JWT を黒魔術から「読める文字列」にする

※ 本記事に記載されているトークンは学習用のダミーデータであり、実在サービスや秘密情報とは一切関係ありません

🤔 この文字列は何を表しているでしょう？

突然ですが、次の文字列を見てください。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX2lkIjo5OTk5OTk5OTk5OTk5OTk5LCJyb2xlIjoiaG9nZWVlZWVlZWUiLCJ0ZXN0IjoidGVzdCIsImV4cCI6MX0.MgUiFOhKyBSLbAvLv_xSUiqhN1bxSmQhi_iNe8pVz3M

黒魔術でしょうか、いいえ、JWT(JSON Web Token)と呼ばれる認証・認可に利用されるトークンです。

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❓ 問題

この JWT は 何を表してるでしょうか？

• 誰？
• どんな権限？
• 本当に信頼できる？

この記事では、JWT の仕組みを Python コードとともに解析しながら 解説していきます。

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🔍 JWT とは何か（超ざっくり）

JWT（JSON Web Token）は一言で言うと、

改ざん検知付きの自己紹介カード

です。

• 中身はただの JSON
• 暗号化されていない（誰でも読める）
• でも 勝手に書き換えるとバレる

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🧩 JWT の構造

JWT は . で区切られた 3 つのパーツで構成されます。

header.payload.signature

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🧪 やってみよう①：JWT の中身を読む

header と payload は Base64URL でエンコードされているだけなので、decode すれば普通に読めます。

import base64
import json

token = "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX2lkIjo5OTk5OTk5OTk5OTk5OTk5LCJyb2xlIjoiaG9nZWVlZWVlZWUiLCJ0ZXN0IjoidGVzdCIsImV4cCI6MX0.MgUiFOhKyBSLbAvLv_xSUiqhN1bxSmQhi_iNe8pVz3M"

def b64url_decode(data: str) -> bytes:
    padding = "=" * (-len(data) % 4)
    return base64.urlsafe_b64decode(data + padding)

header_b64, payload_b64, _ = token.split(".")

header = json.loads(b64url_decode(header_b64))
payload = json.loads(b64url_decode(payload_b64))

print(header)
print(payload)

実行結果

header

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

payload

（各自で確認してみてください）

{
    "user_id": xxxxxxx,
    "role": "xxxxxx",
    .....
    "exp": xxxxxxxxxxx
}

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🔐 JWT が改ざんできない理由（軽く暗号の話）

この JWT は header に "alg": "HS256" と記載されている通り、
HS256 という署名アルゴリズムで署名されています。

• HMAC + SHA-256
• 共通鍵方式（発行者と検証者が同じ秘密鍵を持つ）
• header.payload 全体を 鍵付きハッシュ（HMAC） の入力にする

JWT では、

1. header と payload を . で結合した文字列を作り
2. それを UTF-8 で encode して byte 列に変換し
3. 秘密鍵を使って HMAC-SHA256 を適用し
4. 得られた byte 列を Base64URL で encode したものを signature としています

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🧪 やってみよう②：署名を検証する

import hmac
import hashlib

def b64url_encode(data: bytes) -> str:
    return base64.urlsafe_b64encode(data).rstrip(b"=").decode("ascii")

SECRET = b"my-secret-key"
signing_input = f"{header_b64}.{payload_b64}".encode("utf-8")

expected = hmac.new(
    SECRET,
    signing_input,
    hashlib.sha256
).digest()

print(b64url_encode(expected))

一致すれば正当な JWT、不一致なら偽物です。

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🧠 JWT を一言で

JWT は
中身は誰でも読めるが、
正しい鍵を知らないと作り直せない自己紹介カード

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✍️ おわりに

JWT はライブラリに任せがちですが、
一度自分で decode / verify してみると理解が一気に進みます。

※ 本記事の JWT トークンは 学習用のダミーデータであり、
実在サービスや秘密情報とは一切関係ありません。

解析コード例

import base64
import json
import hmac
import hashlib
from abc import ABC, abstractmethod

# =====================================================
# Base64URL decode / encode
# =====================================================
def b64url_decode(data: str) -> bytes:
    padding = "=" * (-len(data) % 4)
    return base64.urlsafe_b64decode(data + padding)

def b64url_encode(data: bytes) -> str:
    return base64.urlsafe_b64encode(data).rstrip(b"=").decode("ascii")

# =====================================================
# Algorithm abstract class
# =====================================================
class Algorithm(ABC):
    @abstractmethod
    def verify(self, signing_input: bytes, signature: bytes) -> bool:
        pass

# =====================================================
# HS256
# =====================================================
class HS256(Algorithm):
    def __init__(self, secret: bytes):
        self.secret = secret

    def verify(self, signing_input: bytes, signature: bytes) -> bool:
        print("\n[HS256] --- signature analysis ---")
        print("secret:", self.secret)

        expected = hmac.new(
            self.secret,
            signing_input,
            hashlib.sha256
        ).digest()
        print("expected signature (b64url):", b64url_encode(expected))

        return hmac.compare_digest(expected, signature)

# =====================================================
# RS256(今回は実装しませんmm)
# =====================================================
class RS256(Algorithm):
    def __init__(self, public_key_pem: bytes):
        pass
    def verify(self, signing_input: bytes, signature: bytes) -> bool:
        pass

# =====================================================
# Algorithm Factory
# =====================================================
def algorithm_factory(alg: str) -> Algorithm:
    if alg == "HS256":
        return HS256(b"my-secret-key")

    # if alg == "RS256":
    #     pass

    raise ValueError(f"Unsupported alg: {alg}")

# =====================================================
# main
# =====================================================
if __name__ == "__main__":

    token = (
        "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyX2lkIjo5OTk5OTk5OTk5OTk5OTk5LCJyb2xlIjoiaG9nZWVlZWVlZWUiLCJ0ZXN0IjoidGVzdCIsImV4cCI6MX0.MgUiFOhKyBSLbAvLv_xSUiqhN1bxSmQhi_iNe8pVz3M"
    )
    print("JWT:", token)

    header_b64, payload_b64, signature_b64 = token.split(".")

    header = json.loads(b64url_decode(header_b64))
    payload = json.loads(b64url_decode(payload_b64))
    signature = b64url_decode(signature_b64)

    print("\n--- decoded header ---")
    print(json.dumps(header, indent=2))

    print("\n--- decoded payload ---")
    print(json.dumps(payload, indent=2))


    signing_input = f"{header_b64}.{payload_b64}".encode("utf-8")

    print("\n--- signing input ---")
    print("signing_input:", signing_input.decode())

    algorithm = algorithm_factory(header["alg"])
    valid = algorithm.verify(signing_input, signature)

    print("\n--- result ---")
    print("signature valid:", valid)

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