1. JWE (JSON Web 暗號化) とは何ですか?

JSON Web Encryption (JWE) は、RFC 7516 によって定義された標準で、JSON ベースのデータ構(gòu)造を使用して暗號化されたコンテンツを表します。これにより、任意のペイロードを暗號化して機密性を確保し、必要に応じて整合性を確保できます。この暗號化されたコンテンツには、機密性の高いユーザー情報、セキュリティ トークン、さらにはファイルなど、あらゆる種類のデータが含まれる可能性があります。

1.1 JWE を使用する理由

JWE は、トークン、ユーザー情報、財務詳細などの機密データを安全に送信するために、Web アプリケーションや API で広く使用されています。これにより、情報が傍受された場合でも、権限のないエンティティによって情報が読み取られることがなくなります。暗號化されたペイロードは、正しい復號キーを所有する目的の受信者のみが復號して使用できます。

1.2 JWEの主な特徴

• 機密性 : JWE の主な目標は、コンテンツの機密性を確保することです。
• 整合性 : データが転送中に改ざんされていないことを保証します。
• 相互運用性 : JWE は、さまざまな暗號化アルゴリズムおよび環(huán)境と互換性があります。
• コンパクト性 : JWE は、HTTP 経由で簡単に転送できるコンパクトな表現(xiàn)を提供します。

2. JWEの仕組み

JSON Web Encryption (JWE) は、関係者間で情報を JSON オブジェクトとして安全に送信するための標準です。 JWE は暗號化を使用して、保護するデータの機密性と整合性を確保します。一般的な JWE 構(gòu)造は、連結(jié)されピリオド (.) で區(qū)切られた 5 つの部分で構(gòu)成されます。 5 つの部分は次のとおりです:

• ヘッダー (JOSE ヘッダー)
• 暗號化キー
• 初期化ベクトル
• 暗號文
• 認証タグ

JWE の各部分は、暗號化と復號化のプロセスにおいて特定の役割を果たします。各部分を詳しく掘り下げてみましょう。

2.1 JOSE ヘッダー (JSON オブジェクト署名および暗號化ヘッダー)

JOSE (JSON Object Signing and Encryption) ヘッダーは JWE の最初の部分であり、暗號化プロセスに関するメタデータが含まれています。これは、base64url でエンコードされた JSON オブジェクトであり、以下が含まれます:

• alg (アルゴリズム): コンテンツ暗號化キー (CEK) の暗號化に使用されるアルゴリズムを指定します。一般的なアルゴリズムには、 RSA-OAEP 、 RSA1_5 、 A128KW 、 A256KW などがあります。
• enc (暗號化アルゴリズム): ペイロード (平文) の暗號化に使用される暗號化アルゴリズムを示します。例には、 A128GCM 、 A256GCM 、 A128CBC-HS256 などが含まれます。
• typ (タイプ): オプションで、トークンのタイプ (通常は JWT) を示します。
• cty (コンテンツ タイプ): オプションで、暗號化されたペイロードがデフォルトのアプリケーション/json 以外の場合、そのコンテンツ タイプを示します。

例:

{
  "alg": "RSA-OAEP",
  "enc": "A256GCM"
}

このヘッダーは、コンテンツ暗號化キーが RSA-OAEP アルゴリズムを使用して暗號化され、ペイロードが 256 ビット キーの AES GCM を使用して暗號化されることを指定します。

2.2 暗號化キー

JWE の 2 番目の部分は暗號化キーで、実際のデータ (ペイロード) を暗號化するために使用されるキーです。このキーは、JOSE ヘッダーの alg パラメータで指定されたアルゴリズムを使用して暗號化されます。

• alg が RSA-OAEP の場合、コンテンツ暗號化キー (CEK) は、受信者の公開キーを使用した RSA-OAEP アルゴリズムを使用して暗號化されます。
• alg が A128KW または A256KW の場合、対稱鍵ラップが使用されます。

暗號化キーはbase64urlでエンコードされています。

2.3 初期化ベクトル (IV)

初期化ベクトル (IV) は、JWE 構(gòu)造の 3 番目のコンポーネントです。これは、base64url でエンコードされたランダムな値であり、同じ平文が毎回異なる方法で暗號化されることを保証するために暗號化アルゴリズムとともに使用されます。 IV は、暗號化データ內(nèi)のパターンを防止し、セキュリティを強化します。

AES GCM モードの場合、IV は通常 96 ビット (12 バイト) の長さです。

2.4 暗號文

暗號文は、コンテンツ暗號化キー (CEK) と暗號化アルゴリズム (enc パラメーター) を使用して平文 (ペイロード データ) を暗號化した結(jié)果です。暗號文はbase64urlでエンコードされており、保護されたコンテンツを保持するため、JWEの中核部分となります。

• 暗號化プロセスには、パディング、暗號化、および暗號化された出力の Base64url 形式への変換が含まれます。
• 追加の認証データ (AAD) が含まれる場合、それは JOSE ヘッダーと暗號文の両方の信頼性と整合性を保証するために使用されます。

2.5 認証タグ

認証タグ ( タグ とも呼ばれる) は、暗號文、初期化ベクトル (IV)、および追加の認証データに整合性と信頼性を提供する、base64url でエンコードされた値です。 (AAD)。これは、AES GCM などのアルゴリズムを使用して暗號化プロセス中に生成されます。

暗號化後に JWE 構(gòu)造の一部が変更された場合、認証タグが一致しないため、復號化プロセスは失敗します。

3. JWE の例

「Hello, World!」というメッセージを暗號化するシナリオを考えてみましょう。 JWEを使用します。簡略化した內(nèi)訳は次のとおりです:

• 保護されたヘッダー : {"alg":"RSA-OAEP","enc":"A256GCM"}
• 暗號化キー : Base64Url(encrypt(対稱キーと受信者の公開キー))
• 初期化ベクトル (IV): Base64Url(ランダムに生成された IV)
• 暗號文 : Base64Url(encrypt(「Hello, World!」を?qū)澐Qキーで))
• 認証タグ : Base64Url(GCM タグ)

最終的な JWE は次のようになります:

{
  "alg": "RSA-OAEP",
  "enc": "A256GCM"
}

4. JWE はどのように機能しますか?

JWE は、公開キー暗號化 (対稱キーの暗號化用) と対稱暗號化 (実際のペイロードの暗號化用) を組み合わせて使用??して機能します。プロセスの仕組みは次のとおりです:

鍵の生成と管理

• 送信者と受信者は、公開キー暗號化標準 (RSA や楕円曲線など) に同意します。
• 送信者は、メッセージを暗號化するためにランダムな対稱キーを生成します。
• 対稱キーは受信者の公開キーを使用して暗號化されます。

暗號化プロセス

• 送信者は、暗號化アルゴリズムを指定する JWE ヘッダーを作成します。
• ペイロード (データ) は、対稱キーと初期化ベクトル (IV) を使用して暗號化されます。
• 対稱キーは受信者の公開キーを使用して暗號化されます。
• 結(jié)果のコンポーネントが連結(jié)されて、最終的な JWE が形成されます。

復號化プロセス

• 受信者は秘密キーを使用して、暗號化された対稱キーを復號化します。
• 復號化された対稱キーは、暗號文の復號化に使用されます。
• 受信者は認証タグを使用してデータの整合性を検証します。

5. JWEのメリットとデメリット

5.1 利點

• 機密性 : エンドツーエンドの暗號化を提供し、データのプライバシーを確??保します。
• 相互運用性 : 異なるシステムおよびプラットフォーム間で互換性があります。
• 整合性とセキュリティ : データが改ざんから保護されることを保証します。
• 複數(shù)の受信者をサポート : 異なるキーを使用して複數(shù)の受信者へのデータを暗號化できます。

5.2 欠點

• 複雑さ : 暗號化と復號化のプロセスは複雑で、エラーが発生しやすい可能性があります。
• パフォーマンス オーバーヘッド : 暗號化/復號化プロセスにより、計算オーバーヘッドが追加されます。
• 大きなペイロード サイズ : JWE ペイロードは、暗號化メタデータのため、プレーン データまたは JWT と比較して大きくなります。

6. Java で JWE を作成する方法

JWE の作成には、JWE 標準をサポートするライブラリの選択が含まれます。 Java で最も人気のあるライブラリの 1 つは、Nimbus JOSE JWT です。以下は、JWE の作成方法を示す簡単な例です:

依存関係のセットアップ

Maven を使用している場合は、次の依存関係を pom.xml に追加します。

{
  "alg": "RSA-OAEP",
  "enc": "A256GCM"
}

JWE の作成と暗號化

これは、JWE の作成を示す Java コード スニペットです。

eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUCIsImVuYyI6IkEyNTZHQ00ifQ.
g_hE3pPLiSs9C60_WFQ-VP_mQ1BU00Z7Xg.
48V1_ALb6US04U3b.
5eym8mytxoXCBlYkhjBtkmmI.
XFBoMYUZodetZdvTiFvSkQ

コードの説明

• 鍵生成 : JWE を暗號化および復號化するために RSA 鍵ペアが生成されます。
• ヘッダーとペイロード : ヘッダーは暗號化アルゴリズムを指定し、ペイロードには暗號化されるデータが含まれます。
• 暗號化 : RSAEncrypter はペイロードの暗號化に使用されます。
• 復號化 : RSADecrypter はペイロードを元の形式に復號化します。

結(jié)果

上記のコードを?qū)g行すると、暗號化された JWE 文字列が生成され、それが元のメッセージに復號化されます。

<dependency>
    <groupId>com.nimbusds</groupId>
    <artifactId>nimbus-jose-jwt</artifactId>
    <version>9.22</version>
</dependency>

7. 結(jié)論

JSON Web Encryption (JWE) は、最新の Web アプリケーションで安全なデータ送信を行うために不可欠なツールです。その構(gòu)造、仕組み、長所と短所を理解することは、アプリケーションでいつどのように使用するかを情報に基づいて決定するのに役立ちます。ご質(zhì)問がある場合、またはさらに詳しい説明が必要な場合は、お気軽に以下にコメントを殘してください。

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