Token 인증과 JWT

Token 인증

토큰 기반 인증 시스템은 클라이언트가 서버에 접속하면  서버에서 해당 클라이언트에게 인증되었다는 의미로 토큰을 부여한다.

이 토큰은 유일하며 토큰을 발급받은 클라이언트는 또 다시 서버에 요청을 보낼 때 요청 헤더에 토큰을 함께 보낸다.

그러면 서버에서는 클라이언트로부터 받은 토큰을, 서버에서 제공한 토큰과 일치하는지를 체크해 인증 과정을 처리하게 된다.

 

 세션기반 인증은 서버가 파일이나 데이터베이스에 세션정보를 가지고 있어야 하고 이를 조회하는 과정이 필요하기 때문에 많은 오버헤드가 발생한다. 하지만 토큰은 세션과 달리 서버가 아닌 클라이언트에 저장되기 때문에 메모리나 스토리지 등을 통해 세션을 관리했던

서버의 부담을 덜 수 있다. 토큰 자체에 데이터가 들어있기 때문에, 클라이언트에서 받아 위조되었는지 판별만 하면 되기 때문이다.

 

 토큰은 앱과 서버가 통신 및 인증할 때 많이 사용된다. 왜냐하면 웹에는 쿠키와 세션이 있지만, 앱에는 없기 때문이다.

 

Session 인증 VS Token 인증

 세션 기반 인증 시스템

서버의 세션을 사용해 사용자 인증을 하는 방법으로 서버 측(서버 램, 데이터베이스)에서 사용자의 인증정보를 관리한다.

그러다 보니, 클라이언트로부터의 요청이 오면 클라이언트의 상태를 유지한다.(Stateful)

이는 사용자가 증가함에 따라 성능의 문제를 일으킬 수 있으며 확장성이 어렵다는 단점이 있다.

 

 토큰 기반 인증 시스템

위의 단점을 극복하기 위해 등장하였다. 인증받은 사용자에게 토큰을 발급하고,

로그인이 필요한 작업일 경우, 헤더에 토큰을 함께 보내 인증받은 사용자인지 확인한다.

이는 클라이언트의 상태를 유지하지 않으므로 Stateless한 특징을 가지고 있다.

 

Token 인증 방식

 

 

1. 사용자가 아이디와 비밀번호로 로그인을 한다.

2. 서버 측에서 사용자에게 유일한 토큰을 발급한다.

3. 사용자(클라이언트)는 서버 측에서 전달받은 토큰을 쿠키나 스토리지에 저장해두고, 서버에 요청을 할 때

해당 토큰을 HTTP 요청 헤더에 포함시켜 전달한다.

4. 서버는 전달받은 토큰을 검증하고 요청에 응답한다. 토큰에는 요청한 사람의 정보가 담겨있기에

서버는 DB를 조회하지 않아도 누가 요청하는지 알 수 있다.

 

Token 방식의 단점

1. 쿠키, 세션과 다르게 토큰 자체의 데이터 길이가 길어 인증 요청이 많아질수록 네트워크 부하가 심해질 수 있다.

2. Payload 자체는 암호화되지 않기 때문에 유저의 중요한 정보는 담을 수 없다.(담으면 안된다)

3. 토큰을 탈취당하면 대처가 어렵다.하지만 토큰 사용 기간 제한을 설정해 이를 방지할 수 있다.

 

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JWT(JSON Web Token)

 

 

 

JWT란 인증에 필요한 정보들을 암호화시킨 JSON 토큰을 의미한다. 그리고 JWT 기반 인증은 JWT 토큰(Access Token)을

HTTP 헤더에 실어 서버가 클라이언트를 식별하는 방식이다.

 

JWT는 JSON 데이터를 *Base64 URL-safe Encode를 통해 인코딩하여 직렬화한 것이며,

토큰 내부에는 위변조 방지를 위해 개인키를 통한 전자서명이 들어있다. 따라서 사용자가 JWT를 서버로 전송하면

서버는 서명을 검증하는 과정을 거치고 검증이 완료되면 요청한 응답을 돌려준다.

 

* Base64 URL-safe Encode 는 Base64 Encode URL에서 오류없이 사용하도록 '+', '/'를 각각 '-', '_' 로 표현한 것이다. )

 

JWT 구조

JWT는 . 을 구분자로 나누어지는 세 가지 문자열의 조합이다.

 

Header에는 JWT의 해시 알고리즘과 사용할 타입이 담겨있으며,

Payload는 서버에서 첨부한 사용자 권한 정보와 데이터가 담겨있다. 토큰에서 사용할 정보의 조각들인 Claim이 담겨있다.

(실제 JWT 를 통해서 알 수 있는 데이터, Key-Value 형식으로 이루어진 한 쌍의 정보를 말한다.)

즉, 서버와 클라이언트가 주고받는 시스템에서 실제로 사용될 정보에 대한 내용을 담고 있다.

Signature에는 Header, Payload를 Base64 URL-safe Encode 한 이후 Header에 명시된 해시함수를 적용하고,

개인키(Private Key)로 서명한 전자서명이 담겨있다. Signature는 서버 측에서 관리하는 비밀키가 유출되지 않는 이상

복호화가 불가능하다. 따라서 Signature는 토큰의 위조 여부를 확인하는데 사용된다.

 

JWT를 이용한 인증 과정

 

 

1. 사용자가 아이디, 비밀번호를 입력해 서버에 로그인 인증을 요청한다.

2. 서버에서 클라이언트로부터 인증 요청을 받으면 Header, Payload, Signature를 정의한다.

각각을 Base64로 한 번 더 암호화해 JWT를 생성하고 이를 쿠키에 담아 클라이언트에게 발급한다.

3. 클라이언트는 서버로부터 받은 JWT를 로컬 스토리지에 저장한다.(쿠키나 다른 곳에 저장가능)

API를 서버에 요청할 때 Authrization header에 Access Token을 담아서 보낸다.

4. 서버가 할 일은 클라이언트가 Header에 담아서 보낸 JWT가 내 서버에서 발행한 토큰인지를 확인 후 일치한다면 인증을 통과시켜주고, 일치하지 않으면 통과를 막는다.

5. 클라이언트가 서버에 요청을 했는데, Access Token이 만료되었다면 클라이언트는 리프래시 토큰으로 서버로부터

Access Token을 받는다.

 

토큰 인증이 신뢰성을 가지는 이유

Client JWT: A(Header)+ B(Payload) + C(Signature)
다른 유저가 B를 임의로 수정 -> A(Header)+ B*(Payload) + C(Signature)
수정된 토큰을 서버에 요청을 보내면 서버는 유효성 검사를 시행
 Client JWT : A + B* + C
 서버에서 검증 후 생성한 JWT : A + B* + C' -> Header와 Payload를 기반으로 만들어지는 Signature가 변경된다. 불일치

 

정리하자면, 서버는 토큰 안에 들어있는 정보가 무엇인지가 중요한 것이 아닌, 해당 토큰이 유효한 토큰인지가 중요하다.

 클라이언트로부터 받은 JWT의 Header, Payload를 서버의 Private Key 값을  이용해 시그니처를 다시 만들고,

일치하는 경우에만 인증을 통과시킨다.

만약 Payload 정보를 악의적으로 수정해도 private key와 함께 encoding 되기에 signature가 일치하지 않기에 인증이 통과되지 않는다.

 

JWT는 인증(서명)이 목적이다.

JWT는 Base64로 암호화하기 때문에 디버거를 사용해 인코딩된 JWT를 복호화할 수 있다. 복호화를 하면 사용자의 데이터를 담은 Payload 가 그대로 노출된다. 그렇기에 Payload에는 비밀번호화 같은 민감한 정보는 넣으면 안된다.

 토큰의 진짜 목적은 정보 보호가 아닌, 위조 방지이다.(복호화하면 정보가 바로 노출된다!) Signature에 사용된 Private Key가 노출되지 않는 이상 데이터를 위조해도 Signature 부분이 다르기에 일치하지 않고 통과가 불가능하게 된다!

 

JWT 장단점

장점:

1. Header와 Payload로 Signature를 생성하므로 데이터 위변조를 막을 수 있다.

2. 인증 정보에 대한 별도의 저장소가 필요없다.

3. JWT는 토큰에 대한 기본 정보와 전달할 정보 및 토큰이 검증되었음을 증명하는 서명 등 필요한 모든 정보를 자체적으로 지니고 있다.

4. 클라이언트 인증 정보를 저장하는 세션과 다르게, 서버는 무상태(Stateless)가 되어 서버 확장성이 우수해질 수 있다.

5. 토큰 기반으로 다른 로그인 시스템에 접근 및 권한 공유가 가능하다.(쿠키와 차이)

6. OAuth의 경우 Facebook, Google 등 소셜 계정을 이용해 다른 웹서비스에서도 로그인을 할 수 있다.

7. 모바일 애플리케이션 환경에서도 잘 동작한다.(모바일은 세션 사용 불가능)

서버에서 가장 피해야 할 것은 DB 조회이다. 서버 자체가 죽는 경우도 있지만, 대부분 DB가 터져서 서버도 함께 죽는 경우가 많기 때문이다. 이런 점에서 JWT 토큰은 DB 조회를 안해도 된다는 장점을 가지고 있다. 
 만약 Payload에 유저이름과 유저등급을 같이 보내면, 서버에서는 유저이름을 가지고 DB를 조회해 유저 등급을 얻지 않아도 바로 원하는 정보를 얻을 수 있다.

 

단점:

1. Self-contained:

 토큰 자체에 정보를 담고 있으므로 양날의 검이 될 수 있다.

2. 토큰 길이:

 토큰의 Payload에 3종류의 claim을 저장하기에, 정보가 많아질수록 토큰의 길이가 늘어나 네트워크에 부하를 줄 수 있다.

3. Payload 인코딩:

 Payload 자체는 암호화된 것이 아니라 Base64로 인코딩된 것이기에, Payload로 데이터를 알 수 있으므로, 중요한 데이터를 넣으면 안된다.

4. Store Token:

 stateless 특징을 가지고 있기에, 토큰은 클라이언트 측에서 관리하고 저장한다. 그렇기에 토큰 자체를 탈취당하면 대처하기 어렵다.

 

Access Token / Refresh Token

JWT도 토큰 탈취의 위험성이 있기 때문에 현업에서는 이중으로 Access Token, Refresh Token 으로 나누어 인증하는 방식을 취한다.

Access Token과 Refresh Token은 둘다 똑같은 JWT이다. 다만 토큰이 어디에 저장되고 관리되느냐에 따른 사용 차이일 뿐이다.

 

1. Access Token: 클라이언트가 갖고있는 실제 유저의 정보가 담긴 토큰으로, 클라이언트에서 요청이 오면

서버에서 해당 토큰에 있는 정보를 활용해 사용자 정보에 맞게 응답을 진행

2. Refresh Token: 새로운 Access Token을 발급해주기 위해 사용하는 토큰으로 짧은 수명을 가지는 Access Token에게

새로운 토큰을 발급해주기 위해 사용. 해당 토큰은 보통 DB에 유저 정보와 같이 기록

 

 즉 Access Token은 접근에 관여하는 토큰, Refresh Token은 재발급에 관여하는 토큰의 역할에 사용되는 JWT이다.

JWT 인증 방식을 Access Token만 이용하면, Access Token은 발급된 이후 서버에 저장되지 않고 클라이언트에 저장되어
토큰 자체로 검증을 하며 사용자 권한 인증을 진행하기 때문에,
토큰이 탈취되면 토큰이 만료되기 전까지 탈취한 사람은 누구나 권한 접근이 가능해지는 문제점이 있다.
 그래서 토큰의 유효 시간을 부여해 탈취 문제에 대해 대응하기도 하지만, 유효 기간이 짧을 경우
사용자는 로그인을 자주해야 하는 버거로움이 생긴다.
 따라서 이런 문제를 해결하기 위해 Refresh Token 이라는 추가적인 토큰을 이용해 이중 장막을 쳐 보안을 강화한다.

 

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출처 : https://inpa.tistory.com/entry/WEB-%F0%9F%93%9A-JWTjson-web-token-%EB%9E%80-%F0%9F%92%AF-%EC%A0%95%EB%A6%AC#token_%EC%9D%B8%EC%A6%9D