implementing-jwt-signing-and-verification

JWT の署名と検証の実装

概要

RFC 7519 で定義されている JSON Web Token（JWT）は、ウェブアプリケーションでの認証と認可に使用される、コンパクトで URL セーフなトークンです。このスキルでは、HMAC-SHA256、RSA-PSS、EdDSA アルゴリズムを使用した安全な JWT 署名の実装に加え、検証、トークンの有効期限、クレームの検証、および一般的な JWT 攻撃（アルゴリズムの混同、none アルゴリズム、鍵のインジェクション）への防御を扱います。

使用する場面

• 環境に JWT の署名と検証機能を実装、デプロイ、または設定するとき
• コンプライアンス要件に沿ったセキュリティ制御を確立するとき
• この領域のセキュリティアーキテクチャを構築または改善するとき
• この実装を必要とするセキュリティ評価を実施するとき

前提条件

• 暗号技術の概念とツールに関する知識
• 安全に実行できるテスト環境またはラボ環境へのアクセス
• 必要な依存関係をインストール済みの Python 3.8 以降
• テスト活動に必要な適切な許可

目標

• HS256、RS256、ES256、EdDSA による JWT 署名を実装する
• JWT 署名を検証し、標準クレームを検証する
• トークンの有効期限、not-before、有効対象の検証を実装する
• アルゴリズムの混同攻撃と none アルゴリズム攻撃を防御する
• JWK Set を使用した JWT 鍵のローテーションを実装する
• 完全な認証ミドルウェアを構築する

主な概念

JWT アルゴリズム

アルゴリズム	種類	鍵	セキュリティレベル
HS256	対称（HMAC）	共有シークレット	128 ビット
RS256	非対称（RSA）	RSA 鍵ペア	112 ビット
ES256	非対称（ECDSA）	P-256 鍵ペア	128 ビット
EdDSA	非対称（Ed25519）	Ed25519 鍵ペア	128 ビット

一般的な JWT 攻撃

• アルゴリズムの混同：RS256 から HS256 に切り替え、公開鍵を HMAC シークレットとして使用する
• none アルゴリズム：署名検証を回避するために alg=none を設定する
• 鍵のインジェクション：JWK ヘッダーに鍵を埋め込む
• 弱いシークレット：短い HMAC シークレットを総当たりで解読する
• トークンのリプレイ：有効期限のない有効なトークンを再利用する

セキュリティに関する考慮事項

• アルゴリズムヘッダーは必ず許可リストと照合して検証してください
• 本番環境では alg=none を決して受け入れないでください
• 分散システムでは非対称アルゴリズム（RS256、ES256）を使用してください
• 有効期限を短く設定してください（アクセストークンは 15 分）
• トークンの更新メカニズムを実装してください
• シークレットは安全に保管してください（ソースコード内には保管しないでください）

検証基準

• JWT の署名により、すべてのアルゴリズムで有効なトークンが生成される
• 署名検証により、改ざんされたトークンが拒否される
• 有効期限切れのトークンが拒否される
• アルゴリズムの混同攻撃が防止される
• none アルゴリズムが拒否される
• JWK 鍵のローテーションが正しく機能する
• クレーム検証により、必須クレームがすべて強制される