COSE: CBOR Object Signing and Encryption
COSE は CBOR ベースの署名・暗号化フォーマットです（RFC 9052）。JWT/JWS/JWE の CBOR 版として設計されています。
COSE とは
COSE（コーズ）は、CBOR データに署名・暗号化を行うための標準です。
JOSE と COSE の関係:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ JOSE（JSON ベース） COSE（CBOR ベース） │
│ │
│ JWT ─────────────────────► CWT (CBOR Web Token) │
│ JWS ─────────────────────► COSE_Sign / COSE_Sign1 │
│ JWE ─────────────────────► COSE_Encrypt / COSE_Encrypt0 │
│ JWK ─────────────────────► COSE_Key │
│ │
│ 使用例: 使用例: │
│ - OAuth/OIDC - WebAuthn/FIDO2 │
│ - Web API - mdoc/mDL │
│ - IoT │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
COSE の構造
COSE メッセージタイプ
| タイプ | CBOR タグ | 説明 |
|---|---|---|
| COSE_Sign | 98 | 複数署名 |
| COSE_Sign1 | 18 | 単一署名（最も一般的） |
| COSE_Encrypt | 96 | 複数受信者への暗号化 |
| COSE_Encrypt0 | 16 | 単一受信者への暗号化 |
| COSE_Mac | 97 | 複数受信者への MAC |
| COSE_Mac0 | 17 | 単一受信者への MAC |
COSE_Sign1（単一署名）
最もよく使われる形式。mdoc の issuerAuth などで使用。
構造
COSE_Sign1 = [
protected, # bstr: 保護ヘッダー（署名対象）
unprotected, # map: 非保護ヘッダー（署名対象外）
payload, # bstr / nil: ペイロード
signature # bstr: 署名
]
CBOR タグ 18 が付与される:
D2 # tag(18) = COSE_Sign1
84 # array(4)
...
具体例
ES256 で署名された COSE_Sign1:
D2 # tag(18) = COSE_Sign1
84 # array(4)
# protected header (署名対象)
43 # bytes(3)
A1 01 26 # {1: -7} → alg: ES256
# unprotected header
A0 # {} 空のマップ
# payload
54 # bytes(20)
48656C6C6F2C20576F726C6421 # "Hello, World!"
# signature
58 40 # bytes(64)
[64 バイトの ECDSA 署名]
ヘッダーパラメータ
COSE では整数キーを使用（JWS の文字列キーとは異なる）。
| 整数キー | 名前 | JWS 対応 | 説明 |
|---|---|---|---|
| 1 | alg | alg | アルゴリズム |
| 2 | crit | crit | クリティカル |
| 3 | content type | cty | コンテンツタイプ |
| 4 | kid | kid | 鍵 ID |
| 5 | IV | - | 初期化ベクトル |
| 6 | Partial IV | - | 部分 IV |
| 7 | counter signature | - | カウンター署名 |
アルゴリズム識別子
| 値 | 名前 | 説明 |
|---|---|---|
| -7 | ES256 | ECDSA w/ SHA-256 (P-256) |
| -35 | ES384 | ECDSA w/ SHA-384 (P-384) |
| -36 | ES512 | ECDSA w/ SHA-512 (P-521) |
| -37 | PS256 | RSASSA-PSS w/ SHA-256 |
| -257 | RS256 | RSASSA-PKCS1-v1_5 w/ SHA-256 |
| -8 | EdDSA | EdDSA (Ed25519, Ed448) |
COSE_Key（鍵表現）
JWK に相当する鍵の表現形式。
構造
COSE_Key = {
1: kty, # 鍵タイプ
2: kid, # 鍵 ID（オプション）
3: alg, # アルゴリズム（オプション）
4: key_ops, # 鍵操作（オプション）
... # 鍵タイプ固有のパラメータ
}
鍵タイプ（kty）
| 値 | 名前 | 説明 |
|---|---|---|
| 1 | OKP | Octet Key Pair (Ed25519 など) |
| 2 | EC2 | Elliptic Curve (P-256 など) |
| 3 | RSA | RSA |
| 4 | Symmetric | 対称鍵 |
EC2 鍵の例
P-256 公開鍵:
{
1: 2, # kty: EC2
-1: 1, # crv: P-256
-2: h'...', # x 座標 (32 bytes)
-3: h'...' # y 座標 (32 bytes)
}
CBOR:
A4 # map(4)
01 02 # 1: 2 (EC2)
20 01 # -1: 1 (P-256)
21 58 20 [32 bytes] # -2: x座標
22 58 20 [32 bytes] # -3: y座標
EC2 曲線（crv）
| 値 | 曲線 |
|---|---|
| 1 | P-256 |
| 2 | P-384 |
| 3 | P-521 |
| 6 | Ed25519 |
| 7 | Ed448 |
JOSE との対応関係
JWS と COSE_Sign1
JWS:
{
"alg": "ES256",
"typ": "JWT"
}
.
{
"sub": "user123",
"name": "John"
}
.
[signature]
COSE_Sign1:
D2 84
43 A1 01 26 # protected: {1: -7} (alg: ES256)
A1 03 6A 61... 2B6A7774 # unprotected: {3: "application/jwt"}
... # payload
58 40 [signature] # signature
JWK と COSE_Key
JWK (P-256 公開鍵):
{
"kty": "EC",
"crv": "P-256",
"x": "base64url...",
"y": "base64url..."
}
COSE_Key:
{
1: 2, # kty: EC2
-1: 1, # crv: P-256
-2: h'...', # x (raw bytes)
-3: h'...' # y (raw bytes)
}
WebAuthn での COSE
WebAuthn の attestation/assertion で COSE が使われます。
Credential Public Key
認証器から返される公開鍵（COSE_Key 形式）:
A5 # map(5)
01 02 # 1: 2 (kty: EC2)
03 26 # 3: -7 (alg: ES256)
20 01 # -1: 1 (crv: P-256)
21 58 20 # -2: bytes(32)
[32 bytes x座標]
22 58 20 # -3: bytes(32)
[32 bytes y座標]
Attestation Statement（packed 形式）
{
"alg": -7, # ES256
"sig": h'...' # 署名
}
CBOR:
A2 # map(2)
63 616C67 # "alg"
26 # -7
63 736967 # "sig"
58 47 # bytes(71)
[71 bytes ECDSA signature]
mdoc での COSE
mdoc の issuerAuth は COSE_Sign1 で署名されます。
Mobile Security Object (MSO) の署名
issuerAuth = COSE_Sign1
D2 # tag(18)
84 # array(4)
# protected header
59 01 23 # bytes(291)
A2 # map(2)
01 26 # alg: ES256
04 ... # kid: [発行者の鍵ID]
# unprotected header
A1 # map(1)
21 # x5chain
81 59 02 ... # [証明書チェーン]
# payload (MSO)
59 01 00 # bytes(256)
[Mobile Security Object]
# signature
58 40 # bytes(64)
[64 bytes signature]
署名検証の流れ
COSE_Sign1 の検証:
1. 構造のパース
┌────────────────────────────────────┐
│ D2 84 [protected] [unprotected] │
│ [payload] [signature] │
└────────────────────────────────────┘
2. protected ヘッダーからアルゴリズム取得
{1: -7} → ES256
3. Sig_structure の構築
Sig_structure = [
"Signature1", # コンテキスト文字列
protected, # 保護ヘッダー
h'', # 外部 AAD（通常は空）
payload # ペイロード
]
4. Sig_structure を CBOR エンコード
→ ToBeSigned バイト列
5. 署名検証
verify(公開鍵, ToBeSigned, signature)
コード例
Python (cose ライブラリ)
from cose.messages import Sign1Message
from cose.keys import EC2Key
from cose.algorithms import Es256
# 署名作成
msg = Sign1Message(
phdr={1: Es256}, # alg: ES256
payload=b"Hello, World!"
)
msg.key = private_key
encoded = msg.encode()
# 署名検証
msg = Sign1Message.decode(encoded)
msg.key = public_key
verified = msg.verify_signature()
JavaScript (cose-js)
const cose = require('cose-js');
// 署名検証
const verifier = {
key: {
kty: 'EC',
crv: 'P-256',
x: Buffer.from(...),
y: Buffer.from(...)
}
};
const verified = await cose.sign.verify(coseMessage, verifier);
デバッグツール
CBOR デコード後の確認
cbor.me で COSE_Sign1 をデコード:
入力（16進数）:
D2 84 43 A1 01 26 A0 54 48656C6C6F2C20576F726C6421 58 40 ...
出力（診断表記）:
18([ # COSE_Sign1
h'A10126', # protected: {1: -7}
{}, # unprotected
h'48656C6C6F2C20576F726C6421', # payload: "Hello, World!"
h'...' # signature
])
まとめ
COSE の特徴:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 何者か: │
│ CBOR ベースの署名・暗号化フォーマット │
│ JOSE（JWT/JWS/JWE）の CBOR 版 │
│ │
│ 使われる場所: │
│ - WebAuthn/FIDO2（attestation, assertion） │
│ - mdoc/mDL（issuerAuth） │
│ - CWT（CBOR Web Token） │
│ │
│ 主要な構造: │
│ - COSE_Sign1: 単一署名（最も一般的） │
│ - COSE_Key: 鍵の表現 │
│ │
│ JOSE との違い: │
│ - 文字列キー → 整数キー（コンパクト） │
│ - Base64URL → バイナリ（効率的） │
│ - JSON → CBOR │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘