📌 JWT란?

• Json Web Token
• Json 포맷을 이용하여 사용자에 대한 속성을 저장하는 Claim 기반의 Web Token
• T는 토큰 자체를 정보로 사용하는 Self-Contained 방식으로 정보를 안전하게 전달한다.

애플리케이션이 실행될 때, JWT를 static 변수와 로컬 스토리지에 저장하게 된다. static 변수에 저장되는 이유는 HTTP 통신을 할 때마다 JWT를 HTTP 헤더에 담아서 보내야 하는데, 이를 로컬 스토리지에서 계속 불러오면 오버헤드가 발생하기 때문이다. 클라이언트에서 JWT를 포함해 요청을 보내면 서버는 허가된 JWT인지를 검사한다. 또한 로그아웃을 할 경우 로컬 스토리지에 저장된 JWT 데이터를 제거한다. (실제 서비스의 경우에는 로그아웃 시, 사용했던 토큰을 blacklist라는 DB 테이블에 넣어 해당 토큰의 접근을 막는 작업을 해주어야 한다.)

📌 JWT 구조

✔ Header(헤더)

• 토큰의 헤더는 typ과 alg 두 가지 정보로 구성된다.
• alg: 헤더(Header)를 암호화 하는 것이 아니고, Signature를 해싱하기 위한 알고리즘을 지정하는 것이다.
• typ: 토큰의 타입을 지정 ex) JWT
  alg: 알고리즘 방식을 지정하며, 서명(Signature) 및 토큰 검증에 사용
  ex) HS256(SHA256) 또는 RSA
  {
  "alg": "HS256",
  "typ": JWT
  }
  

✔ PayLoad(페이로드)

• 토큰의 페이로드에는 토큰에서 사용할 정보의 조각들인 클레임(Claim)이 담겨 있다.

• 클레임은 총 3가지로 나누어지며, Json(Key/Value) 형태로 다수의 정보를 넣을 수 있다.

(1) 등록된 클레임(Registered Claim)

• 등록된 클레임은 토큰 정보를 표현하기 위해 이미 정해진 종류의 데이터

• 모두 선택적으로 작성이 가능하며 사용할 것을 권장한다.

• 또한 JWT를 간결하게 하기 위해 key는 모두 길이 3의 String이다. 여기서 subject로는 unique한 값을 사용하는데, 사용자 이메일을 주로 사용한다.

  • iss: 토큰 발급자(issuer)
  • sub: 토큰 제목(subject)
  • aud: 토큰 대상자(audience)
  • exp: 토큰 만료 시간(expiration), NumericDate 형식으로 되어 있어야 함 ex) 1480849147370
  • nbf: 토큰 활성 날짜(not before), 이 날이 지나기 전의 토큰은 활성화되지 않음
  • iat: 토큰 발급 시간(issued at), 토큰 발급 이후의 경과 시간을 알 수 있음
  • jti: JWT 토큰 식별자(JWT ID), 중복 방지를 위해 사용하며, 일회용 토큰(Access Token) 등에 사용

(2) 공개 클레임(Public Claim)

공개 클레임은 사용자 정의 클레임으로, 공개용 정보를 위해 사용된다. 충돌 방지를 위해 URI 포맷을 이용하며, 예시는 아래와 같다.

{
"https://mangkyu.tistory.com": true
}

(3) 비공개 클레임(Private Claim)

비공개 클레임은 사용자 정의 클레임으로, 서버와 클라이언트 사이에 임의로 지정한 정보를 저장한다. 아래의 예시와 같다.

{
"token_type": access
}

📌 동작 과정

1. 사용자가 id와 password를 입력하여 로그인을 시도합니다.
2. 서버는 요청을 확인하고 secret key를 통해 Access token을 발급합니다.
3. JWT 토큰을 클라이언트에 전달 합니다.
4. 클라이언트에서 API 을 요청할때 클라이언트가 Authorization header에 Access token을 담아서 보냅니다.
5. 서버는 JWT Signature를 체크하고 Payload로부터 사용자 정보를 확인해 데이터를 반환합니다.
6. 클라이언트의 로그인 정보를 서버 메모리에 저장하지 않기 때문에 토큰기반 인증 메커니즘을 제공합니다.
   인증이 필요한 경로에 접근할 때 서버 측은 Authorization 헤더에 유효한 JWT 또는 존재하는지 확인한다.
   JWT에는 필요한 모든 정보를 토큰에 포함하기 때문에 데이터베이스과 같은 서버와의 커뮤니케이션 오버 헤드를 최소화 할 수 있습니다.
   Cross-Origin Resource Sharing (CORS)는 쿠키를 사용하지 않기 때문에 JWT를 채용 한 인증 메커니즘은 두 도메인에서 API를 제공하더라도 문제가 발생하지 않습니다.
   일반적으로 JWT 토큰 기반의 인증 시스템은 위와 같은 프로세스로 이루어집니다.
   처음 사용자를 등록할 때 Access token과 Refresh token이 모두 발급되어야 합니다.

📌 JWT 장단점 및 고려사항

✔ 장점

• 사용자 인증에 필요한 모든 정보는 토큰 자체에 포함하기 때문에 별도의 인증 저장소가 필요없다
• 분산 마이크로 서비스 환경에서 중앙 집중식 인증 서버와 데이터베이스에 의존하지 않는 쉬운 인증 및 인가 방법을 제공
• 토큰이 올바르게 서명되었는지 확인하는 것은 CPU 사이클을 필요로하며 IO 또는 네트워크 액세스가 필요하지 않으며 최신 웹 서버 하드웨어에서 확장하기가 쉽다.

✔ 단점

• Self-contained: 토큰 자체에 정보를 담고 있으므로 양날의 검이 될 수 있다.
• 토큰 길이: 토큰의 페이로드(Payload)에 3종류의 클레임을 저장하기 때문에, 정보가 많아질수록 토큰의 길이가 늘어나 네트워크에 부하를 줄 수 있다.
• Payload 인코딩: 페이로드(Payload) 자체는 암호화 된 것이 아니라, BASE64로 인코딩 된 것이다. 중간에 Payload를 탈취하여 디코딩하면 데이터를 볼 수 있으므로, JWE로 암호화하거나 Payload에 중요 데이터를 넣지 않아야 한다.
• Stateless: JWT는 상태를 저장하지 않기 때문에 한번 만들어지면 제어가 불가능하다. 즉, 토큰을 임의로 삭제하는 것이 불가능하므로 토큰 만료 시간을 꼭 넣어주어야 한다.
• Tore Token: 토큰은 클라이언트 측에서 관리해야 하기 때문에, 토큰을 저장해야 한다.

🧩 Reference

• http://www.opennaru.com/opennaru-blog/jwt-json-web-token/
• https://mangkyu.tistory.com/56 [MangKyu's Diary]