[C#]JWT認証が失敗してしまう

Question

前提

プログラマ1年目の初心者です。至らない点や認識の間違いなどあるかと思いますが、どうかよろしくお願いいたします。
JWT(Json Web Token)発行を実装したいのですが、発行はしているが、正しい署名情報でないためか、認証失敗してしまいます。
調べましたが、情報が乏しいため、こちらに質問させていただくに至りました。
ES256形式（curve : P-256 (secp256r1),hash Algorithm : SHA-256）による実装です。

実現したいこと

• JWTの鍵による認証を成功させたい

発生している問題・エラーメッセージ

下記認証サイトによるInvailed Signatureエラー
https://jwt.io/

該当のソースコード

using System;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using System.Text.Json;
using System.IO;
using Org.BouncyCastle.Crypto;
using Org.BouncyCastle.OpenSsl;
using Org.BouncyCastle.Crypto.Signers;

namespace WindowsFormsApp1
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private static string plainText;
        private static string key;
        private static byte[] signature;

        /// <summary>
        /// ボタンクリックイベント(main)
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void ConfirmButton_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            // generate token
            string token = GenerateJwtToken();

            // output token
            Console.WriteLine(token);
        }

        /// <summary>
        /// Jwtトークンの生成
        /// </summary>
        /// <param name="privateKey"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string GenerateJwtToken()
        {
            var header = new Header()
            {
                Typ = "JWT",
                Kid = "kid",
                Alg = "ES256"
            };

            var payload = new Payload()
            {
                Name = "name"
            };

            // header,payload確認
            var jsonHeader = JsonSerializer.Serialize(header);
            var jsonPayload = JsonSerializer.Serialize(payload);
            string encodedHeader = Convert.ToBase64String(Encoding.UTF8.GetBytes(jsonHeader)).TrimEnd('=').Replace('+', '-').Replace('/', '_');
            string encodedPayload = Convert.ToBase64String(Encoding.UTF8.GetBytes(jsonPayload)).TrimEnd('=').Replace('+', '-').Replace('/', '_');

            // token発行
            plainText = encodedHeader + "." + encodedPayload;
            key = @"C:\~~~\prime256v1.privatekey";
            signature = Sign(plainText, key);
            string encodedSignature = Convert.ToBase64String(signature).TrimEnd('=').Replace('+', '-').Replace('/', '_');
            string token = encodedHeader + "." + encodedPayload + "." + encodedSignature;

            return token;
        }

        /// <summary>
        /// 署名する
        /// </summary>
        static byte[] Sign(string clearText, string key)
        {
            var plain = Encoding.UTF8.GetBytes(clearText);

            // 鍵を読み込む
            AsymmetricCipherKeyPair pair = null;
            using (var stream = new StreamReader(key))
            {
                var reader = new PemReader(stream);
                pair = reader.ReadObject() as AsymmetricCipherKeyPair;
            }

            // 署名インスタンスを生成＆署名
            var signer = new ECDsaSigner();
            signer.Init(true, pair.Private);
            var sign = signer.GenerateSignature(plain);

            // 署名の値をbyte[]にしておく
            var sign1 = sign[0].ToByteArray().SkipWhile(b => b == 0x00).Reverse();
            var sign2 = sign[1].ToByteArray().SkipWhile(b => b == 0x00).Reverse();
            byte[] signature = sign1.Concat(sign2).ToArray();

            return signature;
        }


        /// <summary>
        /// ヘッダー格納用クラス
        /// </summary>
        public class Header
        {
            public string Typ { get; set; }
            public string Kid { get; set; }
            public string Alg { get; set; }
        }

        /// <summary>
        /// ペイロード格納用クラス
        /// </summary>
        public class Payload
        {
            public string Name { get; set; }
        }

    }
}

試したこと

大参考記事 https://qiita.com/rawr/items/1a11edf694f550596879
①opensslで鍵ペアを作成
②(①を取り込んだ)C#を実行し、JWTを生成
③ ①と②を https://jwt.io/ に入力し、認証

②の署名作成部分(Sign())が間違っているのではないかと思ったのですが、調べても同じような実装例が見つからず、解決できませんでした。

参考記事の認証メソッドVerifyも実装しました。メソッドでは認証が成功しましたが、認証サイトでは認証が成功しませんでした。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

Windows10
Visual studio 2019
.NET Framework 4.7.2
BouncyCastle 1.8.9(VS2019インストール時にすでにインストール済)
OpenSSL 1.1.1s 1 Nov 2022

openssl実行コマンド：

$ openssl ecparam -genkey -name prime256v1 -out prime256v1.keypair
$ openssl ec -in prime256v1.keypair -outform PEM -out prime256v1.privatekey
$ openssl ec -in prime256v1.keypair -outform PEM -pubout -out prime256v1.publickey

Comments

[SurferOnWww]

> 認証サイトでは認証が成功しませんでした。

「認証サイト」って何ですか？　 https://jwt.io/ のことですか？　そこは認証サイトではなく JWT を Decode するだけのようですが？　「成功しませんでした」ってどういうことですか？

[退会済みユーザー]

コメントありがとうございます！
>>「成功しませんでした」ってどういうことですか？
https://jwt.io/ に必要な情報を入力すると、Invailed Signature というエラーが表示されることを「認証が成功しませんでした」と表現しました。
これは、「正しい署名を作成できていないため、鍵による認証が成功しなかった」という認識だったのですが、この認識は間違っていますか。

[退会済みユーザー]

ES256方式のJWTを入力すると、デコード結果の下に鍵ペアを入力する欄が現れ、本来ならそこに鍵情報を入力すると、JWT入力欄の下にSignature Verified と表示されるのですが、Invailed Signatureと表示されてしまいます。

[SurferOnWww]

> これは、「正しい署名を作成できていないため、鍵による認証が成功しなかった」という認識だったのですが、この認識は間違っていますか。

Decode できなかったというだけで認証とは違います。Decode できても認証が通るとは限りません（期限切れとか、発行者が違うとか）。

[退会済みユーザー]

ご指摘ありがとうございます。
つまり、もしエラーが起きなくても「Signature Verified (署名検証済み)と書いてあるが、認証に成功していない」ということですね。このサイトの中まで疑うことは考えていませんでした。

[SurferOnWww]

あなたの言う「認証」の意味が違うのでは？　普通の意味で認証というと、例えばある Web API に ID とパスワードを送信して JWT を発行してもらい、その Web API から情報を取得するためリクエストを送る際、ヘッダに JWT を含めて送信しその Web API に有効なユーザーであることを認証してもらう・・・というような話になると思うのですが。

その具体例は以下の記事を見てください。

ASP.NET Core Web API と JWT
http://surferonwww.info/BlogEngine/post/2020/02/11/json-web-token-basis-authentication-in-aspnet-core-web-api.aspx

[SurferOnWww]

質問者さん、その後無言ですがどうなりましたか？

[退会済みユーザー]

参考記事をいただきありがとうございます。
認証という表現は間違っていました。すみません。

JWTの用途として想定しているのは、署名検証による改ざん検知なので、認証ではありませんでした。

また、 https://jwt.io/ の用途はJWTの生成と中身の確認で、”別のプログラムで生成したJWTとJWT生成のために使用した鍵情報を入力すると署名の検証が行われる”という機能ではないという点に気づきました。

この質問はJWT生成アルゴリズムの理解のために作成いたしましたが、他に優先すべきことが発生したため保留とさせていただきます。SurferOnWwwさん、ご協力ありがとうございました。

[SurferOnWww]

保留とかでしばし放置状態になるならクローズしてください。自分で回答欄に「なになにすることにした」とか書いてそれに自己解決マークをつけてクローズ願います。

Answer 1

他の優先度の高い作業のため、一旦この問題を保留にすることとしました。ご協力ありがとうございます。