PASETOとJWT：ステートレスなトークン認証の新時代

はじめに

進化し続けるバックエンド開発の分野において、ステートレス認証は、スケーラブルで分散化されたマイクロサービス指向のアーキテクチャを構築するための基盤となっています。サーバーサイドのセッション状態に依存することなくユーザーの身元を確認できる機能は、システム設計を大幅に簡素化し、パフォーマンスを向上させ、回復力を高めます。従来、JSON Web Tokens (JWT) がこれを達成するための有力なソリューションでした。しかし、セキュリティへの懸念が高まり、新しいベストプラクティスが登場するにつれて、強化されたセキュリティとより明確なアプローチを約束する、説得力のある代替手段であるPlatform Agnostic Security Tokens (PASETO) が登場しました。この記事では、PASETOとJWTの詳細な比較を掘り下げ、それらの根本的な違い、実際の実装、および最新のバックエンドシステムにおける実世界での適用可能性を探ります。私たちは、開発者が次世代のステートレストークン認証スキームを選択する際に、十分な情報に基づいた意思決定を行えるようにすることを目的とします。

コアコンセプト

比較に入る前に、ステートレストークン認証の基盤となる主要な概念を明確に理解しておきましょう。

ステートレス

認証の文脈における「ステートレス」とは、サーバーが認証済みユーザーに関するセッション関連情報を一切保存しないことを意味します。クライアントからの各リクエストには、ユーザーの身元を確認するために必要なすべての情報が含まれています。このアプローチにより、セッションデータベースやスティッキーセッションの必要がなくなり、水平スケーリングの簡素化と耐障害性の向上につながります。

トークン

トークンとは、ユーザーが正常にログインした後、認証サーバーによって発行されるデータの一部です。このトークンにはユーザーに関するクレーム（情報）が含まれており、保護されたリソースにアクセスするために、その後、すべてのクライアントリクエストとともに送信されます。リソースサーバーは、このトークンを検証してユーザーを認証します。

デジタル署名

デジタル署名とは、デジタルメッセージまたはドキュメントの真正性を示すための数学的なスキームです。これにより、トークンが改ざんされておらず、正当な権威によって発行されたものであることが保証されます。これは、認証トークンの整合性を維持するために不可欠です。

暗号化

暗号化とは、許可された関係者のみがアクセスできるように情報をエンコードするプロセスです。JWTは主に整合性のための署明に焦点を当てていますが、PASETOはオプションの暗号化を提供し、トークンのペイロードの機密性を提供します。

PASETO vs. JWT：原則、実装、およびアプリケーション

PASETOとJWTはどちらもステートレストークンを生成および検証するという目的を果たしますが、設計思想、セキュリティ保証、および実装の複雑さにおいて大きく異なります。

JSON Web Tokens (JWT)

JWTは、2つの当事者間で転送されるクレームを表す、コンパクトでURLセーフな手段です。JWT内のクレームは、JSON Web Signature (JWS) を使用してデジタル署名されるか、JSON Web Encryption (JWE) を使用して暗号化されるJSONオブジェクトとしてエンコードされます。

原則

JWTはドットで区切られた3つの部分で構成されます。

1. ヘッダー: 通常、トークンのタイプ (JWT) と署名アルゴリズム (例：HMAC SHA256 または RSA) の2つの部分で構成されます。
2. ペイロード: クレームを含みます。クレームは、エンティティ（通常はユーザー）に関するステートメントおよび追加データです。クレームには、registered、public、private の3種類があります。
3. 署名: 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、秘密鍵（または公開鍵）、およびヘッダーで指定されたアルゴリズムを使用して作成されます。この署名は、JWTの送信者が本人であり、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ます。

JWTの構造の典型的な例は次のとおりです。 eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiaWF0IjoxNTE2MjM5MDIyfQ.SflKxwRJSMeKKF2QT4fwpMeJf36POk6yJV_adQssw5c

実装例 (Node.js with jsonwebtoken library)

JWTの発行：

const jwt = require('jsonwebtoken');

const payload = {
  userId: '12345',
  username: 'john.doe',
  roles: ['admin', 'user'],
};

const secret = 'your_jwt_secret_key'; // 実際のアプリケーションでは、強力で環境変数でバックアップされたシークレットを使用してください

const token = jwt.sign(payload, secret, { expiresIn: '1h' });
console.log('Issued JWT:', token);

JWTの検証：

const jwt = require('jsonwebtoken');

const token = 'your_received_jwt_token'; // 例：上記で出力されたトークン
const secret = 'your_jwt_secret_key';

try {
  const decoded = jwt.verify(token, secret);
  console.log('Decoded JWT:', decoded);
  // { userId: '12345', username: 'john.doe', roles: [ 'admin', 'user' ], iat: 1678886400, exp: 1678890000 }
} catch (err) {
  console.error('JWT verification failed:', err.message);
}

アプリケーションシナリオ

JWTは広く次のように使用されています。

• 認証: ユーザーがログインした後、サーバーはJWTを発行します。クライアントはその後、認証のために後続のリクエストでこのJWTを送信します。
• 認可: JWT内のクレームは、ユーザーの権限とロールを指定でき、バックエンドはリソースへのアクセスを承認するためにこれを使用できます。
• 情報交換: 署名により整合性が保証されるため、JWTは当事者間で情報を安全に送信できます。

JWTのアルゴリズム選択における柔軟性とカスタムクレームの許可は、非常に適応性が高くなります。しかし、開発者が弱いアルゴリズムを選択したり、実装を誤って構成したりすると、この柔軟性がセキュリティの落とし穴の原因となる可能性もあります。

Platform Agnostic Security Tokens (PASETO)

Pasetoは、トークン実装に関連する一般的な落とし穴を排除することを目的として、明確なセキュリティ目標を持って設計された、JWTの安全な代替手段です。デフォルトで認証済み暗号化 (AEAD) を提供します。これは、トークンが整合性のために署名されるだけでなく、そのペイロードを機密性のために暗号化することもできることを意味します。

原則

PASETOは、アルゴリズム選択について「意見」を持ち、誤用を困難にすることで、JWTに固有のいくつかの設計上の欠陥に対処します。主な特徴は次のとおりです。

1. 改ざん防止およびリプレイ攻撃耐性: PASETOトークンは、対称（ローカル）または非対称（パブリック）鍵暗号化を組み込むことにより、改ざんやリプレイを含むさまざまな攻撃に対する耐性を持つように設計されています。
2. 明示的なバージョン管理: 各PASETOトークンは、バージョン文字列（例：v1.local.、v2.public.）で始まり、使用されている暗号化を明確に示します。これにより曖昧さがなくなり、将来的により強力なアルゴリズムへの移行に役立ちます。
3. 認証済み暗号化 (AEAD): ローカルトークンでは、PASETOはAES-256-CTRとHMAC-SHA384 (v1) または XChaCha20-Poly1305 (v2) のようなAEADスキームを使用して、データの整合性と機密性の両方を保証します。パブリックトークンは、整合性と認証のためにデジタル署名（例：Ed25519）を使用しますが、ペイロードを暗号化しません。
4. 関連データ (AD): ローカルトークンとパブリックトークンの両方で、オプションの「関連データ」をサポートしています。これは、トークンのペイロードの直接の一部ではないが、署名/暗号化プロセスに含まれる任意のデータの一部です。これにより、トークンが漏洩した場合の悪用を防ぐために、トークンを特定のコンテキスト（例：リクエストIPアドレス、ユーザーエージェント）にバインドできるようになります。

A PASETO token looks like this: v2.local.fgAAAgABaQIABwAFZXBoZW1lcmFscy4vZXhhbXBsZXMv... 「PASETOトークンは次のようになります。 v2.local.fgAAAgABaQIABwAFZXBoZW1lcmFscy4vZXhhbXBsZXMv...」

実装例 (Node.js with paseto library)

PASETOの発行（ローカルトークン - 対称暗号化と認証）：

const { V2 } = require('paseto');
const { generateKey } = require('crypto');

// V2ローカル秘密鍵を生成する（安全に保管する必要があります）
generateKey('aes', { length: 256 }, (err, key) => {
  if (err) throw err;

  const symmetricKey = key; // エンコードとデコードの両方にこの鍵を使用

  const payload = {
    userId: '12345',
    username: 'john.doe',
    roles: ['admin', 'user'],
  };

  const footer = { // コンテキストバインディングのためのオプションの関連データ
    sessionId: 'abc-123',
    ipAddress: '192.168.1.1',
  };

  V2.encrypt(payload, symmetricKey, footer)
    .then(token => {
      console.log('Issued PASETO (local):', token);
    })
    .catch(err => {
      console.error('PASETO encryption failed:', err.message);
    });
});

PASETOの検証（ローカルトークン）：

const { V2 } = require('paseto');
const { generateKey } = require('crypto'); // 再生成する場合、*同じ*鍵であることを確認してください

// symmetricKey は安全に取得されたか、発行者から渡されたと仮定します
// デモンストレーションのために、ダミーの鍵生成を使用します（実際のアプリでは、設定からロードします）
generateKey('aes', { length: 256 }, (err, key) => {
  if (err) throw err;
  const symmetricKey = key; 

  const token = 'your_received_paseto_token'; // 例：上記で出力されたトークン
  const footer = {
    sessionId: 'abc-123', // 暗号化中に使用されたフッターと一致する必要があります
    ipAddress: '192.168.1.1',
  };

  V2.decrypt(token, symmetricKey, footer)
    .then(decodedPayload => {
      console.log('Decoded PASETO (local):', decodedPayload);
      // { userId: '12345', username: 'john.doe', roles: [ 'admin', 'user' ] }
    })
    .catch(err => {
      console.error('PASETO decryption failed:', err.message);
    });
});

アプリケーションシナリオ

PASETOは、高セキュリティトークンを必要とする状況に最適です。

• 認証と認可: ユーザーセッションのための安全で改ざん防止され、オプションで機密性の高いトークンを提供します。
• サービス間通信: マイクロサービス間で機密情報を安全に送信し、認証と機密性を保証します。
• API認証: トークン内容の整合性と裁量が最重要視されるAPIを保護します。

その意見の分かれる設計により、開発者が一般的な暗号化脆弱性を導入しにくくなり、より堅牢な「すぐに使える」安全なソリューションを提供します。

主要な違いと比較

結論

JWTとPASETOは、バックエンドシステムでステートレストークン認証のための実行可能なソリューションを提供します。JWTは、その広範な採用と信じられないほどの柔軟性により、特に広範な相互運用性とカスタムアルゴリズムの選択が最重要視される場合に、依然として強力なツールです。しかし、その柔軟性には注意が必要です。安全な実装を保証する責任は大部分が開発者にあり、一般的な暗号化の間違いを起こしやすくなります。一方、PASETOは、強力なアルゴリズムを義務付け、組み込みの認証済み暗号化を提供し、一般的な攻撃ベクトルを軽減する意見の分かれる設計を通じてセキュリティを優先します。セキュリティが交渉不可能であり、開発チームが「すぐに使える」安全なソリューションを好むアプリケーションの場合、PASETOは説得力があり、より安全な代替手段を提供します。最終的には、選択はプロジェクト固有のセキュリティ要件、開発チームの専門知識、および柔軟性と強制されたセキュリティとの間の望ましいトレードオフに依存します。安心を求めるならPASETOを選び、広範なカスタマイズとエコシステムの成熟度が最優先事項であればJWTを選んでください。