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Day 21

科学と神々株式会社 Advent Calendar 2025

@jasagiri

License System Day 21: テストシナリオと検証方法

Last updated at Posted at 2025-12-20

🎄 科学と神々株式会社 アドベントカレンダー 2025

License System Day 21: テストシナリオと検証方法

📖 今日のテーマ

今日は、包括的なテスト戦略を学びます。

単体テストから統合テスト、E2Eテスト、パフォーマンステスト、セキュリティテストまで、Nimベースの実装で品質を保証する方法を解説します。

🎯 テスト戦略の全体像

テストピラミッド

        /\
       /E2E\         ← 少数（遅い・高コスト）
      /------\
     /Integration\   ← 中程度（中速・中コスト）
    /------------\
   / Unit Tests  \  ← 多数（高速・低コスト）
  /----------------\

テストカテゴリ

カテゴリ別テスト戦略:

1. 単体テスト (Unit Tests)
   ✅ 個別関数・モジュールの動作検証
   ✅ Nimのunittestフレームワーク使用
   ✅ カバレッジ目標: 80%以上

2. 統合テスト (Integration Tests)
   ✅ モジュール間の連携確認
   ✅ データベースとAPIの統合
   ✅ 実際のHTTPリクエスト検証

3. E2Eテスト (End-to-End Tests)
   ✅ ブラウザ拡張機能の動作確認
   ✅ ユーザーシナリオの完全な流れ
   ✅ Seleniumなどのツール使用

4. パフォーマンステスト
   ✅ レスポンスタイム測定
   ✅ 負荷テスト
   ✅ スループット確認

5. セキュリティテスト
   ✅ 認証・認可の検証
   ✅ SQLインジェクション対策
   ✅ CSRF/XSS対策

🧪 単体テスト (Unit Tests)

Nimのunittestフレームワーク

# server/tests/test_crypto.nim
import unittest
import ../src/crypto
import std/[json, times]

suite "CryptoService Tests":

  setup:
    # 各テスト前の初期化
    let cryptoService = newCryptoService(
      privateKeyPath = "../keys/private_key.pem",
      publicKeyPath = "../keys/public_key.pem"
    )

  teardown:
    # 各テスト後のクリーンアップ
    discard

  test "JWT generation creates valid token":
    # JWTトークン生成
    let token = cryptoService.generateJWT(
      userId = "user-001",
      email = "test@example.com",
      planType = "premium_monthly",
      expiresIn = 365
    )

    # トークンが空でないことを確認
    check token.len > 0

    # JWT形式（3つのパートをドットで区切り）を確認
    let parts = token.split('.')
    check parts.len == 3

  test "JWT verification succeeds for valid token":
    # トークン生成
    let token = cryptoService.generateJWT(
      userId = "user-001",
      email = "test@example.com",
      planType = "premium_monthly"
    )

    # トークン検証
    let claims = cryptoService.verifyJWT(token)

    check claims.isSome
    check claims.get["user_id"].getStr() == "user-001"
    check claims.get["email"].getStr() == "test@example.com"
    check claims.get["plan_type"].getStr() == "premium_monthly"

  test "JWT verification fails for tampered token":
    # 正常なトークン生成
    var token = cryptoService.generateJWT(
      userId = "user-001",
      email = "test@example.com",
      planType = "free"
    )

    # トークンを改ざん（最後の文字を変更）
    token[^1] = if token[^1] == 'a': 'b' else: 'a'

    # 検証が失敗することを確認
    let claims = cryptoService.verifyJWT(token)
    check claims.isNone

  test "JWT verification fails for expired token":
    # 既に期限切れのトークン（-1日）
    let token = cryptoService.generateJWT(
      userId = "user-001",
      email = "test@example.com",
      planType = "premium_monthly",
      expiresIn = -1  # 過去の日付
    )

    # 検証が失敗することを確認
    let claims = cryptoService.verifyJWT(token)
    check claims.isNone

データベース操作のテスト

# server/tests/test_database.nim
import unittest
import ../src/database
import std/[options, times]

suite "Database Tests":

  var db: Database

  setup:
    # インメモリデータベースでテスト
    db = newDatabase(":memory:")
    db.initSchema()

  teardown:
    db.close()

  test "User creation and retrieval":
    # ユーザー作成
    let userId = db.createUser(
      email = "test@example.com",
      passwordHash = "hashed_password_123"
    )

    check userId.len > 0

    # ユーザー取得
    let user = db.getUserByEmail("test@example.com")

    check user.isSome
    check user.get.email == "test@example.com"
    check user.get.passwordHash == "hashed_password_123"

  test "Duplicate email should fail":
    # 最初のユーザー
    discard db.createUser("test@example.com", "hash1")

    # 同じメールアドレスで2回目（エラーを期待）
    expect(ValueError):
      discard db.createUser("test@example.com", "hash2")

  test "Subscription creation and status check":
    # ユーザー作成
    let userId = db.createUser("test@example.com", "hash")

    # サブスクリプション作成
    let subId = db.createSubscription(
      userId = userId,
      planType = "premium_monthly",
      durationDays = 30
    )

    check subId.len > 0

    # アクティブなサブスクリプション取得
    let subscription = db.getActiveSubscription(userId)

    check subscription.isSome
    check subscription.get.planType == "premium_monthly"
    check subscription.get.status == "active"

  test "Rate limiting enforcement":
    # ユーザー作成
    let userId = db.createUser("test@example.com", "hash")

    # 10回リクエスト（制限内）
    for i in 1..10:
      let allowed = db.checkRateLimit(userId, "/api/v1/echo", 10)
      check allowed == true
      db.recordRequest(userId, "/api/v1/echo")

    # 11回目（制限超過）
    let allowed = db.checkRateLimit(userId, "/api/v1/echo", 10)
    check allowed == false

レート制限ロジックのテスト

# server/tests/test_rate_limit.nim
import unittest
import ../src/rate_limiter
import std/times

suite "Rate Limiter Tests":

  test "Sliding window allows requests within limit":
    var limiter = newSlidingWindowLimiter(maxRequests = 5, windowSec = 60)

    # 5回リクエスト（すべて許可）
    for i in 1..5:
      check limiter.allowRequest("user-001") == true

    # 6回目（拒否）
    check limiter.allowRequest("user-001") == false

  test "Token bucket refills over time":
    var limiter = newTokenBucketLimiter(
      capacity = 10,
      refillRate = 2.0  # 2 tokens/秒
    )

    # 10トークン消費
    for i in 1..10:
      check limiter.allowRequest("user-001") == true

    # 11回目（バケット空）
    check limiter.allowRequest("user-001") == false

    # 1秒待機（2トークン補充）
    sleep(1000)

    # 2回リクエスト可能
    check limiter.allowRequest("user-001") == true
    check limiter.allowRequest("user-001") == true
    check limiter.allowRequest("user-001") == false

🔗 統合テスト (Integration Tests)

APIエンドポイントのテスト

# server/tests/test_api_integration.nim
import unittest
import std/[httpclient, json, asyncdispatch]

suite "API Integration Tests":

  setup:
    # サーバーを起動（バックグラウンド）
    # 注: 実際にはテスト専用サーバーを別ポートで起動
    discard

  test "Health endpoint returns OK":
    let client = newHttpClient()
    let response = client.get("http://localhost:8080/health")

    check response.code == Http200

    let body = parseJson(response.body)
    check body["status"].getStr() == "ok"

  test "License activation flow":
    let client = newHttpClient()

    # ライセンス認証リクエスト
    let payload = %*{
      "email": "test@example.com",
      "password": "test123",
      "client_id": "test-client-001"
    }

    client.headers = newHttpHeaders({"Content-Type": "application/json"})
    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/license/activate",
      $payload
    )

    check response.code == Http200

    let body = parseJson(response.body)
    check body.hasKey("activation_key")
    check body["status"].getStr() == "activated"
    check body["plan_type"].getStr() in ["free", "premium_monthly", "enterprise_monthly"]

  test "Invalid credentials return 401":
    let client = newHttpClient()

    let payload = %*{
      "email": "wrong@example.com",
      "password": "wrongpassword",
      "client_id": "test-client-001"
    }

    client.headers = newHttpHeaders({"Content-Type": "application/json"})
    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/license/activate",
      $payload
    )

    check response.code == Http401

    let body = parseJson(response.body)
    check body.hasKey("error")

  test "Echo endpoint respects plan limits":
    let client = newHttpClient()

    # まず認証してトークン取得（Premiumプラン）
    # ... (認証コード省略)

    let token = "VALID_JWT_TOKEN_HERE"

    # 長いメッセージでエコー（Premiumは1000文字まで）
    let longMessage = "A".repeat(500)
    let payload = %*{"message": longMessage}

    client.headers = newHttpHeaders({
      "Content-Type": "application/json",
      "X-Activation-Key": token
    })

    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/echo",
      $payload
    )

    check response.code == Http200

    let body = parseJson(response.body)
    check body["echo"].getStr() == longMessage
    check body.hasKey("uppercase")  # Premium機能

データベースとAPI連携テスト

# server/tests/test_db_api_integration.nim
import unittest
import ../src/[database, main]
import std/[httpclient, json]

suite "Database-API Integration Tests":

  var db: Database

  setup:
    db = newDatabase("test_integration.db")
    db.initSchema()

    # テストユーザー作成
    let userId = db.createUser("integration@test.com", "hashed_password")
    discard db.createSubscription(userId, "premium_monthly", 30)

  teardown:
    db.close()
    removeFile("test_integration.db")

  test "End-to-end license activation with database":
    # APIリクエスト → データベース更新 → レスポンス確認
    let client = newHttpClient()

    let payload = %*{
      "email": "integration@test.com",
      "password": "test123",  # 実際のハッシュと照合
      "client_id": "integration-test-001"
    }

    client.headers = newHttpHeaders({"Content-Type": "application/json"})
    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/license/activate",
      $payload
    )

    check response.code == Http200

    # データベース側で検証
    let licenses = db.getLicensesByUser(userId)
    check licenses.len == 1
    check licenses[0].clientId == "integration-test-001"

🌐 E2Eテスト (End-to-End Tests)

ブラウザ拡張機能のテスト

# 注: E2EテストはSelenium WebDriverなどを使用
# ここではシナリオの疑似コードを示す

# tests/e2e/test_extension_flow.nim
import std/[json, httpclient, asyncdispatch]

proc testExtensionActivationFlow() {.async.} =
  ## ブラウザ拡張機能の完全なアクティベーションフロー

  # 1. ブラウザを起動
  let driver = await newWebDriver("chrome")

  # 2. 拡張機能をロード
  await driver.installExtension("../browser-extension/")

  # 3. 拡張機能ポップアップを開く
  await driver.clickExtensionIcon("license-system-client")

  # 4. ログインフォームに入力
  await driver.findElement("#email").sendKeys("test@example.com")
  await driver.findElement("#password").sendKeys("test123")
  await driver.findElement("#login-button").click()

  # 5. 認証成功の確認
  await driver.waitForElement(".success-message", timeout = 5000)

  let statusText = await driver.findElement(".license-status").getText()
  check statusText.contains("Premium")

  # 6. エコー機能テスト
  await driver.findElement("#message-input").sendKeys("Hello, E2E Test!")
  await driver.findElement("#echo-button").click()

  await driver.waitForElement(".echo-result", timeout = 3000)
  let echoResult = await driver.findElement(".echo-result").getText()
  check echoResult == "Hello, E2E Test!"

  # 7. クリーンアップ
  await driver.quit()

シナリオベーステスト

# tests/e2e/test_user_scenarios.nim
import unittest

suite "User Scenario Tests":

  test "Scenario: New user signs up and activates free plan":
    # 1. 新規ユーザー登録
    # 2. メール認証（省略可）
    # 3. 無料プランでアクティベート
    # 4. 10回/時のレート制限確認
    # 5. エコー機能で100文字制限確認
    discard

  test "Scenario: Premium user upgrades to Enterprise":
    # 1. Premiumプランでログイン
    # 2. Enterprise プランにアップグレード
    # 3. 無制限機能の確認
    # 4. 高度な機能アクセス確認
    discard

  test "Scenario: User device limit enforcement":
    # 1. 3台のデバイスで認証
    # 2. 4台目でエラー確認
    # 3. 1台削除
    # 4. 再度認証成功
    discard

⚡ パフォーマンステスト

レスポンスタイム測定

# tests/performance/test_response_time.nim
import unittest
import std/[httpclient, times, stats]

suite "Performance Tests":

  test "Echo endpoint response time under 100ms":
    let client = newHttpClient()
    var responseTimes: seq[float] = @[]

    # 100回リクエストして平均レスポンスタイム計測
    for i in 1..100:
      let startTime = cpuTime()

      let response = client.post(
        "http://localhost:8080/api/v1/echo",
        """{"message": "Performance test"}"""
      )

      let endTime = cpuTime()
      let responseTime = (endTime - startTime) * 1000.0  # ミリ秒

      responseTimes.add(responseTime)
      check response.code == Http200

    # 統計計算
    let avgTime = responseTimes.sum() / responseTimes.len.float
    let maxTime = responseTimes.max()
    let minTime = responseTimes.min()

    echo "Average response time: ", avgTime, "ms"
    echo "Max response time: ", maxTime, "ms"
    echo "Min response time: ", minTime, "ms"

    # 平均レスポンスタイムが100ms以下であることを確認
    check avgTime < 100.0

負荷テスト

# tests/performance/test_load.nim
import std/[httpclient, asyncdispatch, times]

proc loadTest(concurrentRequests: int, totalRequests: int) {.async.} =
  ## 並行リクエストでの負荷テスト

  var successCount = 0
  var errorCount = 0
  var totalTime = 0.0

  let startTime = cpuTime()

  # 並行リクエスト
  var futures: seq[Future[void]] = @[]

  for i in 1..totalRequests:
    futures.add(sendRequest())

  await all(futures)

  let endTime = cpuTime()
  let duration = endTime - startTime

  echo "Load Test Results:"
  echo "  Total requests: ", totalRequests
  echo "  Concurrent: ", concurrentRequests
  echo "  Duration: ", duration, "s"
  echo "  Throughput: ", totalRequests.float / duration, " req/s"
  echo "  Success: ", successCount
  echo "  Errors: ", errorCount

proc sendRequest() {.async.} =
  try:
    let client = newAsyncHttpClient()
    let response = await client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/echo",
      """{"message": "Load test"}"""
    )
    if response.code == Http200:
      successCount.inc
    else:
      errorCount.inc
  except:
    errorCount.inc

# 実行例
waitFor loadTest(concurrentRequests = 50, totalRequests = 1000)

🔒 セキュリティテスト

SQLインジェクション対策テスト

# tests/security/test_sql_injection.nim
import unittest
import ../src/database

suite "SQL Injection Tests":

  test "Malicious email input is safely handled":
    let db = newDatabase(":memory:")
    db.initSchema()

    # SQLインジェクション試行
    let maliciousEmail = "admin@example.com' OR '1'='1"

    # プリペアドステートメントで安全に処理される
    let user = db.getUserByEmail(maliciousEmail)

    # マッチしない（インジェクション失敗）
    check user.isNone

認証バイパステスト

# tests/security/test_auth_bypass.nim
import unittest
import std/[httpclient, json]

suite "Authentication Bypass Tests":

  test "Missing JWT token returns 401":
    let client = newHttpClient()

    # トークンなしでエコーエンドポイントにアクセス
    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/echo",
      """{"message": "Unauthorized"}"""
    )

    check response.code == Http401

  test "Invalid JWT signature is rejected":
    let client = newHttpClient()

    # 改ざんされたトークン
    let fakeToken = "eyJhbGciOiJFUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.FAKE_PAYLOAD.FAKE_SIGNATURE"

    client.headers = newHttpHeaders({
      "X-Activation-Key": fakeToken
    })

    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/echo",
      """{"message": "Bypass attempt"}"""
    )

    check response.code == Http401

  test "Expired token is rejected":
    # 期限切れトークンでのアクセス試行
    # ... (実装省略)
    discard

CSRF対策テスト

# tests/security/test_csrf.nim
import unittest
import std/httpclient

suite "CSRF Protection Tests":

  test "Cross-origin requests without CORS are blocked":
    let client = newHttpClient()

    # 異なるオリジンからのリクエスト
    client.headers = newHttpHeaders({
      "Origin": "http://malicious-site.com"
    })

    let response = client.post(
      "http://localhost:8080/api/v1/echo",
      """{"message": "CSRF attempt"}"""
    )

    # CORSポリシーで拒否される
    # （実際にはブラウザレベルでブロック）
    check response.code in [Http403, Http401]

🌊 WebAssemblyクライアントのテスト

Node.js環境でのWASMテスト

// client-wasm/tests/test_license_client.js
const assert = require('assert');
const { LicenseClient } = require('../src/license_client.js');

describe('WebAssembly Client Tests', function() {

  it('should initialize license client', function() {
    const client = new LicenseClient('http://localhost:8080');
    assert.ok(client);
  });

  it('should activate license with valid credentials', async function() {
    const client = new LicenseClient('http://localhost:8080');

    const result = await client.activateLicense(
      'test@example.com',
      'test123'
    );

    assert.ok(result.activation_key);
    assert.equal(result.status, 'activated');
  });

  it('should validate license token', async function() {
    const client = new LicenseClient('http://localhost:8080');

    // 認証
    const activationResult = await client.activateLicense(
      'test@example.com',
      'test123'
    );

    // 検証
    const validationResult = await client.validateLicense(
      activationResult.activation_key
    );

    assert.equal(validationResult.status, 'valid');
    assert.ok(validationResult.premium);
  });
});

🔄 テスト自動化とCI/CD

GitHub Actionsでの自動テスト

# .github/workflows/test.yml
name: Automated Testing

on:
  push:
    branches: [ main, develop ]
  pull_request:
    branches: [ main ]

jobs:
  unit-tests:
    runs-on: ubuntu-latest

    steps:
    - uses: actions/checkout@v3

    - name: Install Nim
      run: |
        curl https://nim-lang.org/choosenim/init.sh -sSf | sh
        export PATH=$HOME/.nimble/bin:$PATH

    - name: Install dependencies
      run: |
        nimble install -y jester
        nimble install -y nimcrypto
        nimble install -y jwt

    - name: Run unit tests
      run: |
        cd server/tests
        nim c -r test_crypto.nim
        nim c -r test_database.nim
        nim c -r test_rate_limit.nim

    - name: Generate coverage report
      run: |
        nimble test --coverage
        nimble coverage --report=html

    - name: Upload coverage
      uses: codecov/codecov-action@v3
      with:
        files: ./coverage.xml

  integration-tests:
    runs-on: ubuntu-latest
    needs: unit-tests

    steps:
    - uses: actions/checkout@v3

    - name: Start test server
      run: |
        cd server
        nim c -d:release src/main.nim
        ./src/main &
        sleep 5

    - name: Run integration tests
      run: |
        cd server/tests
        nim c -r test_api_integration.nim

  e2e-tests:
    runs-on: ubuntu-latest
    needs: integration-tests

    steps:
    - uses: actions/checkout@v3

    - name: Install Chrome
      uses: browser-actions/setup-chrome@latest

    - name: Run E2E tests
      run: |
        cd tests/e2e
        nim c -r test_extension_flow.nim

テストカバレッジレポート

# 注: Nimbleのcoverageプラグインを使用
# nimble.tomlに追加:
# [coverage]
# enabled = true
# format = "html"
# output = "coverage_report/"

# カバレッジ実行コマンド
# $ nimble test --coverage
# $ nimble coverage --report=html

# カバレッジ目標:
# ✅ 80%以上: 合格
# ⚠️  60-80%: 改善推奨
# ❌ 60%未満: 不合格

📊 テスト結果の可視化

テストサマリーレポート

# tests/utils/test_reporter.nim
import std/[json, strutils, times]

type
  TestResult* = object
    name*: string
    status*: string  # "passed", "failed", "skipped"
    duration*: float
    error*: string

  TestSuite* = object
    name*: string
    tests*: seq[TestResult]
    totalDuration*: float

proc generateReport*(suites: seq[TestSuite]): string =
  ## HTMLテストレポート生成

  var totalTests = 0
  var passedTests = 0
  var failedTests = 0

  for suite in suites:
    totalTests += suite.tests.len
    for test in suite.tests:
      if test.status == "passed":
        passedTests.inc
      elif test.status == "failed":
        failedTests.inc

  result = """
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Test Results</title>
  <style>
    .passed { color: green; }
    .failed { color: red; }
  </style>
</head>
<body>
  <h1>Test Results Summary</h1>
  <p>Total: """ & $totalTests & """</p>
  <p class="passed">Passed: """ & $passedTests & """</p>
  <p class="failed">Failed: """ & $failedTests & """</p>

  <h2>Test Suites</h2>
"""

  for suite in suites:
    result &= "<h3>" & suite.name & "</h3><ul>"
    for test in suite.tests:
      let statusClass = if test.status == "passed": "passed" else: "failed"
      result &= "<li class=\"" & statusClass & "\">" & test.name & " (" & $test.duration & "ms)</li>"
    result &= "</ul>"

  result &= """
</body>
</html>
"""

🌟 まとめ

テスト戦略の要点:

  1. 単体テスト

    • Nim unittestフレームワーク
    • 80%以上のカバレッジ
    • 高速・低コスト

  2. 統合テスト

    • API + データベース連携
    • HTTPクライアントテスト
    • 実環境に近い検証

  3. E2Eテスト

    • ブラウザ拡張機能
    • ユーザーシナリオ
    • SeleniumなどのツールShikibu IME4. パフォーマンステスト
    • レスポンスタイム測定
    • 負荷テスト
    • スループット確認

  4. セキュリティテスト

    • SQLインジェクション対策
    • 認証バイパス防止
    • CSRF/XSS対策

  5. CI/CD統合

    • GitHub Actions
    • 自動テスト実行
    • カバレッジレポート

前回: Day 20: 実際に動かしてみよう - セットアップガイド
次回: Day 22: 商用化への道 - スケーラビリティ

Happy Learning! 🎉

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