RailsでCognitoのJWT署名検証を行う方法：RSA公開鍵の取得と検証

はじめに

RailsでCognitoのJWTトークンの署名を検証する方法について解説します。
Cognitoが提供するJWK（JSON Web Key）形式の公開鍵をRSA形式で読み込み、JWTの署名検証を行います。
今回はCognitoの設定やトークンの取得方法には触れておりません。

環境

本実装は、以下の環境を前提としています。

Ruby: 3.2.2

Ruby on Rails: 7.0.2

手順

1. 環境変数の設定
2. 公開鍵を取得
3. JWK形式からRSA公開鍵形式に変更
4. JWT署名検証

環境変数の設定

Cognitoユーザープールを設定し、以下の情報を環境変数に設定します。

リージョン
クライアントID
ユーザープールID

AWS_REGION=your-region
COGNITO_CLIENT_ID=your-client-id
COGNITO_USER_POOL_ID=your-user-pool-id

CognitoのJWKs（JSON Web Key Set）を取得

Cognitoが提供するJWK形式の公開鍵セットを取得します。
以下のメソッドでは、環境変数を用いてCognitoから公開鍵を取得し、JSON形式で返します。

  # Cognitoの公開鍵をJWKS形式で提供するURL
  JWK_URL = "https://cognito-idp.#{ENV['AWS_REGION']}.amazonaws.com/#{ENV['COGNITO_USER_POOL_ID']}/.well-known/jwks.json"
  def self.get_cognito_public_keys
    uri = URI(JWK_URL)
    response = Net::HTTP.get(uri)
    JSON.parse(response)['keys']
  end

JWK形式からRSA公開鍵形式に変更

Cognitoから提供される公開鍵は、JWK (JSON Web Key) 形式であり、JSON形式で公開鍵情報（kty, kid, n, e などの属性）を持っています。
JWK形式はWeb上で公開鍵を配布するための一般的な形式ですが、直接的に暗号ライブラリ（この場合 OpenSSL）で署名の検証に使用できません。
そのため、公開鍵をJWK形式からRSA公開鍵形式に変換します。

# JWKSの取得とキャッシュ管理
def self.get_cognito_public_keys
  # RailsキャッシュからJWKを取得し、あればそれを返す
  cached_keys = Rails.cache.read('cognito_jwk_keys')
  return cached_keys if cached_keys

  # JWKを再取得し、キャッシュに保存
  uri = URI(JWK_URL)
  response = Net::HTTP.get(uri)
  keys = JSON.parse(response)['keys']

  # RailsキャッシュにJWKを保存し、有効期限を1時間後に設定
  Rails.cache.write('cognito_jwk_keys', keys, expires_in: 1.hour)

  keys
end

JWT署名の検証

次にJWTトークンをデコードし、署名を検証した上でトークンのペイロード部分だけを返す関数を作成します。

def self.verify_token(token)
  # トークンヘッダから公開鍵の kid を取得
  header = JWT.decode(token, nil, false).last
  kid = header['kid']

  # 公開鍵を取得し、トークンの署名検証
  public_key = find_public_key(kid)
  JWT.decode(token, public_key, true, {
    iss: "https://cognito-idp.#{ENV['AWS_REGION']}.amazonaws.com/#{ENV['COGNITO_USER_POOL_ID']}",
    verify_iss: true,
    algorithms: ['RS256']
  }).first
end

メソッドの説明

header = JWT.decode(token, nil, false).last

トークンをデコードしてヘッダー部分を取得します。この中からkidを使い、該当する公開鍵を探します。

public_key = find_public_key(kid)

kidに対応する公開鍵を取得し、RSA形式に変換して返します。

JWT.decode(token, public_key, true, {...})

公開鍵で署名の有効性を検証します。ここで検証されるのは、トークンの発行者（iss）がCognitoのユーザープールと一致し、アルゴリズムがRS256であることです。

ソースコード

JWK_URL = "https://cognito-idp.#{ENV['AWS_REGION']}.amazonaws.com/#{ENV['COGNITO_USER_POOL_ID']}/.well-known/jwks.json"

def self.verify_token(token)
  begin
    # トークンのヘッダーをデコードし、公開鍵のkid（キーID）を取得
    header = JWT.decode(token, nil, false).last
    kid = header['kid']

    # JWKから公開鍵を取得
    public_key = find_public_key(kid)

    # トークンの検証
    decoded_token = JWT.decode(token, public_key, true, {
      iss: "https://cognito-idp.#{ENV['AWS_REGION']}.amazonaws.com/#{ENV['COGNITO_USER_POOL_ID']}",
      verify_iss: true,
      algorithms: ['RS256']
    }).first

    # デコードされたトークンを返す
    decoded_token

  rescue JWT::DecodeError => e
    Rails.logger.error "トークンの検証に失敗しました: #{e.message}"
    nil
  end
end

# kid に対応する公開鍵を取得
def self.find_public_key(kid)
  keys = get_cognito_public_keys
  jwk = keys.find { |key| key['kid'] == kid }

  raise "公開鍵が見つかりません (kid: #{kid})" unless jwk

  
  n = OpenSSL::BN.new(decode_base64url(jwk['n']), 2)
  e = OpenSSL::BN.new(decode_base64url(jwk['e']), 2)

  # ASN.1 DER形式で公開鍵を構築
  sequence = OpenSSL::ASN1::Sequence([
    OpenSSL::ASN1::Integer.new(n),
    OpenSSL::ASN1::Integer.new(e)
  ])

  rsa_public_key = OpenSSL::PKey::RSA.new(sequence.to_der) # 公開鍵生成
end

# JWKSの取得とキャッシュ管理
def self.get_cognito_public_keys
  # RailsキャッシュからJWKを取得し、あればそれを返す
  cached_keys = Rails.cache.read('cognito_jwk_keys')
  return cached_keys if cached_keys

  # JWKを再取得し、キャッシュに保存
  uri = URI(JWK_URL)
  response = Net::HTTP.get(uri)
  keys = JSON.parse(response)['keys']

  # RailsキャッシュにJWKを保存し、有効期限を1時間後に設定
  Rails.cache.write('cognito_jwk_keys', keys, expires_in: 1.hour)

  keys
end

# Base64URL形式のデコード
def self.decode_base64url(str)
  Base64.urlsafe_decode64(str + padding)
end

まとめ

この記事では、RailsでCognitoのJWTトークンの署名検証を行う方法について解説しました。この記事を読んでいただいた方の役に立ててば幸いです

参考

https://github.com/jwt/ruby-jwt
https://zenn.dev/ndjndj/articles/1a2c2a8f803dc7