シリアライゼーション概要
データフォーマット（シリアライゼーション形式）の基本概念と、主要なフォーマットの比較を解説します。
シリアライゼーションとは
シリアライゼーションとは、プログラム内のデータ構造をバイト列（または文字列）に変換することです。
シリアライゼーションの目的:
プログラム内のデータ
┌─────────────────────┐
│ { │
│ name: "山田太郎", │
│ age: 30 │
│ } │
└─────────────────────┘
│
│ シリアライズ（直列化 ）
▼
┌─────────────────────┐
│ バイト列/文字列 │
│ {"name":"山田太郎", │
│ "age":30} │
└─────────────────────┘
│
│ 転送・保存
▼
┌─────────────────────┐
│ ネットワーク送信 │
│ ファイル保存 │
│ データベース保存 │
└─────────────────────┘
│
│ デシリアライズ（復元）
▼
┌─────────────────────┐
│ プログラム内のデータ │
│ { │
│ name: "山田太郎", │
│ age: 30 │
│ } │
└─────────────────────┘
なぜ複数のフォーマットがあるのか
用途によって求められる特性が異なるためです。
| 要件 | テキスト系 | バイナリ系 |
|---|---|---|
| 人間が読める | ✅ | ❌ |
| サイズ | 大きい | 小さい |
| パース速度 | 遅い | 速い |
| デバッグしやすさ | ✅ | ❌ |
| バイナリデータの扱い | Base64 必要 | ネイティブ |
用途別の選択:
Web API（人間も読む）
→ JSON
IoT・組み込み（リソース制約）
→ CBOR, MessagePack
高性能 RPC
→ Protocol Buffers, gRPC
暗号・証明書（歴史的経緯）
→ ASN.1/DER
主要フォーマットの比較
同じデータを各フォーマットで表現
元のデータ:
{
"name": "John",
"age": 30
}
JSON（テキスト）
{"name":"John","age":30}
サイズ: 24 バイト
CBOR（バイナリ）
A2 # map(2)
64 # text(4)
6E616D65 # "name"
64 # text(4)
4A6F686E # "John"
63 # text(3)
616765 # "age"
18 1E # unsigned(30)
サイズ: 17 バイト（約 30% 削減）
MessagePack（バイナリ）
82 # fixmap(2)
A4 # fixstr(4)
6E616D65 # "name"
A4 # fixstr(4)
4A6F686E # "John"
A3 # fixstr(3)
616765 # "age"
1E # positive fixint(30)
サイズ: 16 バイト
JSON
最も広く使われるテキスト形式のフォーマット。
特徴
JSON の特徴:
✅ メリット:
- 人間が読める
- ほぼすべての言語でサポート
- デバッグしやすい
- Web 標準（HTTP API）
❌ デメリット:
- サイズが大きい
- パースが遅い
- バイナリデータは Base64 エンコード必要
- コメントが書けない
データ型
| 型 | 例 |
|---|---|
| 文字列 | "hello" |
| 数値 | 123, 3.14 |
| 真偽値 | true, false |
| null | null |
| 配列 | [1, 2, 3] |
| オブジェクト | {"key": "value"} |
使用例
- JWT のペイロード
- OAuth/OIDC のレスポンス
- REST API
CBOR
IETF 標準のバイナリフォーマット。「JSON のバイナリ版」として設計。
特徴
CBOR の特徴:
✅ メリット:
- コンパクト
- パースが高速
- バイナリデータをネイティブサポート
- IETF 標準（RFC 8949）
- 拡張可能（タグ機能）
❌ デメリット:
- 人間が直接読めない
- デバッグにツールが必要
データ型
JSON のすべての型に加えて:
| 追加の型 | 説明 |
|---|---|
| バイト列 | バイナリデータ（Base64 不要） |
| タグ | 意味を付与（日時、BigNum など） |
| 単純値 | undefined, 特殊値 |
| 浮動小数点 | half(16bit), float(32bit), double(64bit) |
使用例
- WebAuthn/FIDO2（認証器データ）
- mdoc/mDL（モバイル運転免許証）
- COSE（署名・暗号化）
- IoT（CoAP プロトコル）
ASN.1/DER
古くから暗号分野で使われるフォーマット。
特徴
ASN.1/DER の特徴:
✅ メリット:
- 厳密なスキーマ定義
- 暗号分野で広く採用
- 国際標準（ITU-T）
❌ デメリット:
- 複雑
- 学習コストが高い
- デバッグが難しい
用語
| 用語 | 説明 |
|---|---|
| ASN.1 | スキーマ定義言語（Abstract Syntax Notation One） |
| BER | 基本エンコーディング規則 |
| DER | 厳密エンコーディング規則（BER のサブセット） |
| PEM | Base64 + ヘッダー（-----BEGIN...） |
使用例
- X.509 証明書
- PKCS#7, PKCS#8, PKCS#12
- CRL（証明書失効リスト）
- OCSP
フォーマット選択のガイドライン
フローチャート:
開始
│
▼
人間が読む必要がある？
│ │
Yes No
│ │
▼ ▼
JSON サイズ/速度が重要？
│ │
Yes No
│ │
▼ ▼
CBOR JSON
│
▼
暗号/証明書関連？
│ │
Yes No
│ │
▼ ▼
ASN.1/DER CBOR
アイデンティティ技術での使い分け
| 技術領域 | フォーマット | 理由 |
|---|---|---|
| OAuth/OIDC | JSON | Web 標準、既存エコシステム |
| JWT | JSON (Base64) | Web 互換、可読性 |
| WebAuthn | CBOR | 認証器のリソース制約、バイナリ効率 |
| mdoc | CBOR | サイズ効率、オフ ライン検証 |
| X.509 | ASN.1/DER | 歴史的経緯、PKI 標準 |
ツール
オンラインデコーダー
| フォーマット | ツール |
|---|---|
| JSON | JSON Formatter |
| CBOR | cbor.me |
| ASN.1 | ASN.1 JavaScript decoder |
| Base64 | Base64 Decode |
コマンドラインツール
# JSON を整形
echo '{"name":"John"}' | jq .
# CBOR をデコード（要インストール）
# Python: pip install cbor2
python -c "import cbor2; print(cbor2.loads(bytes.fromhex('a2646e616d65644a6f686e63616765181e')))"
# Base64 デコード
echo 'eyJuYW1lIjoiSm9obiJ9' | base64 -d
# ASN.1 を表示（OpenSSL）
openssl asn1parse -in certificate.pem
まとめ
データフォーマットの選択:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ JSON: │
│ - Web API、人間が読むデータ │
│ - OAuth/OIDC、JWT │
│ │
│ CBOR: │
│ - バイナリ効率が必要な場面 │
│ - WebAuthn、mdoc、IoT │
│ │
│ ASN.1/DER: │
│ - 証明書、暗号鍵 │
│ - X.509、PKCS │
│ │
│ 実務では: │
│ 既存のエコシステムに合わせて選択 │
│ 新規設計なら JSON か CBOR が一般的 │
│ │
└──────────────────────────────────────── ─────────────────────┘
次のステップ
| ドキュメント | 内容 |
|---|---|
| CBOR | CBOR の詳細な構造とエンコード方式 |
| COSE | CBOR ベースの署名・暗号化 |
| ASN.1 と DER | 証明書で使われるフォーマット |