript Fetch API チュートリアルを参照してください。

リフレッシュトークン

有効期限が短いため、トークンの盗難による被害は限定されますが、15 分ごとにログインしたい人はいません。通常のソリューションでは 2 つのトークンを使用します。

• アクセス トークン: 有効期間は数分などと短く、API リクエストごとに送信されます。
• リフレッシュ トークン: 有効期間が長く、より慎重に保存され、新しいアクセス トークンを取得するためにのみ使用されます。

サーバーはリフレッシュ トークンを追跡するため、リフレッシュ トークンを取り消すことができ、これにより実質的なログアウトが可能になります。使用するたびにトークンをローテーションすると、盗まれた古いトークンが再生されるため、盗難の検出にも役立ちます。

よくあるセキュリティ上の間違い

• 検証せずにデコードする。 ペイロードを読み取っても、それが信頼できるものであるとは限りません。必ず署名を確認してください。
• 任意のアルゴリズムを受け入れる。 許可されるアルゴリズムの明示的なリストを設定します。
• 弱いシークレットの使用。 短いシークレットはオフラインで解読される可能性があります。長いランダム値を使用し、ソース管理外に保管してください。
• 有効期限をスキップします。 exp のないトークンは、盗まれた場合でも永久に機能します。
• iss と aud をチェックしません。 そうしないと、あるサービスに対して発行されたトークンが別のサービスで受け入れられる可能性があります。
• 古いクレームを信頼する。 トークン内のロールは、有効期限が切れるまで期限切れになる可能性があります。
• ロギング トークン。 ログを読む人は誰でもトークンを再利用できます。
• 障害パスをテストしません。 有効なトークンだけでなく、期限切れおよび変更されたトークンのテストを追加します。 Postman を使用した API テストガイドが役に立ちます。

まとめ

JWT は、サーバーが検索なしで信頼できる署名付きデータであり、シークレット コンテナーやセッション間の自動アップグレードではありません。有効期限を短くし、メンテナンスされたライブラリですべてを検証し、プライベート データがペイロードに含まれないようにします。自分の目で確認するには、私たちのような小さなスクリプトを実行し、トークンの 1 文字を変更して、検証が失敗するのを見てください。

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