JWT（JWT: ジェイダブリューティー）

2025年10月18日

JWT（JWT: ジェイダブリューティー）

英語表記: JSON Web Token

概要

JWT（JSON Web Token）は、情報を安全かつコンパクトに伝達するための業界標準の方式です。特にWebアプリケーションやAPIにおける認証情報や権限をやり取りする際の実装例として広く利用されています。このトークンが「基数変換（二進数, 十六進数）→ 暗号・エンコードでの基数 → 実装例」という文脈に位置づけられるのは、トークン自体がBase64urlという特定の基数を用いたエンコード技術によって「URLセーフ」かつ「コンパクト」に構成されているためです。これにより、複雑な認証情報をHTTPヘッダーやURLクエリパラメータとして容易に扱えるようになります。

詳細解説

JWTは、主にWeb環境におけるステートレスな認証（サーバー側でセッション状態を保持しない認証）を実現するために開発されました。これは、現代の分散システムやマイクロサービスアーキテクチャにおいて非常に重要な技術です。

目的と基本構造

JWTの最大の目的は、当事者間で「クレーム（Claims）」と呼ばれる情報セットを安全に伝送することです。このトークンは、以下の3つの要素をピリオド（.）で結合した非常に簡潔な文字列として表現されます。

ヘッダー（Header）: トークンの種類（typ=JWTなど）と、署名に使用されるハッシュアルゴリズム（alg=HS256など）が記述されます。
ペイロード（Payload）: 伝送したい実際の情報（ユーザーID、有効期限、権限など）であるクレームが含まれます。
署名（Signature）: ヘッダーとペイロードを秘密鍵（Secret）でハッシュ化（暗号化）した結果です。これにより、トークンが途中で改ざんされていないことを検証できます。

基数変換とエンコードの役割

ここで、本タクソノミーの核心である「暗号・エンコードでの基数」が関わってきます。JWTの構造のうち、ヘッダーとペイロードは、そのままのJSON形式ではなく、Base64urlエンコードという基数変換手法によって文字列化されます。

Base64urlエンコードは、任意のバイナリデータを、Web環境（特にURLやHTTPヘッダー）で安全に扱えるASCII文字列（英数字と少数の記号）に変換する基数変換の一種です。通常のBase64は64種類の文字セットを使用しますが、Base64urlは、URLで特殊な意味を持つ文字（+、/、=）を使わないように調整されています。

この変換プロセスは、データを約3分の4に圧縮する効果があるわけではありませんが、バイナリデータをテキスト形式に変換し、Web通信で問題なく使用できるようにすることが目的です。これは、データ表現の基数を、通常の二進数や十六進数から、Web通信に特化した64進数的な表現に変換する「実装例」そのものだと捉えていただけると分かりやすいかと思います。

トークンがサーバーに届くと、サーバーはまずヘッダーとペイロードをBase64urlデコード（基数変換の逆変換）して内容を取り出し、次に秘密鍵を使って署名を検証します。署名が一致すれば、トークンの内容が正しく、改ざんされていないことが保証されるのです。この「エンコードとデコード」の工程が、JWTをコンパクトでセキュアな「暗号・エンコードの基数を用いた実装例」として成り立たせているのですから、非常に興味深い点ですね。

ステートレス認証のメリット

従来のセッション管理では、ユーザーがログインするたびにサーバーのメモリやデータベースにセッション情報（状態）を保存する必要がありました（ステートフル）。しかし、JWTを利用すると、必要な情報（誰であるか、いつまで有効か）がすべてトークン自体に含まれているため、サーバー側で状態を保持する必要がなくなります（ステートレス）。これにより、サーバーの負荷が軽減し、複数のサーバーで構成される大規模なシステム（負荷分散環境）での拡張性（スケーラビリティ）が大幅に向上するという大きなメリットがあります。私は、このステートレス性がJWTの最大の魅力だと感じています。

具体例・活用シーン

JWTは、インターネット上のさまざまなサービスで幅広く利用されている「実装例」です。

アナロジー：秘密のスタンプ付きVIPアクセスカード

JWTの仕組みを理解するために、ある高級クラブの「VIPアクセスカード」を想像してみてください。

通常の手続き（ステートフルセッション）: クラブに入るたびに、受付（サーバー）が中央の名簿データベース（セッションストア）に名前を照会し、「この人はVIPか？」を確認します。これは手間がかかります。
JWT（ステートレス認証）: 最初に会員になったとき、クラブのオーナー（認証局）は、あなたの情報（氏名、有効期限、VIP権限）を記載した特別なカードを発行します。この情報は、受付がすぐに読めるようにコンパクトな特殊文字（Base64urlエンコード）で書かれています。さらに、カードの裏にはオーナーしか知らない秘密のインクで「オーナーの署名」が押されます。
利用時: あなたがクラブの別フロア（API）に入る際、受付（サーバー）はデータベースに照会せず、カードを受け取ります。
- まず、受付はカードの文字をデコード（Base64urlデコード）して情報を読みます。
- 次に、受付はオーナーの秘密のインクを使って、カードの内容が本当にオーナーによって作成されたものか（署名が正しいか）を確認します。
改ざん対策: もしあなたがカードの内容を勝手に書き換えても、オーナーの秘密の署名と内容が一致しなくなるため、受付はすぐに「偽造だ！」と判断できます。

このアクセスカードこそがJWTです。コンパクトなエンコード（基数変換）によって情報が持ち運ばれ、署名によって改ざんが防止されているのです。

実際の活用シーン

API認証: クライアントがAPIを呼び出す際、リクエストヘッダーにJWTを含めることで、都度ログイン情報を送る必要なく認証を行います。
シングルサインオン (SSO): 一つの認証基盤で発行されたJWTを複数の関連サービス間で共有し、一度のログインで全てのサービスを利用可能にします。
モバイルアプリケーション: モバイルアプリとバックエンドAPI間の通信で、セキュアなセッション管理を実現します。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート試験（IP）、基本情報技術者試験（FE）、応用情報技術者試験（AP）のいずれにおいても、JWTはモダンな認証技術として重要度が増しています。特に、その構造と、従来のセッション管理との違いが問われる傾向があります。

構造の理解（FE/AP必須）: JWTは「ヘッダー」「ペイロード」「署名」の3要素で構成されていることを確実に覚えてください。
ステートレス認証: JWTはサーバー側で状態（セッション情報）を保持しない「ステートレス」な認証を実現する主要な技術である、という点を理解しましょう。
改ざん検知の仕組み: 署名（Signature）は、秘密鍵とハッシュ関数を用いて生成され、トークンの完全性（改ざんされていないこと）を保証する役割を担います。データの暗号化ではなく、あくまで「改ざん検知」が主目的です。
基数変換の関連性（FE/AP応用）: トークンが「コンパクト」で「URLセーフ」である理由として、Base64urlエンコードという特殊な基数変換技術が使用されていることを理解しておくと、本概念が「暗号・エンコードでの基数」の文脈で出題された際に対応できます。Base64は、バイナリデータをテキスト形式に変換するエンコード手法だと認識しておきましょう。
セキュリティ上の注意点: ペイロードはエンコードされているだけであり、暗号化されているわけではないため、機密性の高い情報を格納するべきではない、という点も重要です。