JWTトークンの理解：仕組みと重要性
By hientd, at: 2023年2月25日21:50
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重要なトピックについて説明します
- JWTトークンの紹介
- JWTトークンの仕組み
- JWTトークンの利点
- JWTトークンの欠点
- JWTトークンを使用するためのベストプラクティス
- JWTトークンの用途
- 参考文献
一つずつ見ていきましょう
1. JWTトークンの紹介
JSON Web Token（JWT）は、当事者間でJSONオブジェクトとして安全に情報を伝送するためのコンパクトで自己完結した方法を定義するオープン標準（RFC 7519）です。この情報はデジタル署名されているため、検証および信頼できます。JWTは、秘密（HMACアルゴリズムを使用）またはRSAやECDSAを使用した公開鍵/秘密鍵ペアを使用して署名できます。
JWTトークンは、ウェブアプリケーションでユーザー認証と承認を安全かつ効率的に処理する方法を提供するため重要です。JWTトークンを使用すると、サーバー側のセッションストアが不要になるため、ウェブアプリケーションのアーキテクチャが簡素化され、スケーラビリティが向上します。
JWTトークンは、シングルページアプリケーション（SPA）、マイクロサービス、APIなど、さまざまなウェブアプリケーションやアーキテクチャで使用されています。Node.js、Ruby on Rails、Djangoなどの最新のウェブフレームワークで一般的に使用されています。
2. JWTトークンの仕組み
JWTトークンの構造
コンパクトな形式では、JSON Web Tokenはドット（.）で区切られた3つの部分で構成されます。それらは次のとおりです。
- ヘッダー
- ペイロード
- 署名
したがって、JWTは通常、次のようになります。
異なる部分を分解してみましょう。
ヘッダー
ヘッダーは、通常、トークンの種類（JWT）と使用されている署名アルゴリズム（HMAC SHA256やRSAなど）の2つの部分で構成されます。
例：
{
"alg": "HS256",
"typ": "JWT"
}
次に、このJSONはBase64Urlエンコードされて、JWTの最初の部分を形成します。
ペイロード
トークンの2番目の部分はペイロードであり、クレームが含まれています。クレームとは、エンティティ（通常はユーザー）に関する記述と追加データのことです。クレームには、登録済み、公開、プライベートの3種類があります。
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登録済みクレーム:
登録済みクレームは、トークン保有者と関連付けられ、その身元を認証するために使用されるクレームです。これらのクレームはトークンが作成されたときに生成され、特定のユーザーまたはエンティティにリンクできます。これにより、ユーザーは自分の身元を証明し、特定の活動の承認を行うことができます。登録済みクレームの例としては、ユーザー名、メールアドレス、およびその他の個人情報があります。登録済みクレームのその他の例としては、特定のアクセス権と権限（特定のデータやファイルの表示または編集、特定のサービスへのアクセス、特定のイベントへの参加など）があります。登録済みクレームは、デジタルアイデンティティとトークン生成の重要な部分であり、システム内でユーザーの安全な認証と検証を可能にします。
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公開クレーム:
公開クレームとは、プロジェクトがトークンに対する意図（目的、基盤となるテクノロジー、調達資金の使用計画など）について述べる声明のことです。公開クレームの例としては、プロジェクトが新しい製品の開発に調達資金を使用することへの誓約、新しいテクノロジーの研究に資金を使用することへの約束、市場範囲の拡大に資金を使用することへのコミットメントなどがあります。公開クレームはトークン販売プロセスの重要な部分を形成するため、検証可能で正確でなければなりません。
これらは、JWTを使用するユーザーによって自由に定義できます。ただし、衝突を避けるために、IANA JSON Web Token Registryで定義するか、衝突耐性のある名前空間を含むURIとして定義する必要があります。
-
プライベートクレーム:
プライベートクレームとは、IANAによって登録されておらず、関係者にとって意味のある追加情報を渡すために使用されるクレームです。プライベートクレームは、ユーザー設定、ユーザーロール、組織の詳細、認証データなどの情報を格納するために使用できます。
たとえば、ユーザーがアイデンティティプロバイダーによって認証されると、JWTには組織内のユーザーのロール（例：「admin」、「member」など）を格納するプライベートクレームが含まれる場合があります。別の例としては、ユーザー設定（優先言語やタイムゾーンなど）を格納するプライベートクレームがあります。プライベートクレームは、ワンタイムトークンやタイムスタンプなどの認証データの格納にも使用できます。これらのクレームは、アプリケーションによってユーザーが認証され、アプリケーションにアクセスする権限があることを確認するために使用できます。
ペイロードの例：
"sub": "1234567890",
"name": "John Doe",
"admin": true
}
ペイロードは次にBase64Urlエンコードされて、JSON Web Tokenの2番目の部分を形成します。
署名
署名部分を生成するには、エンコードされたヘッダー、エンコードされたペイロード、秘密、ヘッダーで指定されたアルゴリズムを取り、署名する必要があります。
HMAC SHA256アルゴリズムを使用する場合は、署名は次の方法で作成されます。
HMACSHA256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret)
署名は、メッセージが途中で変更されていないことを確認するために使用され、秘密鍵で署名されたトークンの場合は、JWTの送信者が主張している本人であることも確認できます。
JWTを試してこれらの概念を実践したい場合は、jwt.ioデバッガーを使用して、JWTをデコード、検証、生成できます。
トークンの署名と検証：
JWTにおけるトークンの署名と検証は、JSON Web Token（JWT）が転送中に変更されていないことを確認するために使用される認証プロセスです。JWTは、ユーザーのアイデンティティまたはリクエストの信頼性を証明するために使用される暗号化されたデータです。JWTは、ヘッダー、ペイロード、署名の3つの部分で構成されています。ヘッダーとペイロードは暗号化され、JWTに署名が追加されて、変更されていないことが確認されます。
JWTがクライアントからサーバーに送信されると、サーバーはJWTに有効な署名があることを検証する必要があります。これは、サーバーとクライアントの両方が知っている秘密鍵を使用して行われます。次に、サーバーは秘密鍵を使用して、JWTに含まれる署名と一致する署名を生成します。署名が一致する場合は、JWTが検証され、サーバーはペイロードのデータの信頼性を確認できます。
このJWTの署名を検証するプロセスは、JWTにおけるトークンの署名と検証と呼ばれます。これは、リクエストの認証と検証、およびデータが改ざんされていないことを確認するための不可欠な部分です。トークンの署名と検証を使用することで、開発者はアプリケーションの安全性を確保し、
JWTトークンの保存と送信：
JWTトークンの保存と送信を行う際は、セキュリティ上の影響を考慮することが重要です。JWTトークンは安全に保存する必要があり、プレーンテキストで保存しないでください。また、トークンを送信する方法を考慮し、HTTPSなどの暗号化された接続経由でのみ送信することも重要です。さらに、JWTトークンはブラウザーやCookieに保存しないでください。これはセキュリティ上の脆弱性につながる可能性があります。代わりに、JWTトークンはサーバー側のセッションまたはデータベースに保存する必要があります。
トークンの有効期間も考慮し、トークンの署名と検証に安全なアルゴリズムを使用することも重要です。さらに、攻撃者が古い期限切れのトークンを使用できないように、JWTトークンを定期的にローテーションする必要があります。
最後に、JWTトークンが紛失または盗難された場合の影響を考慮することが重要です。これに対する最善の保護方法は、短命のトークンを使用し、すべての
3. JWTトークンの利点
ステートレス認証：JWTトークンを使用すると、ステートレス認証が可能になります。つまり、サーバーは各ユーザーのセッション情報を保持する必要がありません。これにより、ウェブアプリケーションのパフォーマンスとスケーラビリティが向上します。
スケーラビリティ：JWTトークンは、特にマイクロサービスアーキテクチャにおいて、ウェブアプリケーションのスケーラビリティを向上させるのに役立ちます。これにより、認証と承認の懸念事項を分離できるため、個々のサービスのスケーリングが容易になります。
データベースクエリ数の削減：JWTトークンは、認証に必要なデータベースクエリの数を削減し、パフォーマンスを向上させるのに役立ちます。これは、トークンに認証に必要なすべての情報が含まれているため、サーバーがユーザー情報を取得するためにデータベースにクエリを実行する必要がないためです。
柔軟性：JWTトークンはさまざまなシナリオで使用でき、さまざまなアプリケーションのニーズに合わせてカスタマイズできます。ユーザー認証と承認、およびサービス間でのデータの安全な送信に使用できます。
4. JWTトークンの欠点
トークンの有効期限の問題：JWTトークンの主な欠点の1つは、発行されると、有効期限を変更できないことです。つまり、トークンの有効期限が長く、ユーザーの権限やアクセス権が変更された場合、トークンの有効期限が切れるまでユーザーはアクセスできます。一方、有効期限が短すぎると、ユーザーは頻繁にログインする必要があるため、不便な場合があります。
トークンのセキュリティリスク：
1. エントロピーの不足：JWTトークンは秘密鍵を使用して生成されます。この鍵が弱すぎると、攻撃者によって推測され、偽造トークンの作成に使用される可能性があります。そのため、十分なエントロピーがあり、秘密に保持されている強力な鍵を使用することが重要です。
2. 署名されていないトークン：デフォルトでは、JWTトークンは暗号化アルゴリズムを使用して署名されます。トークンに署名されていない場合、攻撃者によって簡単に改ざんされる可能性があります。そのため、HS256などの強力なアルゴリズムを使用して常にトークンに署名することが重要です。
3. 暗号化されていないトークン：デフォルトでは、JWTトークンは暗号化されません。つまり、トークンのペイロードは、トークンにアクセスできる誰でも読むことができます。ペイロードを攻撃者から保護するために、常にJWTトークンを暗号化する必要があります。
トークンのサイズ：JWTトークンは、特に多くのデータが含まれている場合、非常に大きくなる可能性があります。これにより、ネットワークトラフィックの増加とパフォーマンスの低下につながる可能性があります。場合によっては、トークンを複数の部分に分割するか、別の認証メカニズムを使用する必要がある場合があります。
5. JWTトークンを使用するためのベストプラクティス
強力な秘密鍵を使用する：JWTトークンの署名と検証に使用される秘密鍵は、長く、複雑で、秘密に保持する必要があります。強力な鍵を作成するには、ランダム文字列ジェネレーターを使用することをお勧めします。
適切なトークンの有効期限を設定する：ユーザーのニーズとアプリケーションのセキュリティ要件を考慮して、トークンの有効期限を妥当な長さで設定します。有効期限が短いほどセキュリティが向上し、長いほど使いやすさが向上します。
常にHTTPSを使用する：JWTトークンは常にHTTPS経由で送信する必要があります。HTTPSはエンドツーエンドの暗号化を提供し、中間者攻撃から保護します。
トークンに機密情報を格納しない：JWTトークンには、パスワードやクレジットカード番号などの機密情報は含めないでください。代わりに、この情報をサーバー側に格納し、必要に応じてトークンに参照のみを含めます。
6. JWTトークンの用途
ユーザー認証：JWTトークンを使用してユーザーを認証し、ウェブアプリケーションまたはモバイルアプリケーションのリソースとサービスに安全にアクセスできるようにします。
承認とアクセス制御：JWTトークンは、承認とアクセス制御にも使用できます。ユーザーが認証されると、トークンにはユーザーの権限とアクセス権に関する情報を含めることができます。この情報は、アプリケーション内の特定のリソースまたはサービスへのアクセスを制御するために使用できます。
APIセキュリティの向上：JWTトークンを使用して、APIに送信されたリクエストを認証および承認することにより、APIを保護できます。これにより、不正アクセスを防ぎ、機密データを保護するのに役立ちます。
セッション管理：JWTトークンを使用してユーザーセッションを管理できます。トークンはクライアント側に保存でき、サーバーへの各リクエストと共に送信されます。これにより、サーバーはどのユーザーがどのリクエストを実行しているかを簡単に追跡できます。これは特に重要です
7. 参考文献
JWT.io：https://jwt.io/
Microsoft Docs：https://learn.microsoft.com/en-us/azure/active-directory/develop/access-tokens
Auth0.com：https://auth0.com/learn/json-web-tokens
