ネクストステップMCPセキュリティ:【第3回】MCPプロトコルレベルの脆弱性 - 通信規約の隙間を突く

はじめに

「ネクストステップMCPセキュリティ: 仕組みの弱点と堅牢化への航路」シリーズへようこそ。前回（【第2回】コンテキスト汚染攻撃の全貌 - AIの記憶を狙う新たな脅威）では、MCP特有の脅威であるコンテキスト汚染攻撃について深く掘り下げました。AIの判断を歪める巧妙な手法とその対策の一端をご理解いただけたことと思います。

本シリーズの第1回で、私たちはMCPのアーキテクチャ全体を見渡し、各コンポーネント間の相互作用における潜在的なセキュリティホールについて概説しました。今回は、その中でも特に基盤となる 「MCPプロトコルレベルの脆弱性」 に焦点を当てます。

プロトコルとは、システム間で情報をやり取りするための「通信規約」や「共通のルール」のことです。この根幹となる規約に脆弱性が潜んでいると、たとえアプリケーションレベルで強固なセキュリティ対策を施していても、その努力が無に帰してしまう可能性があります。まるで、どんなに立派な家を建てても、その基礎となる土台が不安定であれば崩れてしまうのと同じです。

本記事では、MCP通信プロトコルの仕様上の弱点、メッセージフォーマットの悪用、セッション管理の不備、そしてプロトコル実装における典型的な脆弱性パターンと、それらに対する技術的な対策を詳細に分析していきます。MCPシステム全体の堅牢性を高めるために、プロトコルレベルのセキュリティを深く理解することは不可欠です。

1. MCP通信プロトコルの概要と重要性

MCP（Model Context Protocol）は、AIモデル（特にLLM）と外部のツールやデータソースとの間で、コンテキスト情報やツールの呼び出しを効率的かつセキュアに行うためのプロトコルです。これは、HTTP（Hypertext Transfer Protocol）やMQTT（Message Queuing Telemetry Transport）といった既存のプロトコル上に構築されるか、あるいはそれらから派生した独自の規約を持つ可能性があります。

1.1. プロトコルが担う役割

プロトコルは、データの「送り方」「受け取り方」「解釈の仕方」といった基本的なルールを定めます。例えば、Webサイトを見る際に使うHTTPプロトコルは、「サーバーはHTMLをどのように送るか」「ブラウザはそれを受け取ってどう表示するか」といったことを細かく定めています。MCPも同様に、AIと外部システムが「どのように会話するか」のルールを定めているわけです。

1.2. なぜプロトコルレベルのセキュリティが重要なのか

プロトコルレベルのセキュリティが重要な理由は、それがシステム全体のセキュリティ基盤を形成しているからです。

• 基盤としての影響度: プロトコルは、システム間の全ての通信の土台となります。この土台に脆弱性があれば、その上に構築されたどんなに堅牢なアプリケーションも、外部からの攻撃に対して無防備になる可能性があります。
• 攻撃の多様性: プロトコルレベルの脆弱性は、データの内容だけでなく、通信そのものの構造や流れを悪用する攻撃を可能にします。これにより、サービス拒否（DoS）攻撃、情報漏洩、不正なコマンド実行など、多岐にわたる深刻な被害につながる可能性があります。
• 検知の困難性: プロトコルレベルの攻撃は、アプリケーションレベルのロギングや監視では見つけにくい場合があります。例えば、不正な形式のメッセージがシステムをクラッシュさせても、それが意図的な攻撃によるものか、単なるバグによるものかを判断するのが難しいことがあります。

2. MCPプロトコルレベルの脆弱性

MCPの具体的なプロトコル仕様は進化途中であるため、ここでは一般的なWebアプリケーションやAPIにおけるプロトコルレベルの脆弱性から類推し、MCPに適用される可能性のある主要な脆弱性パターンを解説します。

2.1. メッセージフォーマットの悪用

MCPでは、コンテキスト情報やツール呼び出しのパラメータがJSONなどの特定のメッセージフォーマットでやり取りされることが想定されます。このメッセージフォーマットの処理に不備があると、攻撃者は以下のような手法でシステムを攻撃する可能性があります。

• 不正な構造のメッセージ:
  • フィールドの欠落/無効な値: 必須フィールドを意図的に欠落させたり、期待されるデータ型と異なる値を挿入したりすることで、サーバー側のパーサー（データ解釈プログラム）やアプリケーションロジックに予期せぬエラーを発生させ、サービス停止や情報漏洩を引き起こすことがあります。
  • 長さの制限超過（バッファオーバーフロー/DoS）: 本来想定されていない非常に長い文字列を送信することで、サーバーのメモリを消費させたり、バッファオーバーフローを誘発したりし、結果としてサービス拒否（Denial of Service; DoS）状態に陥らせる可能性があります。例えば、{"thought": "A" * 1000000} のような巨大なデータが送られた場合、サーバーがその処理にリソースを過剰に割き、応答不能になることがあります。
  • 不正なエンコード: 文字エンコードの誤用や、特殊文字の不正な挿入により、サーバー側のデータ処理に異常をきたすことがあります。
• JSONスキーマ検証の欠如:
  • MCPのメッセージはJSON形式であるため、JSONスキーマ¹を用いてメッセージの構造、データ型、必須フィールドなどを厳格に定義し、検証することが推奨されます。この検証が不十分だと、前述のような不正な構造のメッセージがシステムに受け入れられてしまい、後続処理で脆弱性を引き起こす原因となります。

2.2. セッション管理の不備

MCPがステートフルな（状態を保持する）対話や、特定のユーザーセッションに関連するコンテキストを扱う場合、セッション管理の脆弱性が顕在化する可能性があります。

• セッションIDの推測可能性: セッションID（ユーザーのセッションを一意に識別するためのID）が単純な連番や予測可能なパターンで生成されている場合、攻撃者は総当たり攻撃や推測によって他者のセッションIDを特定し、そのユーザーになりすますことが可能です。
• セッション固定化攻撃 (Session Fixation): 攻撃者が事前に特定のセッションIDを生成し、正規のユーザーにそのIDを使わせるように誘導します。ユーザーが認証を完了した後も同じセッションIDが使われ続けると、攻撃者はそのIDを使ってユーザーになりすますことができます。
• セッションハイジャック (Session Hijacking): 攻撃者が何らかの方法（例: 盗聴、XSS攻撃）で正規ユーザーの有効なセッションIDを盗み出し、それを利用してユーザーになりすまし、システムにアクセスする攻撃です。特に、通信が暗号化されていない場合、セッションIDがネットワーク上で盗聴されるリスクが高まります。
• 不適切なトークンライフサイクル管理:
  • 長すぎる有効期限: セッションIDや認証トークン（例: APIキー、OAuthトークン）の有効期限が長すぎると、一度盗まれた場合に悪用される期間が長くなり、リスクが高まります。
  • 不十分な失効メカニズム: ユーザーがログアウトしても、セッションIDがすぐに失効しない、またはパスワード変更時に既存の全セッションを強制終了する仕組みがない場合、セキュリティリスクが残ります。

2.3. プロトコル実装における典型的な脆弱性パターンと対策

MCPプロトコルを実際にシステムに実装する際にも、一般的なWebアプリケーションやAPIに共通する脆弱性パターンが存在します。

• 入力検証の欠如 (Lack of Input Validation):
  • 問題: HTTPヘッダー、URLパスパラメータ、クエリパラメータ、そしてリクエストボディ内のデータ（JSONやXMLなど）が、サーバー側で適切に検証されていない場合に発生します。攻撃者は、SQLインジェクション²、コマンドインジェクション³、クロスサイトスクリプティング（XSS）⁴、ディレクトリトラバーサル⁵など、様々な攻撃手法を試みることができます。
  • MCPへの影響: Context ManagerがMCP Serverへ送信するツール呼び出しのパラメータや、MCP Serverが外部ツールへ渡す引数に不正な値が含まれていた場合、最終的に外部ツール側で脆弱性が露呈する可能性があります。AIモデルが生成したデータ（コンテキストやツール呼び出し引数）が、検証なしに利用されると、意図しないコマンド実行やデータ改ざんにつながる危険性があります。
  • 対策: 全ての入力データに対して、その形式（数値、文字列、日付など）、長さ、許容文字、範囲などを厳格に検証します。ブラックリスト方式（禁止するものを列挙）よりも、ホワイトリスト方式（許可するものを列挙）を採用することが推奨されます。また、受け取ったデータを使用する際には、エスケープ処理やサニタイズ⁶を適切に行い、無害化することが不可欠です [4]。
• 不正なエラーハンドリング (Improper Error Handling):
  • 問題: システムがエラー発生時に、デバッグ情報（スタックトレース、データベースエラーメッセージ、設定情報など）をそのまま外部に表示してしまう場合に発生します。攻撃者はこれらの情報から、システム内部の構造や脆弱性のヒントを得て、次の攻撃ステップに利用する可能性があります。
  • MCPへの影響: MCP ServerやContext Managerがエラー発生時に詳細な内部エラーメッセージをクライアント（AIモデルやユーザー）に返してしまうと、攻撃者にシステム内部構造の洞察を与えてしまいます。
  • 対策: エラー発生時には、一般的なエラーメッセージ（例: "Internal Server Error"）を返すようにし、詳細なエラー情報はシステム内部のログにのみ記録します。
• レートリミットの欠如 (Missing Rate Limiting):
  • 問題: あるIPアドレスやユーザーからのリクエスト数を制限しない場合、攻撃者は短時間に大量のリクエストを送信し、サーバーのリソースを枯渇させ、正当なユーザーがサービスを利用できなくするサービス拒否（DoS）攻撃を仕掛けることができます。
  • MCPへの影響: 特定のMCP Serverへの過剰なツール呼び出しリクエストや、Context Managerへのコンテキスト更新リクエストなどが、システムの応答性能を著しく低下させ、最終的にサービス停止につながる可能性があります。
  • 対策: APIゲートウェイやロードバランサー、あるいはアプリケーションレベルで、一定時間あたりのリクエスト数を制限するレートリミットを実装します。不正なアクセスパターンを検知し、一時的または永続的にアクセスをブロックする仕組みも重要です [5]。
• 不十分な認証・認可のチェック (Insufficient Authentication/Authorization Checks):
  • 問題: プロトコルレベル、またはAPIエンドポイントレベルで、ユーザーやコンポーネントが適切な認証を受けているか、またその操作を行う権限を持っているかを確認する仕組みが不十分な場合に発生します。
  • MCPへの影響: 認証されていないクライアントがMCP Serverに接続できたり、権限のないContext Managerが機密性の高いツールを呼び出したりする可能性があります。
  • 対策: 全てのAPIエンドポイントや通信経路で、厳格な認証メカニズム（例: APIキー、OAuth2.0、JWTなど）を導入し、アクセスしてきたエンティティの身元を確認します。さらに、認可メカニズム（アクセス制御）を実装し、そのエンティティが特定の操作を実行する権限を持っているかを細かくチェックします。これは、以前のシリーズで学んだ認証と認可の概念をプロトコルレベルで徹底することです。

3. 対策と堅牢化の戦略

MCPプロトコルレベルの脆弱性に対処し、システムを堅牢化するためには、以下の戦略を組み合わせる必要があります。

3.1. 厳格なプロトコル仕様の定義と遵守

• JSON Schemaの活用: メッセージフォーマットを厳格に定義するために、JSON Schemaのようなスキーマ定義言語を活用します。これにより、予期しないデータ構造や型の入力を自動的に拒否し、メッセージフォーマットの悪用を防ぎます。
• プロトコルのバージョン管理: プロトコル仕様が変更される際には、互換性を維持しつつ、安全性の向上を図るためにバージョン管理を徹底します。古い、脆弱性を持つ可能性のあるバージョンからの移行計画も重要です。

3.2. 包括的な入力検証とサニタイズの徹底

• サーバーサイドでの厳格な検証: クライアントからの全ての入力データ（ヘッダー、パス、クエリ、ボディ）は、サーバー側でその形式、内容、長さ、許容文字などを厳格に検証する必要があります。
• サニタイズの実装: 受け取ったデータを使用する前に、XSSやSQLインジェクションなどの攻撃を防ぐために、特殊文字のエスケープ処理や無害化（サニタイズ）を徹底します。

3.3. セキュアなセッション管理の実装

• 強固なセッションIDの生成: 予測不可能な十分に長いランダムなセッションIDを生成し、推測によるなりすましを防ぎます。
• 有効期限と自動失効: セッションIDや認証トークンには適切な有効期限を設定し、定期的に更新（ローテーション）します。また、アイドル時間や異常なアクセスを検知した場合に自動的に失効させるメカニズムを導入します。
• HTTPS/TLSの強制: 全ての通信においてHTTPS/TLS⁷を強制し、セッションIDや認証情報がネットワーク上で盗聴されることを防ぎます。
• HTTP Strict Transport Security (HSTS) ⁸などのセキュリティヘッダーを適切に設定し、常にセキュアな通信を強制します。

3.4. 堅牢なエラーハンドリングとロギング

• 情報漏洩の防止: エラーメッセージには、デバッグ情報や内部システム構成に関する機密情報を含めないようにします。攻撃者に手がかりを与えないよう、抽象的で一般的なメッセージを返します。
• 詳細な内部ログ: エラーの詳細や異常な挙動については、システム内部のセキュアなログにのみ記録し、後の分析に利用できるようにします。ログには、エラー発生時刻、リクエスト情報、原因となったコンポーネントなどの情報を含めます。

3.5. レートリミットとDoS対策の強化

• APIゲートウェイの活用: APIゲートウェイは、リクエストのルーティング、認証、そしてレートリミットなどのセキュリティ機能を集中的に管理するのに有効です。
• 異常検知システム: 短時間での大量アクセス、異常なリクエストパターンなどを検知し、自動的にアクセスを制限または遮断するシステムを導入します。

3.6. プロトコルファジングによる脆弱性発見

• 説明: プロトコルファジングは、ソフトウェアテストの一種で、意図的に不正な形式のデータや予期せぬデータをシステムに大量に送り込み、その応答や挙動を監視することで、脆弱性（クラッシュ、メモリリーク、サービス停止など）を発見する技術です [6]。
• MCPへの適用: MCPの実装に対してファジングテストを実施することで、開発者が想定していなかったプロトコル仕様の解釈ミスや、エッジケースでのエラー処理の不備などを発見し、未然に脆弱性を修正することが可能です。

まとめ

本記事では、MCPプロトコルレベルに潜むセキュリティ脆弱性について、その発生要因と具体的な対策を詳細に解説しました。メッセージフォーマットの悪用、セッション管理の不備、そして入力検証の欠如や不正なエラーハンドリングといった実装上の課題が、システム全体のセキュリティを脅かす重大なリスクとなることをご理解いただけたことと思います。

これらのリスクに対処するためには、厳格なプロトコル仕様の定義、包括的な入力検証とサニタイズ、セキュアなセッション管理、そして多層的な防御戦略が不可欠です。また、プロトコルファジングのような先進的なテスト手法を取り入れることで、未知の脆弱性を発見し、システムの堅牢性を高めることができます。

次回の【第4回】では、「分散MCP環境の新たなリスク - マルチノード攻撃の脅威」と題し、複数のMCPサーバーが連携する複雑な環境で発生しうる特有のセキュリティ課題に焦点を当てていきます。分散システムにおけるノード間通信の盗聴・改ざん、分散合意メカニズムの悪用、そしてカスケード障害を引き起こす攻撃手法について解説しますので、どうぞご期待ください。

参考文献:

[1] Open Web Application Security Project (OWASP). "OWASP Secure by Design Framework". https://owasp.org/www-project-secure-by-design-framework/. (参照日: 2025年6月20日).

[2] National Institute of Standards and Technology (NIST). "NIST Special Publication 800-207: Zero Trust Architecture". https://doi.org/10.6028/NIST.SP.800-207 (参照日: 2025年6月20日).

[3] OWASP Foundation. "Web Security Testing Guide 4.2". https://owasp.org/www-project-web-security-testing-guide/v42/. (参照日: 2025年6月20日).

[4] IBM Cloud Blog. "API security best practices". https://www.ibm.com/think/insights/api-security-best-practices?mhsrc=ibmsearch_a&mhq=api%20security%20best%20practices. (参照日: 2025年6月20日).

入力検証、レートリミット、エラーハンドリングのベストプラクティスについて参照。

[5] Cloudflare. "What is API security?". https://www.cloudflare.com/learning/security/api/what-is-api-security/. (参照日: 2025年6月20日).

一般的なAPIセキュリティの脅威と対策について参照。

[6] Wikipedia. "ファジング". https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%B8%E3%83%B3%E3%82%B0. (参照日: 2025年6月20日).

注釈:

1. JSONスキーマ (JSON Schema): JSONデータの構造を記述するための標準的なフォーマットです。必須のフィールド、各フィールドのデータ型、値の範囲などを定義することで、JSONデータが期待される形式に従っているかを自動的に検証できます。 ↩

2. SQLインジェクション (SQL Injection): データベースに対する問い合わせ（SQL文）に、攻撃者が悪意のあるコードを注入することで、データベースを不正に操作したり、情報を窃取したりする攻撃です。 ↩

3. コマンドインジェクション (Command Injection): アプリケーションがOSコマンドを実行する際に、ユーザーからの入力値を適切に検証しないことで、攻撃者が任意のOSコマンドを注入し、システムを不正に操作する攻撃です。 ↩

4. クロスサイトスクリプティング (XSS): ウェブサイトの脆弱性を利用して、攻撃者が悪意のあるスクリプトをウェブページに埋め込み、そのページを閲覧したユーザーのブラウザ上でスクリプトを実行させる攻撃です。 ↩

5. ディレクトリトラバーサル (Directory Traversal): アプリケーションがファイルパスの入力を適切に検証しないことで、攻撃者が「../」（親ディレクトリへの移動）などの特殊な文字列を用いて、本来アクセスできないシステム上のファイルやディレクトリにアクセスする攻撃です。 ↩

6. サニタイズ (Sanitize): 入力データに含まれる不正な文字やコードを、無害な形に変換したり、取り除いたりする処理のことです。 ↩

7. HTTPS/TLS (Hypertext Transfer Protocol Secure / Transport Layer Security): インターネット上の通信を暗号化するためのプロトコルです。データの盗聴や改ざんを防ぎ、通信のセキュリティを確保します。 ↩

8. HTTP Strict Transport Security (HSTS): ウェブサイトがHTTPの代わりにHTTPSのみを使用することをブラウザに強制するセキュリティメカニズムです。これにより、中間者攻撃（Man-in-the-Middle attack）によるHTTPS通信のダウングレードを防ぎます。 ↩