tls.createServer()で始めるNode.jsセキュア通信：実装例と注意点

2025-06-01

tls.createServer() は、Node.jsの tls (Transport Layer Security) モジュールが提供する関数の一つで、TLS (または SSL) サーバのインスタンスを作成するために使用されます。このサーバは、クライアントからの安全な接続を受け付けることができます。

より具体的に説明すると、以下のようになります。

tls.createServer() の役割

HTTPSなどの安全なプロトコルの基盤
tls.createServer() は、HTTPSのような安全なプロトコルをNode.jsで実装する際の基盤となります。
安全な通信の確立
作成されたサーバは、クライアントからの接続要求を受け付け、TLS/SSLハンドシェイクと呼ばれるプロセスを経て、安全な暗号化された通信路を確立します。
TLS/SSL サーバの作成
この関数を呼び出すことで、ネットワーク上でTLSまたはSSLプロトコルを使用して暗号化された通信を行うためのサーバオブジェクトが生成されます。

関数の基本的な使い方

tls.createServer() 関数は、通常、以下のいずれかの形式で使用されます。

const tls = require('tls');

const server = tls.createServer((socket) => {
  // ... (接続処理) ...
});

// ... (サーバのlisten処理) ...

主なオプション (上記例の options オブジェクトで指定)

rejectUnauthorized: クライアント証明書が無効な場合に接続を拒否するかどうか (真偽値)。
requestCert: クライアントに証明書を要求するかどうか (真偽値)。
ca: 信頼された認証局 (CA) の証明書の配列またはBuffer (クライアント証明書認証に使用)。
cert: サーバの証明書 (通常は公開鍵を含む) を含むBufferまたは文字列。
key: サーバの秘密鍵を含むBufferまたは文字列。

接続リスナー関数 (上記例の (socket) => { ... })

tls.createServer() の第二引数として渡されるこの関数は、クライアントがサーバに正常に接続し、TLS/SSLハンドシェイクが完了した後に呼び出されます。この関数には、クライアントとの間でデータを送受信するための tls.TLSSocket オブジェクトが引数 (socket) として渡されます。

一般的なエラーとトラブルシューティング

- エラーメッセージの例
  - Error: ENOENT: no such file or directory, open './server-key.pem' (ファイルが見つからない)
  - Error:0906D06C:PEM routines:PEM_read_bio:no start line (PEM形式ではない、または内容が不正)
  - Error:0B080074:x509 certificate routines:X509_check_private_key:key values mismatch (秘密鍵と証明書が一致しない)
- 原因
  - key または cert オプションで指定したファイルのパスが間違っている。
  - 秘密鍵または証明書ファイルが存在しない。
  - ファイルの内容がPEM形式 (Base64エンコードされたテキスト形式) でない。
  - 秘密鍵と証明書がペアになっていない (異なるものが指定されている)。
- トラブルシューティング
  - ファイルパスが正しいか確認してください。
  - 指定されたファイルが存在することを確認してください。
  - 秘密鍵と証明書ファイルの内容が正しいPEM形式であることを確認してください (-----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- や -----BEGIN CERTIFICATE----- で始まっているかなど)。
  - OpenSSLなどのツールを使って、秘密鍵と証明書が対応しているか確認してください (openssl rsa -noout -modulus -in server-key.pem | openssl x509 -noout -modulus -in server-cert.pem | diff).
ポート競合 (Port Already in Use)
- エラーメッセージの例
  - Error: listen EADDRINUSE :::8000 (指定されたポートが既に使用されている)
- 原因
  - 他のアプリケーションやNode.jsプロセスが、tls.createServer() で指定したポートをすでに使用している。
- トラブルシューティング
  - 別のポート番号に変更して試してください。
  - 現在どのプロセスがそのポートを使用しているかを確認し、必要であればそのプロセスを停止してください (例: netstat -tulnp (Linux/macOS), netstat -ano (Windows) コマンド)。
TLS/SSL バージョンと暗号スイートに関するエラー (TLS/SSL Version and Cipher Suite Errors)
- エラーメッセージの例
  - Error: TLSV1_ALERT_PROTOCOL_VERSION (プロトコルのバージョンが合わない)
  - クライアント側で接続エラーが発生し、具体的なエラーメッセージがない場合も、暗号スイートの不一致が原因のことがあります。
- 原因
  - サーバとクライアントでサポートしているTLS/SSLのバージョンが異なる。
  - サーバとクライアントで共通の暗号スイートがない。
  - tlsOptions で明示的に設定したバージョンや暗号スイートがクライアントと互換性がない。
- トラブルシューティング
  - tlsOptions で minVersion、maxVersion、ciphers オプションの設定を見直し、クライアントがサポートしているバージョンや暗号スイートと互換性があるか確認してください。
  - 可能であれば、より新しいTLSバージョン (TLS 1.2 以降) を使用するように設定することを推奨します。
  - クライアント側の設定も確認してください。
クライアント証明書認証に関するエラー (Client Certificate Authentication Errors)
- エラーメッセージの例
  - Error: unable to verify the first certificate (クライアント証明書の検証に失敗)
- 原因
  - サーバ側の ca オプションに、クライアント証明書を発行した認証局 (CA) の証明書が含まれていない。
  - クライアント証明書が無効であるか、期限切れである。
  - requestCert: true と rejectUnauthorized: true が設定されているにもかかわらず、クライアントが有効な証明書を提示していない。
- トラブルシューティング
  - サーバ側の ca オプションに、クライアント証明書を検証するために必要なCA証明書が正しく設定されているか確認してください。
  - クライアント証明書が有効であり、期限切れでないことを確認してください。
  - クライアントが証明書を正しく提示しているか確認してください。
ファイアウォールとネットワークの問題 (Firewall and Network Issues)
- エラーメッセージの例
  - クライアント側で接続タイムアウトが発生する。
  - サーバに接続できない。
- 原因
  - サーバまたはクライアントのファイアウォールが、指定されたポートへの接続をブロックしている。
  - ネットワーク経路に問題がある。
- トラブルシューティング
  - サーバ側のファイアウォール設定を確認し、指定したポートへのインバウンド接続を許可しているか確認してください。
  - クライアント側のファイアウォール設定も確認してください。
  - ネットワーク接続が正常であることを確認してください (ping コマンドなどで疎通確認)。
非同期処理に関するエラー (Asynchronous Operation Errors)
- エラーメッセージの例
  - エラーメッセージがコンソールに出力されない、または予期しないタイミングでエラーが発生する。
- 原因
  - 証明書ファイルの読み込み (fs.readFileSync) などの同期処理を、メインスレッドで行っているために、サーバの起動がブロックされたり、エラー処理が適切に行われなかったりする。
- トラブルシューティング
  - 証明書ファイルの読み込みには、非同期API (fs.readFile など) を使用し、コールバック関数や Promise を適切に処理してください。
SNI (Server Name Indication) に関するエラー
- エラーメッセージの例
  - 複数の仮想ホストを設定している場合に、意図しない証明書が提示される。
- 原因
  - SNIの設定が正しく行われていない。
- トラブルシューティング
  - tls.createServer() の SNICallback オプションを使用して、リクエストされたホスト名に基づいて適切な証明書を返すように実装してください。

トラブルシューティングの一般的なヒント

Node.js のバージョンを確認する
古いNode.jsのバージョンには既知のバグが含まれている可能性があります。最新の安定版にアップデートすることを検討してください。
ネットワークツールを活用する
netstat、tcpdump、Wireshark などのネットワーク監視ツールを使用して、ネットワークの状況やパケットの流れを確認します。
シンプルな構成で試す
まずは最小限の設定でサーバを起動し、徐々に複雑な設定を追加していくことで、問題の切り分けがしやすくなります。
ログ出力を増やす
サーバとクライアントのログ出力を増やし、接続やハンドシェイクの過程で何が起こっているかを確認します。
エラーメッセージをよく読む
エラーメッセージには、問題の原因に関する重要な情報が含まれています。

基本的なTLSサーバの例

この例では、自己署名証明書を使用して基本的なTLSサーバを構築します。

const tls = require('tls');
const fs = require('fs');

// サーバの秘密鍵と証明書を読み込む
const privateKey = fs.readFileSync('./server-key.pem');
const certificate = fs.readFileSync('./server-cert.pem');

const options = {
  key: privateKey,
  cert: certificate,
};

// TLSサーバを作成
const server = tls.createServer(options, (socket) => {
  console.log('クライアントが接続しました:', socket.remoteAddress);

  // クライアントからデータを受信した時の処理
  socket.on('data', (data) => {
    console.log('クライアントからのデータ:', data.toString());
    socket.write('メッセージを受信しました！');
  });

  // クライアントが切断した時の処理
  socket.on('end', () => {
    console.log('クライアントが切断しました。');
  });
});

const port = 8000;
server.listen(port, () => {
  console.log(`TLSサーバがポート ${port} で起動しました。`);
});

// 自己署名証明書と秘密鍵の生成例 (OpenSSLを使用)
// openssl genrsa -out server-key.pem 2048
// openssl req -new -key server-key.pem -out server-req.pem
// openssl x509 -req -days 365 -in server-req.pem -signkey server-key.pem -out server-cert.pem

この例では、まず fs.readFileSync() を使ってサーバの秘密鍵 (server-key.pem) と証明書 (server-cert.pem) を読み込みます。これらのファイルは、OpenSSLなどのツールを使って事前に生成しておく必要があります。

次に、これらの鍵と証明書を options オブジェクトに格納し、tls.createServer(options, (socket) => { ... }) を呼び出してTLSサーバのインスタンスを作成します。

コールバック関数内の socket オブジェクトは、クライアントとの接続を表す tls.TLSSocket のインスタンスです。ここでは、クライアントからのデータ受信 ('data' イベント) と切断 ('end' イベント) を処理しています。

最後に、server.listen(port, () => { ... }) で指定されたポートでサーバを起動します。

クライアント証明書認証を要求するTLSサーバの例

この例では、クライアントに証明書を要求し、信頼された認証局 (CA) の証明書を使ってクライアント証明書を検証します。

const tls = require('tls');
const fs = require('fs');

const privateKey = fs.readFileSync('./server-key.pem');
const certificate = fs.readFileSync('./server-cert.pem');
const caCertificate = fs.readFileSync('./ca-cert.pem'); // CA証明書

const options = {
  key: privateKey,
  cert: certificate,
  ca: [caCertificate], // 信頼するCA証明書のリスト
  requestCert: true, // クライアントに証明書を要求する
  rejectUnauthorized: true, // 無効なクライアント証明書を拒否する
};

const server = tls.createServer(options, (socket) => {
  console.log('クライアントが接続しました:', socket.remoteAddress);
  console.log('クライアント証明書:', socket.getPeerCertificate());

  socket.on('data', (data) => {
    console.log('クライアントからのデータ:', data.toString());
    socket.write('認証成功！メッセージを受信しました！');
  });

  socket.on('end', () => {
    console.log('クライアントが切断しました。');
  });

  socket.on('error', (err) => {
    console.error('ソケットエラー:', err);
  });
});

const port = 8001;
server.listen(port, () => {
  console.log(`クライアント証明書認証付きTLSサーバがポート ${port} で起動しました。`);
});

// CA証明書の生成例 (自己署名CAの場合)
// openssl genrsa -out ca-key.pem 2048
// openssl req -new -x509 -days 3650 -key ca-key.pem -out ca-cert.pem
//
// クライアント証明書の署名例
// openssl genrsa -out client-key.pem 2048
// openssl req -new -key client-key.pem -out client-req.pem
// openssl x509 -req -days 365 -in client-req.pem -CA ca-cert.pem -CAkey ca-key.pem -set_serial 01 -out client-cert.pem

この例では、options オブジェクトに ca (信頼するCA証明書の配列)、requestCert: true (クライアントに証明書を要求する)、rejectUnauthorized: true (認証されていないクライアントを拒否する) を設定しています。

接続リスナー関数内では、socket.getPeerCertificate() を呼び出すことで、接続してきたクライアントの証明書情報を取得できます。

SNI (Server Name Indication) を使用したTLSサーバの例

SNIは、同じIPアドレスとポート上で複数の異なるドメイン名に対して異なるSSL/TLS証明書を提供するための仕組みです。

const tls = require('tls');
const fs = require('fs');

const serverOptions = {
  SNICallback: (servername, cb) => {
    let options;
    if (servername === 'example.com') {
      options = {
        key: fs.readFileSync('./example.com-key.pem'),
        cert: fs.readFileSync('./example.com-cert.pem'),
      };
    } else if (servername === 'another.com') {
      options = {
        key: fs.readFileSync('./another.com-key.pem'),
        cert: fs.readFileSync('./another.com-cert.pem'),
      };
    } else {
      // デフォルトの証明書
      options = {
        key: fs.readFileSync('./default-key.pem'),
        cert: fs.readFileSync('./default-cert.pem'),
      };
    }
    cb(null, tls.createSecureContext(options));
  },
};

const server = tls.createServer(serverOptions, (socket) => {
  console.log('クライアントが接続しました (SNI):', socket.remoteAddress, socket.servername);

  socket.on('data', (data) => {
    console.log('クライアントからのデータ:', data.toString());
    socket.write(`Hello from ${socket.servername}!`);
  });

  socket.on('end', () => {
    console.log('クライアントが切断しました。');
  });
});

const port = 8002;
server.listen(port, () => {
  console.log(`SNI対応TLSサーバがポート ${port} で起動しました。`);
});

// 各ドメインの証明書と秘密鍵を事前に用意する必要があります。
// example.com-key.pem, example.com-cert.pem
// another.com-key.pem, another.com-cert.pem
// default-key.pem, default-cert.pem

この例では、serverOptions オブジェクトに SNICallback 関数を設定しています。この関数は、クライアントが接続時に提示するサーバ名 (servername) に基づいて、適切な証明書と秘密鍵を含む tls.SecureContext オブジェクトを返します。これにより、同じIPアドレスとポートで複数のドメインに対して異なる証明書を提供できます。

TLSセッション再開 (Session Resumption) の設定例

TLSセッション再開は、クライアントとサーバが以前のTLSセッションの情報を再利用することで、ハンドシェイクのコストを削減する仕組みです。

const tls = require('tls');
const fs = require('fs');

const privateKey = fs.readFileSync('./server-key.pem');
const certificate = fs.readFileSync('./server-cert.pem');

const options = {
  key: privateKey,
  cert: certificate,
  // セッションキャッシュを有効にする (デフォルトで有効)
  // sessionCache: new Map(), // カスタムのセッションキャッシュを使用する場合

  // セッションチケットを有効にする (推奨)
  ticketKeys: Buffer.from('some 32-byte random key'), // 32バイトのランダムなキー
};

const server = tls.createServer(options, (socket) => {
  console.log('クライアントが接続しました (セッションID):', socket.getSession());

  socket.on('data', (data) => {
    socket.write('メッセージを受信しました！');
  });
});

const port = 8003;
server.listen(port, () => {
  console.log(`TLSサーバ (セッション再開有効) がポート ${port} で起動しました。`);
});

// クライアント側もセッション再開に対応している必要があります。

この例では、options オブジェクトで sessionCache (デフォルトで Map が使用されます) または ticketKeys を設定することで、セッション再開を有効にできます。ticketKeys の使用がより推奨されています。

https モジュール

最も一般的で重要な代替方法は、Node.jsの標準モジュールである https を使用することです。https モジュールは、HTTP over TLS (HTTPS) を簡単に扱うための機能を提供しており、内部的には tls モジュールを利用しています。

const https = require('https');
const fs = require('fs');

const options = {
  key: fs.readFileSync('./server-key.pem'),
  cert: fs.readFileSync('./server-cert.pem'),
};

const server = https.createServer(options, (req, res) => {
  res.writeHead(200);
  res.end('Hello HTTPS!');
});

const port = 443; // HTTPSのデフォルトポート
server.listen(port, () => {
  console.log(`HTTPSサーバがポート ${port} で起動しました。`);
});

利点

一般的なユースケース
WebアプリケーションやAPIなど、HTTPSを使用する一般的なシナリオに適しています。
高レベルな抽象化
TLSの設定を options オブジェクトに記述するだけで、HTTPSサーバを簡単に構築できます。
HTTPプロトコルとの統合
HTTPリクエスト (req) とレスポンス (res) を扱うための便利なオブジェクトとAPIが提供されます。

欠点

HTTPに特化
TLS上の任意のプロトコルを扱いたい場合には、直接 tls.createServer() を使用する必要があります。

フレームワークによる抽象化 (Express.js など)

Webアプリケーションフレームワークである Express.js などは、HTTPSサーバの作成をさらに簡略化する機能を提供しています。

const express = require('express');
const https = require('https');
const fs = require('fs');

const app = express();

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello from Express over HTTPS!');
});

const options = {
  key: fs.readFileSync('./server-key.pem'),
  cert: fs.readFileSync('./server-cert.pem'),
};

const port = 443;
https.createServer(options, app).listen(port, () => {
  console.log(`Express HTTPSサーバがポート ${port} で起動しました。`);
});

利点

簡潔なコード
HTTPSサーバの作成とアプリケーションのロジックをより簡潔に記述できます。
ルーティングやミドルウェアなどの機能
Webアプリケーション開発に必要な多くの機能がフレームワークによって提供されます。

欠点

フレームワークへの依存
フレームワークの学習コストや制約が生じる可能性があります。

TLSソケットの直接操作

tls.connect() を使用してTLSクライアントを作成し、サーバ側では tls.createServer() で作成したサーバの connection イベントをリッスンすることで、より低レベルなTLSソケットの操作が可能です。これは、特定のプロトコルをTLS上で独自に実装する場合などに有用です。

// サーバ側 (tls.createServer) は前述の例と同様

// クライアント側の例 (tls.connect)
const tls = require('tls');
const fs = require('fs');

const options = {
  host: 'localhost',
  port: 8000,
  key: fs.readFileSync('./client-key.pem'), // クライアント証明書 (必要な場合)
  cert: fs.readFileSync('./client-cert.pem'), // クライアント証明書 (必要な場合)
  ca: [fs.readFileSync('./server-cert.pem')], // サーバ証明書を信頼するためのCA (自己署名証明書の場合)
  rejectUnauthorized: false, // 自己署名証明書のため (本番環境では false にしないでください)
};

const client = tls.connect(options, () => {
  console.log('TLS接続が確立しました！');
  client.write('これはクライアントからの安全なメッセージです。\n');
});

client.on('data', (data) => {
  console.log('サーバからのデータ:', data.toString());
  client.end();
});

client.on('end', () => {
  console.log('接続が閉じられました。');
});

client.on('error', (err) => {
  console.error('クライアントエラー:', err);
});

利点

低レベルな制御
TLSハンドシェイクや暗号化の詳細をより細かく制御できます。
柔軟性
TLSソケットを直接操作できるため、HTTP以外のプロトコルやカスタムのプロトコルをTLS上で実装できます。

欠点

複雑性
HTTPなどの高レベルなプロトコルを扱う場合は、自身でパースや処理を実装する必要があります。

QUIC/HTTP/3 (実験的)

Node.jsの比較的新しいバージョンでは、実験的ながら QUIC (Quick UDP Internet Connections) およびその上で動作する HTTP/3 のサポートが提供されています。これらは、従来のTCP/TLSベースのHTTP/2よりもパフォーマンスと信頼性の向上を目指した新しいプロトコルです。

// (Node.js のバージョンと設定によっては利用できない場合があります)
// これは概念的な例であり、実際のコードは異なる可能性があります。
// また、現時点ではまだ実験的な機能です。

// 例: quic モジュール (もし存在する場合)
// const quic = require('quic');
// const fs = require('fs');

// const options = {
//   key: fs.readFileSync('./server-key.pem'),
//   cert: fs.readFileSync('./server-cert.pem'),
//   // その他の QUIC 固有のオプション
// };

// const server = quic.createServer(options, (session) => {
//   session.on('stream', (stream) => {
//     stream.respond({
//       'content-type': 'text/plain',
//     });
//     stream.end('Hello from QUIC!');
//   });
// });

// const port = 4433; // QUIC の一般的なポート
// server.listen(port, () => {
//   console.log(`QUICサーバがポート ${port} で起動しました。`);
// });

利点

信頼性
UDPベースでありながら、信頼性のあるデータ転送を実現します。
パフォーマンス
TCPのヘッドオブラインブロッキング問題の解消や、コネクション確立の高速化などが期待されます。

対応状況
クライアント側の対応もまだ発展途上です。
実験的
まだ開発段階であり、APIが変更される可能性があります。

Node.js TLS/SSL newSession イベントの仕組みと活用方法

もう少し詳しく説明すると、以下のようになります。リスナーの引数イベントリスナー関数には、通常、確立された新しいセッションに関する情報を持つオブジェクトが引数として渡されます。具体的なオブジェクトの型やプロパティは、Node. js のバージョンやモジュールの詳細によって異なる場合がありますが、セッションIDなどの情報が含まれていることが多いです。

Node.js イベント駆動：OCSPRequest イベントハンドラの書き方

もう少し詳しく説明します。OCSP とはその役割OCSP は、X.509 デジタル証明書の失効ステータスをリアルタイムで確認するためのプロトコルです。従来の証明書失効リスト (CRL) と比較して、よりタイムリーで効率的な失効確認方法を提供します。

Node.js プログラミング：OCSPResponse イベントの基礎から応用、エラー対策

より具体的に説明すると、以下のようになります。OCSP (Online Certificate Status Protocol) とは？まず、OCSPは、X.509デジタル証明書の有効性をリアルタイムで確認するためのプロトコルです。通常、証明書の有効性は失効リスト (CRL: Certificate Revocation List) を参照することで確認されますが、CRLはサイズが大きくなる可能性があり、更新頻度も高くない場合があります。OCSPは、証明書の発行局 (CA: Certificate Authority) が運用するOCSPレスポンダと呼ばれるサーバーに問い合わせることで、特定の証明書が現在有効かどうかを即座に確認できます。