APIにおけるHMAC：リクエスト署名

HMACベースのリクエスト署名は、AWS、GitHub、Stripe、TwilioでAPI呼び出しの認証に使用されています。このレッスンでは、完全なリクエスト署名システムを構築します。

URLに含めたAPIキーは、プロキシサーバー、ブラウザー履歴、サーバーログに記録される可能性があります。リクエスト署名ではリクエスト本文全体をMACに含めるため、ペイロードが変更されていないことを保証し、鍵だけが単独で漏えいするのを防ぎます。

AWS SigV4では次の値を計算します： 1. 正規化リクエスト（メソッド + URL + ヘッダー + 本文のハッシュ） 2. 署名対象文字列（日付 + リージョン + サービス + 正規化リクエストのハッシュ） 3. 署名鍵 = HMAC(HMAC(HMAC(HMAC('AWS4'+secret, date), region), service), 'aws4_request') 4. 署名 = HMAC(signing_key, string_to_sign)

GitHubは各Webhookペイロードに署名します： X-Hub-Signature-256: sha256=HMACHEX 検証します： import hmac expected = 'sha256=' + hmac.new(secret, payload, 'sha256').hexdigest() hmac.compare_digest(expected, received_signature)

攻撃者が有効な署名付きリクエストを取得すると、そのリクエストを何度も再送できます。1回だけ署名された100ドルの送金が、1000回リプレイされる可能性があります。HMACだけではリプレイ攻撃を防げません。

署名対象のメッセージにタイムスタンプを含めます。5分より古いリクエストは拒否します。Stripeはタイムスタンプを含むX-Stripe-Signatureを送信します。GitHubはタイムスタンプ方式ではなく、X-GitHub-Delivery（UUID）を使用します。

各リクエストにランダムなノンスを含めます。サーバーは使用済みノンスを（TTL付きのRedisなどに）保存します。以前に確認したノンスを含むリクエストは拒否します。分散システムでは、タイムスタンプより信頼性が高くなります。

import hmac, hashlib, time, os def sign_request(secret, method, path, body, timestamp=None): ts = timestamp or str(int(time.time())) payload = f'{method}\n{path}\n{ts}\n' + hashlib.sha256(body).hexdigest() sig = hmac.new(secret.encode(), payload.encode(), 'sha256').hexdigest() return ts, sig

def verify_request(secret, method, path, body, ts, received_sig): # Check timestamp freshness if abs(time.time() - int(ts)) > 300: # 5 minutes return False # Recompute and compare _, expected = sign_request(secret, method, path, body, ts) return hmac.compare_digest(expected, received_sig)

HS256 JWTは、共有秘密鍵を使用するHMAC-SHA256で署名します。サーバーは署名と検証の両方を行います。制限として、鍵を持つすべての当事者がトークンを偽造できます。非対称の信頼モデル（第三者認証）には、RS256またはES256を使用します。

HMAC鍵は定期的にローテーションします。新しい鍵を生成し、移行期間（24時間）は古い鍵と新しい鍵の両方をサポートし、その後に古い鍵を廃止します。AWS SigV4は日付付きの秘密情報から鍵を導出し、毎日のローテーションを可能にします。

リプレイ攻撃を防ぐには、HMACによるリクエスト署名だけでは不十分なのはなぜですか？

リプレイ防止機能を備えたHMACリクエスト署名を実装しました。次は、ブロック暗号ベースのMACの代替方式としてCMACとPoly1305を比較します。