쿠키와 세션, 그리고 캐시

이정빈·2024년 4월 30일

네트워크

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쿠키와 세션은 HTTP의 특성 때문에 사용한다. 잠시 HTTP의 특성 중 무상태성(Stateless)에 대해 다시 살펴보자. 만약 HTTP에 대해 잘 모른다면 HTTP 포스팅을 참고하자.

무상태성(Stateless)

HTTP의 무상태성은 HTTP 프로토콜이 클라이언트와 서버 간의 통신을 처리할 때 상태 정보를 유지하지 않는다는 개념이다. 각각의 요청은 독립적으로 처리되며 이전 요청과는 관련이 없다. 서버는 클라이언트의 상태나 이전 요청에 대한 정보를 유지하지 않고, 각 요청을 독립적으로 처리한다.

무상태성에는 상태 정보가 필요한 경우에는 추가적인 처리가 필요하다는 단점이 있다. 예를 들어 사용자 인증 정보나 세션 정보를 유지해야 할 경우에는 클라이언트와 서버 간의 상태를 관리해야 하므로 상태 정보를 관리하기 위해 쿠키나 세션 등의 메커니즘을 사용해야한다.
따라서, 쿠키와 세션은 HTTP의 무상태성 특성을 보완하고자 사용한다.

쿠키(Cookie)

쿠키는 웹 사이트가 클라이언트의 웹 브라우저에 저장하는 작은 데이터 조각이다. HTTP에서 클라이언트의 상태 정보를 클라이언트의 PC에 저장하였다가 필요시 정보를 참조하거나 재사용할 수 있다.

쿠키 특징

이름, 값, 만료일(저장기간), 경로 정보로 구성되어 있다.
클라이언트에 총 300개의 쿠키를 저장할 수 있다.
하나의 도메인 당 20개의 쿠키를 가질 수 있다.
쿠키는 하나의 최대 크기는 4KB이다.

쿠키 종류

영속 쿠키: 만료 날짜를 입력하면 해당 날짜까지 유지
세션 쿠키: 만료 날짜를 생략하면 브라우저 종료시 까지만 유지
여기서의 세션은 연결을 의미하는 세션이므로 아래에 나올 세션과는 무관하다.

쿠키의 동작 순서

클라이언트가 페이지를 요청한다.
웹 서버가 회원정보를 담은 쿠키를 생성한다.
HTTP 헤더 중 Set-Cookie에 쿠키를 포함하여 클라이언트에게 응답한다.
넘겨받은 쿠키는 클라이언트가 쿠키 저장소에 저장한뒤, 이후 요청 시에 요청에 쿠키를 포함해 전송한다.
서버는 클라이언트의 요청으로부터 쿠키를 받아 클라이언트의 신원을 확인한다.

쿠키는 브라우저가 저장하고, 브라우저는 쿠키를 파일 시스템이나 메모리에 저장한다.

쿠키의 사용 예시

로그인: "아이디/비밀번호 기억하기" 체크
광고 팝업: "이 창을 다시 보지 않기" 체크

쿠키의 보안 문제

1. 쿠키 값은 임의로 변경할 수 있다.

클라이언트가 쿠키를 강제로 변경하면 다른 사용자가 된다.
실제 웹브라우저 개발자모드 Application Cookie 변경을 하면 Cookie: memberId=10 을 통해 10번 사용자 정보를 볼 수 있다.

2. 쿠키에 보관된 정보는 훔쳐갈 수 있다.

만약 쿠키에 개인정보가 있는 경우 큰 피해가 발생할 수 있다.
이 정보가 웹 브라우저에도 보관되고, 네트워크 요청마다 계속 클라이언트에서 서버로 전달된다.
쿠키의 정보가 나의 로컬 PC에서 털릴 수도 있고, 네트워크 전송 구간에서 털릴 수도 있다.

3. 해커가 쿠키를 한번 훔쳐가면 평생 사용할 수 있다.

해커가 쿠키를 훔쳐가서 그 쿠키로 악의적인 요청을 계속 시도할 수 있다.

쿠키의 보안 문제 대안

쿠키에 중요한 값을 노출하지 않고, 사용자 별로 예측 불가능한 임의의 토큰(랜덤 값)을 노출하고, 서버에서 토큰과 사용자 id를 매핑해서 인식한다. 그리고 서버에서 토큰을 관리한다.
해커가 토큰을 털어가도 시간이 지나면 사용할 수 없도록 서버에서 해당 토큰의 만료시간을 짧게(예: 30분) 유지한다. 또는 해킹이 의심되는 경우 서버에서 해당 토큰을 강제로 제거한다.

세션(Session)

세션은 일정 시간 동안 같은 사용자(브라우저)로부터 들어오는 일련의 요구를 하나의 상태로 보고, 그 상태를 유지시키는 기술이다.
여기서 일정 시간은 방문자가 웹 브라우저를 통해 웹 서버에 접속한 시점부터 웹 브라우저를 종료하여 연결을 끝내는 시점을 말한다.
즉, 방문자가 웹 서버에 접속해 있는 상태를 하나의 단위로 보고 그것을 세션이라고 한다.

세션 특징

웹 서버에 웹 컨테이너의 상태를 유지하기 위한 정보를 저장한다.
브라우저를 닫거나, 서버에서 세션을 삭제했을 때만 삭제가 되므로, 사용자가 훼손할 수 있는 쿠키보다 보안 측면에서 강점이 있다.
서버 용량 내에서 저장 데이터 크기 제한이 없다.
각 클라이언트에 고유 Session ID를 부여한다. Session ID로 클라이언트를 구분해 각 요구에 맞는 서비스를 제공한다.

세션의 동작 순서

클라이언트가 페이지를 요청한다.
서버는 헤더의 Cookie를 확인하여, 클라이언트가 해당 session-id를 보냈는지 확인한다.
session-id가 존재하지 않는다면 서버는 session-id를 생성한 후 세션 저장소에 session-id와 회원 관련 정보를 매칭해 저장한다.
응답의 Set-Cookie부분에 임의의 값인 session-id만 담아 클라이언트에게 응답한다.
클라이언트는 서버로부터 받은 session-id를 쿠키 저장소에 저장한다.
클라이언트는 이후 서버에 요청시 이 쿠키의 session-id 값을 같이 서버에 전달한다.
서버는 전달받은 session-id로 session에 있는 클라이언트 정보를 가지고 요청을 처리 후 응답한다.

여기서 중요한 점을 보면 클라이언트와 서버는 결국 쿠키로 연결이 되어야 한다는 것과 그 쿠키에는 회원과 관련된 정보는 전혀 클라이언트에 전달하지 않는다는 것이다. 오직 추정 불가능한 세션 ID만 쿠키를 통해 클라이언트에 전달한다.

세션 사용 예시

같은 도메인의 다른 화면으로 이동해도 로그인이 풀리지 않고 로그아웃하기 전까지 로그인이 유지된다.

쿠키의 보안 이슈를 보완한 세션

쿠키 값을 변조 가능한 보안 이슈 -> 예상 불가능한 복잡한 세션Id를 사용한다.
쿠키에 보관하는 정보는 클라이언트 해킹시 털릴 수 있는 이슈 -> 세션Id가 털려도 여기에는 중요한 정보가 없다.
해커가 쿠키 탈취 후 사용하는 이슈 -> 해커가 토큰을 털어가도 시간이 지나면 사용할 수 없도록 서버에서 세션의 만료시간을 짧게(예: 30분) 유지한다. 또는 해킹이 의심되는 경우 서버에서 해당 세션을 강제로 제거하면 된다.

쿠키와 세션의 차이점

세션도 결국 쿠키를 사용하기 때문에 쿠키와 세션은 비슷하다. 하지만 중요한 차이점이 있다.

사용자의 정보가 저장되는 위치가 다르다.

쿠키는 서버의 자원을 전혀 사용하지 않으며, 세션은 서버의 자원을 사용한다.
이로인해 세션이 보안적으로 더 뛰어나다.

라이프 사이클이 비슷하지만 다르다.

쿠키와 세션 모두 만료기간이 있다.
쿠키는 파일로 저장되기 때문에 브라우저를 종료해도 정보를 유지할 수 있다.
세션도 만료기간을 정할 수 있지만, 브라우저가 종료되면 만료기간에 상관없이 삭제된다.

처리 속도가 다르다.

쿠키는 쿠키에 정보가 있기 때문에 서버 요청 시 속도가 빠르다.
세션은 정보가 서버에 있기 때문에 서버의 세션 저장소에서 정보를 가져오는 처리가 요구되어 속도가 느리다.

세션이 더 좋아보이는데, 쿠키를 사용하는 경우는 어떤 경우인가?
세션이 쿠키에 비해 보안이 높은 편이나 쿠키를 사용하는 이유는 세션은 서버에 저장되고, 서버의 자원을 사용하기에 서버 자원에 한계가 있고, 세션 저장으로 인해 서버의 속도가 느려질 수 있기 때문에 자원관리 차원에서 쿠키와 세션을 적절한 요소 및 기능에 병행 사용하여 서버 자원의 낭비를 방지하며 웹사이트의 속도를 높일 수 있다.

캐시(Cache)

캐시(Cache)는 웹 페이지 요소를 저장하기 위한 이미지, 비디오, 오디오, css, js파일 등 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 리소스 파일들의 임시 저장소이다. 즉 캐시는 웹 페이지를 빠르게 렌더링 할 수 있도록 도와주는 기능을 한다. 저장 공간이 작고 비용이 비싼 대신 빠른 성능을 제공한다.
캐시는 다음과 같은 장점이 있다.

같은 웹 페이지에 접속할 때 사용자의 PC에서 로드하므로 서버를 거치지 않아도 된다.
- 따라서 이전에 사용된 데이터가 다시 사용될 가능성이 많으면(특히 정적 요소) 캐시 서버에 있는 데이터를 사용한다.
데이터들에 빠르게 접근할 수 있다. (페이지의 로딩 속도 ↑)

참고로 캐시는 캐시 히트 시에 사용할 수 있다.

캐시 히트(hit) : 캐시를 사용할 수 있는 경우 (ex. 이전에 왔던 요청이랑 같은 게 왔을 때)

캐시 미스(miss) : 캐시를 사용할 수 없는 경우 (ex. 웹서버로 처음 요청했을 때)

쿠키/세션과 캐시의 차이점

캐시(Cache)는 웹 페이지 요소를 저장하기 위한 임시 저장소이고, 쿠키/세션은 클라이언트 정보를 저장하기 위해 사용된다.
따라서 캐시는 웹 페이지를 빠르게 렌더링 할 수 있도록 도와주고, 쿠키/세션은 사용자의 인증을 도와준다.

참고:

https://dev-coco.tistory.com/61 [슬기로운 개발생활:티스토리]
스프링 MVC 2편 - 백엔드 웹 개발 활용 기술(김영한)

이정빈

사용자의 입장에서 생각하며 문제를 해결하는 백엔드 개발자입니다✍