JWT トークン構造の解説: ヘッダー、ペイロード、署名

JWT トークン構造の解説

すべての JSON Web Token（JWT）は、2 つの当事者間でクレームを運ぶ、コンパクトで URL セーフな文字列です。その内部構造を理解することは、トークンベースのセキュリティを扱うあらゆる開発者にとって不可欠です。

JWT の 3 つの部分

JWT はドット（.）で区切られた 3 つの部分で構成されます:

header.payload.signature

例:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

各部分は base64url エンコードされた JSON です。JWT は署名されており、暗号化はされていません — 誰でも内容をデコードして読むことができます。

パート 1: ヘッダー

ヘッダーには、署名アルゴリズムとトークンの種類という、トークンに関するメタデータが含まれます。

| フィールド | 説明 | 値の例 | |-------|-------------|----------------| | alg | 署名アルゴリズム（必須） | HS256、RS256、ES256 | | typ | トークンの種類（オプション） | JWT | | kid | キー ID（オプション） | "key-1" |

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

alg フィールドは、どのアルゴリズムで署名が作成されたかを検証者に伝えます。アルゴリズムの不一致 — あるいは alg: "none" を受理すること — は、一般的な JWT セキュリティ脆弱性です。

パート 2: ペイロード

ペイロードには、ユーザーに関するクレームとメタデータが含まれます。クレームは 3 つのカテゴリに分類されます:

登録済みクレーム

| クレーム | 正式名称 | 用途 | |-------|-----------|---------| | iss | Issuer | トークンを発行した主体 | | sub | Subject | ユーザーを識別する | | aud | Audience | 意図された受信者 | | exp | Expiration | トークンの有効期限タイムスタンプ | | nbf | Not Before | この時刻より前はトークンが無効 | | iat | Issued At | トークンの作成タイムスタンプ | | jti | JWT ID | トークンを一意に識別する ID |

デコード済みペイロードの例

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1516239022,
  "exp": 1516242622,
  "iss": "https://auth.example.com"
}

公開クレームは IANA レジストリで定義されるか、衝突耐性のある URI を使用します。プライベートクレームは、発行者と消費者が合意したカスタムクレームです。

パート 3: 署名

署名は、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、およびヘッダーで指定されたアルゴリズムを使用した秘密鍵を組み合わせて作成されます。その役割は次の 2 つです:

1. 整合性 — 署名後にトークンが改ざんされていないことを確認します。
2. 認証 — トークンが期待された主体によって署名されたことを証明します。

HS256 署名の作成

HMACSHA256(
  base64urlEncode(header) + "." + base64urlEncode(payload),
  secret
)

RS256 署名の作成

RSASHA256(
  base64urlEncode(header) + "." + base64urlEncode(payload),
  privateKey
)

Base64url と標準 Base64 の比較

| 項目 | 標準 Base64 | Base64url | |--------|-----------------|-----------| | 62 番目の文字 | + | - | | 63 番目の文字 | / | _ | | パディング | = | 省略される |

このエンコーディングにより、JWT はパーセントエンコーディングなしで HTTP ヘッダー、クエリパラメータ、URL パスに対して安全になります。

JWT の完全な作成プロセス

1. ヘッダー JSON を作成し、base64url エンコードします。
2. ペイロード JSON を作成し、base64url エンコードします。
3. . 区切りで連結します。
4. 選択したアルゴリズムと秘密鍵で署名します。
5. 署名を base64url エンコードします。
6. 3 つの部分をすべて . 区切りで連結します。

セキュリティに関する考慮事項

• ペイロードに秘密情報を保存しないでください。 ペイロードはエンコードされているだけで、暗号化はされていません。
• 常に署名を検証してください。 検証がなければ、誰でもトークンを偽造できます。
• alg ヘッダーを確認してください。 alg: "none" とアルゴリズムのダウングレード試行を拒否します。
• 短い有効期限を設定してください。 exp クレームを数か月ではなく、数分または数時間単位で使用します。

JWT トークンをオンラインでデコード

JWT デコーダーツールを使用して、任意のトークンを調べます。貼り付けるだけで、デコードされたヘッダー、ペイロード、署名アルゴリズムが即座に表示されます。すべての処理はブラウザ内で行われます。