はじめに

下記リンクの通り、CognitoはOIDCの認証フローの中で認可コードを発行する処理にPKCEが利用できます。

ちょうど、情報処理安全支援確保士試験の勉強しているので、実際の通信を覗いてみたいと思います。

PKCE(ピクシー)とは？

SPAのようなクライアントサイドで動作するWEBやアプリは認証コードの横取りを防ぐ必要があり、この仕組みがPKCEになります。

詳細は以下サイトをご確認ください。

通信を覗いてみる。

認証開始時

マネージドログイン画面を表示したタイミングで処理開始かな？と思ってたのですが、実際はID（今回はメールアドレス）を入れた時に認証が開始されます。

クエリパラメタは以下の通りです。

login?client_id=ar4sjg7u1g1t16cah2rjfkih3&code_challenge=V11qZ0ganE__op3krG3POUEYb5AV_-KiK_vRTordda4&code_challenge_method=S256&identity_provider=COGNITO&lang=ja&redirect_uri=https%3A%2F%2Fstaging.d3prbb8vtbfpjg.amplifyapp.com%2F&response_type=code&scope=email+openid+aws.cognito.signin.user.admin+profile&state=zARVByIx0HRLOde7n7I9LlaTAGyIfIcH&_data=routes%2Flogin

一部抜粋してまとめてみます。

パラメータ名	値	説明
code_challenge	V11qZ0ganE__op3krG3POUEYb5AV_-KiK_vRTordda4	PKCE認証用のコードチャレンジ
code_challenge_method	S256	コードチャレンジに使用されるハッシュメソッド (SHA-256)
redirect_uri	https://staging.xxxxxxxxxx.amplifyapp.com/	認証後のリダイレクト先URL
response_type	code	認証レスポンスタイプ
scope	email openid aws.cognito.signin.user.admin profile	要求されるアクセス権限の範囲

code_challengeは、毎回生成されるランダムな値code_verifyをcode_challenge_methodのアルゴルムでハッシュ化した値です。

今時点でCognitoが分かるのは、何かしらの値をS256でハッシュ化した値が、V11qZ0ganE__op3krG3POUEYb5AV_-KiK_vRTordda4であることです。

つまり、毎回生成されるランダムな値code_verifierを知っているクライアントが認証を開始したクライアントである、ということになります。

パスワード入力後

次にパスワードを入力すると、verifyPasswordが3回呼ばれていました。

複数呼ばれることはReact等の仕様の模様です。

同様にクエリパラメタを確認します。

verifyPassword?client_id=ar4sjg7u1g1t16cah2rjfkih3&code_challenge=V11qZ0ganE__op3krG3POUEYb5AV_-KiK_vRTordda4&code_challenge_method=S256&lang=ja&redirect_uri=https%3A%2F%2Fstaging.d3prbb8vtbfpjg.amplifyapp.com%2F&response_type=code&scope=email+openid+aws.cognito.signin.user.admin+profile&state=zARVByIx0HRLOde7n7I9LlaTAGyIfIcH&_data=root

特にパラメタ変更はありません。

パラメータ名	値	説明
code_challenge	V11qZ0ganE__op3krG3POUEYb5AV_-KiK_vRTordda4	PKCE認証用のコードチャレンジ
code_challenge_method	S256	コードチャレンジに使用されるハッシュメソッド (SHA-256)
redirect_uri	https://staging.xxxxxxxxxx.amplifyapp.com/	認証後のリダイレクト先URL
response_type	code	認証レスポンスタイプ
scope	email openid aws.cognito.signin.user.admin profile	要求されるアクセス権限の範囲

認証成功後のリダイレクト

ログインに成功すると、redirect_uriに指定していたURIにリダイレクトされますが、このクエリパラメタに認可コードが付与されます。

https://staging.xxxxxxxxxx.amplifyapp.com/?code=2baa4995-88b8-44ed-b7bc-d0d894336ded&state=zARVByIx0HRLOde7n7I9LlaTAGyIfIcH

パラメータ名	値	説明
code	2baa4995-88b8-44ed-b7bc-d0d894336ded	認可コード

認可コードは一度限り利用できるコードで、次のトークン取得で即座に消費されるます。

ここで悪意のあるツールを利用し、他者が利用可能な認可コードを奪うことを「認可コード横取り」と言います。

トークン取得

最後に認可コードから各種トークンを取得します。

https://ap-northeast-1nn5ct2qua.auth.ap-northeast-1.amazoncognito.com/oauth2/token

POST通信なので、リクエストボディは以下の通り。

grant_type=authorization_code&code=2baa4995-88b8-44ed-b7bc-d0d894336ded&client_id=ar4sjg7u1g1t16cah2rjfkih3&redirect_uri=https%3A%2F%2Fstaging.xxxxxxxxxx.amplifyapp.com%2F&code_verifier=3JLGEyr6ExmJNTWxKGWeWOcErTkhLh4DDz2pOBVDAbpSr1Dxe2yx0esP7l7qq2IZSjiA2JfngPVk0V4RBrRvzw6eCiHAdcMLFOqfCpi0dgcHeYaBOtoIfGLQsdswCwyH

抜粋して表にします。

パラメータ名	値	説明
grant_type	authorization_code	トークン交換のタイプ（認可コードフロー）
code	2baa4995-88b8-44ed-b7bc-d0d894336ded	認証後に取得した認可コード
client_id	ar4sjg7u1g1t16cah2rjfkih3	アプリケーションのクライアントID
redirect_uri	https://staging.xxxxxxxxxx.amplifyapp.com/	認可コード取得時と同じリダイレクトURI
code_verifier	3JLGEyr6ExmJNTWxKGWeWOcErTkhLh4DDz2pOBVDAbpSr1Dxe2yx0esP7l7qq2IZSjiA2JfngPVk0V4RBrRvzw6eCiHAdcMLFOqfCpi0dgcHeYaBOtoIfGLQsdswCwyH	PKCE用のコード検証子

ここでcode_verifierが出てきました。

つまり、認可コードから各種トークンを取得できるクライアントは、ハッシュ化前のランダムな文字列code_verifierを得るクライアント（＝認証開始時のクライアント）のみです。

これで認可コードを利用するクライアントは、認証を要求してきたクライアントであることを担保できます。

何かしらの方法で認可コードを横取りしても、code_verifierが分からないと各種トークンを取得できないのです。

なお、認可コード自体は各種トークンを取得する以外用途もありません。

無事取得に成功すると、以下の通りトークン取得できます。

{
    "id_token": "[IDトークンの値]",
    "access_token": "[アクセストークンの値]",
    "refresh_token": "[リフレッシュトークンの値]",
    "expires_in": 3600,
    "token_type": "Bearer"
}

値検証してみた。

最後に認証サービスがどうやって値の検証をしているかを確認してみました。

ロジックは以下のようです。

code_verifierをUTF-8エンコードしてバイト配列に変換
そのバイト配列のSHA-256ハッシュを計算（これはバイナリデータ）
ハッシュのバイナリデータをBase64エンコード
Base64をBase64URLに変換（「+」→「-」、「/」→「_」、末尾の「=」を削除）

Pythonコードにしてみました。

import hashlib
import base64

def generate_code_challenge(code_verifier):
    # code_verifierをバイト列に変換
    verifier_bytes = code_verifier.encode('utf-8')
    
    # SHA-256ハッシュを計算
    hash_object = hashlib.sha256(verifier_bytes)
    hash_digest = hash_object.digest()
    
    # Base64エンコード
    base64_encoded = base64.b64encode(hash_digest)
    
    # Base64をBase64URL形式に変換（+ → -、/ → _、末尾の = を削除）
    base64_url = base64_encoded.decode('utf-8').replace('+', '-').replace('/', '_').rstrip('=')
    
    return base64_url

# 実行例
code_verifier = "3JLGEyr6ExmJNTWxKGWeWOcErTkhLh4DDz2pOBVDAbpSr1Dxe2yx0esP7l7qq2IZSjiA2JfngPVk0V4RBrRvzw6eCiHAdcMLFOqfCpi0dgcHeYaBOtoIfGLQsdswCwyH"
code_challenge = generate_code_challenge(code_verifier)
print(f"code_verifier: {code_verifier}")
print(f"code_challenge_method: S256")
print(f"code_challenge: {code_challenge}")

実行結果です。

無事、code_verifierから認証開始時のcode_challengeが生成できています。

最後に

実際に通信まで見ると理解が深まって良いですね〜！

試験で出てくれるといいな。