토큰 기반 자격 증명

김준영·2023년 5월 15일

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HTTP 프로토콜은 request를 전송한 후, response를 수신하게 되면 연결을 끊는 비 연결성의 특성을 가지고 있다.
또한 request와 response에 대한 상태를 저장하지 않는 비 상태성의 특성이 있기 때문에 로그인 인증이 성공적으로 수행되었다 하더라도 서버 측에서는 매번 request를 수신할 때마다 이 request가 인증된 사용자가 보낸 request인지 알 방법이 없다.

이러한 HTTP 특성으로 인해 사용자의 인증이 성공적으로 이루어졌을 때, 인증된 사용자 request의 상태를 유지하기 위한 수단이 필요하게 되었으며 대표적인 수단이 바로 세션이다.

세션 기반 자격 증명 방식

서버 측에 인증된 사용자의 정보를 세션 형태로 세션 저장소에 저장하는 방식입니다.

즉, 클라이언트 측에서 서버 측의 리소스를 요청하면 서버 측에서는 "서버 측 리소스를 요청하는 클라이언트에게 우리가 정보를 줘도 괜찮은가?" 를 확인하기 위해 서버 측 세션 저장소에 저장된 세션 정보와 사용자가 제공하는 정보가 일치하는지 확인하는 방식입니다.

✅ 세션 기반 자격 증명의 특징

세션은 인증된 사용자 정보를 서버 측 세션 저장소에서 관리합니다.
생성된 사용자 세션의 고유 ID인 세션 ID는 클라이언트 쿠키에 저장되어 request 전송 시, 인증된 사용자인지를 증명하는 수단으로사용됩니다.
세션 ID만 클라이언트 쪽에서 사용하므로 상대적으로 적은 네트워크 트래픽을 사용합니다.
서버 측에서 세션 정보를 관리하므로 보안성 측면에서 더 유리합니다.
서버의 확장성 면에서는 세션 불일치 문제가 발생할 가능성이 높습니다.
세션 데이터가 많아질수록 서버의 부담이 가중될 수 있습니다.
SSR 방식의 애플리케이션에 적합한 방식입니다.

토큰 기반 자격 증명 방식

애플리케이션에서 사용되는 토큰 역시 인증된 사용자의 자격을 증명하는 동시에 접근 권한을 부여해 접근 권한이 부여된 특정 리소스에만 잡근할 수 있게 하는 역할을 합니다.

✅ 토큰 기반 자격 증명의 특징

토큰에 포함된 인증된 사용자 정보는 서버 측에서 별도의 관리를 하지 않습니다.
생성된 토큰을 헤더에 포함해 request 전송 시, 인증된 사용자인지를 증명하는 수단으로 사용됩니다.
토큰 내에 인증된 사용자 정보등을 포함하고 있으므로 세션에 비해 상대적으로 많은 네트워크 트래픽을 사용합니다.
기본적으로 서버 측에서 토큰을 관리하지 않으므로 보안성 측면에서 조금 더 불리합니다.
인증된 사용자 request의 상태를 유지할 필요가 없기 때문에 서버의 확장성 면에서 유리하고, 세션 불일치 같은 문제가 발생하지 않습니다.
토큰에 포함되는 사용자 정보는 토큰의 특성상 암호화가 되지 않기 때문에 공격자에게 토큰이 탈취될 경우, 사용자 정보를 그대로 제공하는 셈이 됩니다. 따라서 민감한 정보는 토큰에 포함하지 말아야 합니다.
기본적으로 토큰이 만료되기 전까지 토큰을 무효화시킬 수 없습니다.
CSR 방식의 애플리케이션에 적합한 방식입니다.

세션의 경우 서버 확장 시, 세션 불일치 문제가 발생할 수 있지만 Sticky Session, Session Clustering, Session 저장소의 외부 분리 등의 작업을 통해 보완하고 있습니다.

그리고 토큰의 경우, 기본적으로 토큰 무효화를 할 수 없지만 key/value 쌍의 형태로 저장되는 Redis 같은 인메모리 DB에 무효화시키고자 하는 토큰의 만료 시간을 짧게 주어 해당 토큰을 사용하지 못하게 하는 등의 방법을 사용해 토큰 무효화 문제를 보완하고 있습니다.

JWT(JSON Web Token)

데이터를 안전하고 간결하게 전송하기 위해 고안된 인터넷 표전 인증 방식으로써 토큰 인증 방식에서 가장 범용적으로 사용되며 JSON 포맷의 토큰 정보를 인코딩 후, 인코딩 된 토큰 정보를 Secret Key로 서명한 메시지를 Web Token으로써 인증 과정에 사용합니다.

종류

액세스 토큰(Access Token)
리프레시 토큰(Refresh Token)

Access Token은 보호된 정보들(사용자 이메일, 연락처, 사진 등)에 접근할 수 있는 권한 부여에 사용합니다.

클라이언트가 처음 인증을 받게 될 때(로그인 시), Access Token, Refresh Token 두 가지를 다 받지만, 실제로 권한을 얻는 데 사용하는 토큰은 Access Token입니다.

Access Token이 악의적인 사용자가 탈취했다면 자신이 사용자인 것처럼 여러 요청을 보낼 수 있습니다.

그렇기 때문에 Access Token에는 비교적 짧은 유효 기간을 주어 탈취되더라도 오랫동안 사용할 수 없게끔 합니다.

Access Token의 유효기간이 만료되면 Refresh Token을 사용하여 새로운 Access Token을 발급받으며, 사용잔는 다시 로그인 인증을 할 필요가 없습니다.

만약 Refresh Token도 탈취당한다면?

유효기간이 긴 Refresh Token 마저 탈취당한다면 큰 문제가 될 것입니다.
Refresh Token을 이용해 Access Token을 다시 발급받으면 사용자에게 피해를 입힐 수 있기 때문입니다.

그렇기 때문에 사용자의 편의보다 정보를 지키는 것이 더 중요한 웹 애플리케이션은 Refresh Token을 사용하지 않는 곳이 많습니다.

구조

Header는 이것이 어떤 종류의 토큰인지, 어떤 알고리즘으로 Sign할지 정의합니다.

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

이 JSON 객체를 base64 방식으로 인코딩하면 JWT의 첫 번째 부분이 완성됩니다.

Payload

서버에서 활용할 수 있는 사용자의 정보가 담겨 있습니다.

어떤 정보에 접근 가능한지에 대한 권한, 사용자의 이름 등 필요한 데이터를 담을 수 있습니다.

Payload는 다음으로 설명할 Signature를 통해 유효성이 검증될 정보이긴 하지만, 민감한 정보는 담지 않는 것이 좋습니다.

{
  "sub": "someInformation",
  "name": "phillip",
  "iat": 151623391
}

Signature

base64로 인코딩 된 첫 번째, 그리고 두 번째 부분이 완성되었다면, Signature에서는 원하는 비밀 키(Secret Key)와 Header에서 지정한 알고리즘을 사용하여 Header와 Payload에 대해서 단방향 암호화를 수행합니다.

이렇게 암호화된 메시지는 토큰의 위변조 유무를 검증하는 데 사용됩니다.

예를 들어, 만약 HMAC SHA256 알고리즘(암호화 방법 중 하나)을 사용한다면 Signature는 아래와 같은 방식으로 생성됩니다.

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + '.' + base64UrlEncode(payload), secret);

토큰 기반 인증 절차

클라이언트가 서버에 아이디/비밀번호를 담아 로그인 요청을 한다.
아이디/비밀번호가 일치하는지 확인하고, 클라이언트에게 보낼 암호화된 토큰을 생성합니다.
- Access Token, Refresh Token을 모두 생성합니다.
- 토큰에 담길 정보(Payload)는 사용자 식별 정보, 권한 정보 등이 될수 있습니다.
- Refresh Token 이용해 새로운 Access Token을 생성할 것이므로 두 종류의 토큰이 같은 정보를 담을 필요는 없습니다.
토큰을 클라이언트에게 전송하면, 클라이언트는 토큰을 저장합니다.
- 저장하는 위치는 Local Storage, Session Storage, Cookie 등이 될 수 있습니다.
클라이언트가 HTTP Header(Authorization Header) 또는 쿠키에 토큰을 담아 request를 전송합니다.
- Bearer authentication을 이용합니다.
서버는 토큰을 검증하고 올바른 토큰이면, 클라이언트의 요청을 처리한 후 응답을 보내준다.

장점과 단점

장점

상태를 유지하지 않고(Stateless), 확장에 용이한(Scalable) 애플리케이션을 구현하기 용히합니다.
- 서버는 클라이언트에 대한 정보를 저장할 필요 없습니다.
- 클라이언트는 request를 전송할 때마다 토큰을 헤더에 포함시키면 됩니다.
- 여러 대의 서버를 이용한 서비스라면 하나의 토큰으로 여러 서버에서 인증이 가능하기 때문에 JWT를 사용하는 것이 효과적입니다. 만약 세션 방식이라면 모든 서버가 해당 사용자의 세션 정보를 공유하고 있어야 합니다.
클라이언트가 request를 전송할 때마다 자격 증명 정보를 전송할 필요가 없습니다.
- HTTP Basic 같은 인증 방식은 request를 전송할 때마다 자격 증명 정보를 포함해야 하지만 JWT의 경우 토큰이 만료되기 전까지는 한번의 인증만 수행하면 됩니다.
인증을 담당하는 시스템을 다른 플랫폼으로 분리하는 것이 용이합니다.
- 사용자의 자격 증명 정보를 직접 관리하지 않고, Github, Google 등의 다른 플랫폼의 자격 증명 정보로 인증하는 것이 가능합니다.
- 토큰 생성용 서버를 만들거나, 다른 회사에서 토큰 관련 작업을 맡기는 것 등 다양한 활용이 가능합니다.
권한 부여에 용이하다
- 토큰의 Payload(내용물) 안에 해당 사용자의 권한 정보를 포함하는 것이 용이합니다.

단점

Payload는 디코딩이 용이합니다.
- Payload는 base64로 인코딩 되기 때문에 토큰을 탈취하여 Payload를 디코딩하면 토큰 생성 시 저장한 데이터를 확인할 수 있습니다. 따라서 Payload에는 민감한 정보를 포함하지 않아야 합니다.
토큰의 길이가 길어지면 네트워크에 부하를 줄 수 있습니다.
- 토큰에 저장하는 정보의 양이 많아질수록 토큰의 길이는 길어집니다. 따라서 request를 전송할 때마다 길이가 긴 토큰을 함께 전송하면 네트워크에 부하를 줄 수 있습니다.
토큰은 자동으로 삭제되지 않습니다.
- 즉 한 번 생성된 토큰은 자동으로 삭제되지 않기 때문에 토큰 만료 시간을 반드시 추가해야 합니다.
- 또한 토큰이 탈취된 경우 토큰의 기한이 만료될 때까지 토큰 탈취자가 해당 토큰을 정상적으로 이용할 수 있으므로 만료 시간을 너무 길게 설정하지 않아야 합니다.

김준영

ㅎㅎ

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