【入門】認証方式とサーバーの設定をわかりやすく解説

本記事は以下の４つの認証について解説します。

初めに

本記事は Web サーバー構築の第５回「Basic/Digest/Form/Bearer 認証」編です。

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認証の種類

Web サービスの認証の種類には、主に以下の４つが存在します。

Basic 認証
Digest 認証
フォーム認証 (認証状態を保持するために Cookie でセッション ID を管理)
Bearer 認証 (+OAuth2.0/OIDC)

	Basic 認証	Digest 認証	フォーム認証	Bearer 認証
パスワードを暗号化して送信 (HTTPS でカバー可能)	×	○	×	○ (暗号化可能)
パスワードを都度送信しない	×	×	○	○
ログインせずにアクセス	×	×	○	△ (匿名)
ログアウト (ログインを無効)	×	×	○	○
シングルサインオン	×	×	○	○
セッション	×	×	○	×

フォーム認証 (Cookie) と、Bearer (JWT) の比較: https://qiita.com/doyaaaaaken/items/02357c2ebca994160804

Basic 認証とは

Basic 認証とはBasic 認証とは、ユーザー名とパスワードを Base64 エンコードして送信する認証方法です。

Basic 認証の仕組み

Basic 認証は以下の流れで行います。

Basic 認証を nginx で設定

nginx で Basic 認証を行う Web ページを作成してみます。

sudo yum install httpd-tools -y

sudo htpasswd -c /etc/nginx/.htpasswd username

New password:
Re-type new password:

sudo vim /etc/nginx/nginx.conf

    server {
        listen       80;
        listen       [::]:80;
        server_name  _;
        root         /usr/share/nginx/html;

        auth_basic "closed site";                   # BASIC 認証を有効化
        auth_basic_user_file /etc/nginx/.htpasswd; # .htpasswdファイルのパス

sudo systemctl start nginx

curl で Basic 認証を検証

Basic 認証が必要なことを通知

curl localhost -I

HTTP/1.1 401 Unauthorized
(中略)
WWW-Authenticate: Basic realm="closed site"

レスポンスより、以下の２点が確認できます。

HTTP レスポンスステータスコードにより、401 認証エラーが発生
WWW-Authenticate レスポンスヘッダにより、Basic 認証が必要

なお、ブラウザでアクセスすると以下のようになります。

Basic 認証でリクエスト

curl localhost -u username:password -I

HTTP/1.1 200 OK

正しいユーザー名とパスワードを入力すると、無事アクセスできます。

補足: Authorization リクエストヘッダの内容

curl localhost -u username:password -v >/dev/null

(中略)
> Authorization: Basic dXNlcm5hbWU6cGFzc3dvcmQ=

"dXNlcm5hbWU6cGFzc3dvcmQ" がセットされています。

これは、"username:password" を Base64 でエンコードした値です。

echo -n username:password |base64

dXNlcm5hbWU6cGFzc3dvcmQ=

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Digest 認証とは

Digest 認証Digest 認証とは、ユーザー名とパスワードをハッシュ化して送信する認証方法です。

Basic 認証で問題となった「ユーザー名とパスワード」が平文で送信されるという問題を解決した認証方式です。

なお、現在は、ほぼ全ての Web サイトが HTTPS で暗号化されているので、Digest 認証はあまり使われません。

(中略) or more rarely Basic access authentication.

These weak cleartext protocols used together with HTTPS network encryption resolve many of the threats that digest access authentication is designed to prevent.
https://en.wikipedia.org/wiki/Digest_access_authentication

Digest 認証の仕組み

Basic 認証との主な違いは、③で送信する認証情報の一部にハッシュ関数を利用することです。

②のレスポンスに含まれる WWW-Authenticate レスポンスヘッダの値

WWW-Authenticate レスポンスヘッダ	役割
Digest	Digest 認証が必要なことを伝える
algorithm	ハッシュ関数に利用するアルゴリズム
realm	レルム名 (認証が適用される範囲)
qop	保護レベル
nonce	サーバーがランダムに生成する文字列

https://tex2e.github.io/rfc-translater/html/rfc7616.html

③のリクエストに含む Authorization リクエストヘッダの値

Authorization リクエストヘッダ	役割
rspauth	ハッシュ値 (求め方は後述)
qop	保護レベル
cnonce	クライアントがランダムに生成する文字列選択平文攻撃を回避するため
nc (nonce count)	クライアントが nonce 値を使って送信した回数

https://tex2e.github.io/rfc-translater/html/rfc7616.html

なお、rspauth は以下の方法でハッシュ値を求めます。

A1 = ユーザ名 ":" realm ":" パスワード
A2 = ":" リクエスト URI ※qop=auth の場合
rspauth = MD5( MD5(A1) ":" nonce ":" nc ":" cnonce ":" qop ":" MD5(A2) )
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7616#section-3.4.1
A1: https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7616#section-3.4.2
A2 (rspauth): https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7616#page-15
https://wiki.suikawiki.org/n/rspauth%3D%22%22

Digest 認証を nginx で設定

nginx で Digest 認証モジュールは、こちら手順で build する必要があります。

今回は build 省略のため、以下の docker image を利用させていただきます。

Digest 認証できる nginx の docker image を作った - Qiita

個人用に作成したのですが、 DockerHub を軽く検索しても見つからなかったので共有します。（※ 筆者のセキュリティリテラシーは「使うモジュールは最新バージョンにしとくか」程度です。使用は自…

git clone https://github.com/kamuiroeru/nginx-digest-auth-with-docker

cd nginx-digest-auth-with-docker

htdigest -c .htdigest "secret_area" username

New password: 
Re-type new password:

ユーザーのパスワードを設定します。今回は "password" とします。

docker-compose up -d

curl で Digest 認証を検証

curl localhost:8888 --digest -u username:password -v >/dev/null

** 図①に相当
> GET / HTTP/1.1

** 図②に相当
< HTTP/1.1 401 Unauthorized
< WWW-Authenticate: Digest algorithm="MD5", qop="auth", realm="secret_area", nonce="1234567890"

** 図③に相当
> GET / HTTP/1.1
> Authorization: Digest username="username", realm="secret_area", nonce="1234567890", uri="/", cnonce="0987654321", nc=00000001, qop=auth, response="ABCDE", algorithm=MD5

** 図④に相当
< HTTP/1.1 200 OK
< Authentication-Info: qop="auth", rspauth="12345ABCDE", cnonce="0987654321=", nc=00000001

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フォーム認証 (Cookie でセッション ID を管理) とは

フォーム認証とはフォーム認証とは、ユーザー名とパスワードを HTML フォームで送信する認証方法です。

認証結果は、Cookie (クライアント[=ブラウザ]に情報を保存する仕組み) で管理します。

Cookie には有効期限を設定でき、ログアウトする際は有効期限切れの Cookie をセットします。

フォーム認証の仕組み

なお、サーバーは Cookie の値 (セッション ID) をデータベース (RDB, KVS) に保存します。

クライアントはログイン済みを示す Cookie をセットすることで、２回目以降のアクセスで再ログインせずに済みます。

フォーム認証を Flask で設定

ログイン処理を実装するために、nginx の代わりに Flask (アプリケーションサーバー) を利用します。

pip3 install flask

vim app.py

from flask import Flask, request, make_response, render_template, redirect

app = Flask(__name__)

#以下の値は本来データベースから取得します
username = "name"
password = "pass"
valid_cookie="1"

@app.route("/") #トップページ
def root():
    if (request.cookies.get("session") == valid_cookie): #ログイン済みならホーム画面へ
        return redirect("/home")
    else: #ログインしてないならログインフォーム画面へ
        return render_template("index.html") 

@app.route("/login", methods=["POST"]) #ログイン処理
def login():
    if (request.form["username"] == username and request.form["password"] == password):
        res = make_response(redirect("/home"))
        res.set_cookie("session","1")
        return res 
    else: #ユーザー名かパスワードが間違ってる場合
        return "login fail", 401

@app.route("/home") #ホーム画面
def home():
    if (request.cookies.get("session") == valid_cookie): #ログイン済みならホーム画面
        return "login success"
    else: #ログインしてないならフォーム画面へ
        return redirect("/")

if __name__ == "__main__":
    app.run()

パス	ページの内容	動作説明
/	ログインフォーム	ユーザー名とパスワードを "/login" へ POST 有効な Cookie があると "/home" へ
/login	ログイン処理	ログインに成功すると Cookie を Set して "/home" へログインに失敗すると、401 エラーを表示
/home	ホーム画面	有効な Cookie があると、ページを表示有効な Cookie が無いと、"/" へ

mkdir templates

vim templates/index.html

<form method="POST" action="/login" name="login_form">
  <input type="text" placeholder="username" name="username">
  <input type="password" placeholder="password" name="password">
  <input type="submit" value="login">
</form>

flask run -h 127.0.0.1 -p 8080

curl でフォーム認証を検証

ログインフォームを表示

curl localhost:8080

<form method="POST" action="/login" name="login_form">
  <input type="text" placeholder="username" name="username">
  <input type="password" placeholder="password" name="password">
  <input type="submit" value="login">
</form>

ログインフォームが表示されます。(ブラウザで表示すると以下)

ログインしてログイン後の画面を表示

curl localhost:8080/login -L -d "username=name" -d "password=pass" -b cookie.txt -c cookie.txt -v

** 図③に相当
> POST /login HTTP/1.1
** 図④に相当
< HTTP/1.1 302 FOUND
< Location: /home
< Set-Cookie: session=1; Path=/
** 図⑤に相当
> GET /home HTTP/1.1
> Cookie: session=1
** 図⑥に相当
< HTTP/1.1 200 OK
login success

ユーザー名とパスワードが正しければ、サーバーから Cookie が貰え、ホーム画面 (/home) にリダイレクトされます。

補足：Cookie がある時、無い時

curl localhost:8080/home -L -b cookie.txt

login success

curl localhost:8080/home -L -v

> GET /home HTTP/1.1
*
< HTTP/1.1 302 FOUND
< Location: /
*
> GET / HTTP/1.1
*
< HTTP/1.1 200 OK

<form method="POST" action="/login" name="login_form">
  <input type="text" placeholder="username" name="username">
  <input type="password" placeholder="password" name="password">
  <input type="submit" value="login">
</form>

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Bearer 認証 (+OAuth2.0/OIDC)

Bearer 認証とはBearer 認証とは、アクセストークンを送信する方法です。

認証と認可が分かれていることが特徴の認証方式です。

https://hogetech.info/security/sso/federation

	認可（Authorization・AuthZ）	認証（Authentication・AuthN）
目的	権限を付与	ユーザーを識別および検証
利用例	アプリケーションの閲覧権限の付与に利用	ログインに利用
具体例
プロトコル	・OAuth 2.0 ・SAML	・OpenID Connect (OIDC) ・OAuth 2.0 (セキュアな OIDC を推奨) ・SAML
利用するトークン	アクセストークン (OAuth 2.0) アサーション (SMAL)	ID トークン (OIDC) アサーション (SAML)