• 보통 서버가 클라이언트 인증을 확인하는 방식은 대표적으로 쿠키, 세션, 토큰 3가지 방법이 있다.
• 쿠키 인증
  • 키, 값 형식의 문자열 덩어리
  • 클라이언트가 어떠한 웹사이트를 방문할 경우, 그 사이트가 사용하고 있는 서버를 통해 클라이언트의 브라우저에 설치되는 작은 기록 정보 파일
  • 각 사용자마다 브라우저에 정보를 저장하니 고유 정보 식별이 가능한 것
  1. 브라우저가 서버에 요청을 보냄
  2. 서버는 클라이언트의 요청에 대한 응답을 작성할 때, 클라이언트 측에 저장하고 싶은 정보를 응답 헤더의 set-cookie에 담음
  3. 이후 해당 클라이언트는 요청을 보낼 때마다, 매번 저장 된 쿠키를 요청 헤더의 쿠키에 담아 보냄
  • 서버는 쿠키에 담긴 정보를 바탕으로 해당 요청의 클라이언트가 누군지 식별하거나 정보를 바탕으로 추천 광고를 띄우거나함
  • 쿠키 방식의 단점
    • 보안에 취약
    • 쿠키에는 용량 제한이 있음
    • 웹 브라우저마다 쿠키에 대한 지원 형태가 다르기 때문에 브라우저간 공유가 불가능
    • 쿠키의 사이즈가 커질 수록 네트워크에 부하가 심해짐
• 세션 인증
  • 이러한 쿠키의 보안적인 이슈 때문에, 세션은 비밀번호 등 클라이언트의 민감한 정보를 브라우저가 아닌 서버 측에 저장하고 관리함
  • 서버의 메모리에 저장하기도 하고, 서버의 로컬 파일이나 데이터베이스에 저장하기도 함
  • 핵심은 민감한 정보를 클라이언트에 보내지말고 서버에서 모두 관리한다는 점
  • 세션 객체는 어떤 형태로 이루어져 있을까?
    • 세션 객체는 키에 해당하는 세션 id와 이에 대응하는 value로 구성이 되어있다.
    • value에는 세션 생성 시간, 마지막 접근 시간 및 user가 저장한 속성 등이 map 형태로 저장 됨
  • 세션 인증 방식
    • 유저가 웹사이트에서 로그인하면 세션이 서버 메모리(혹은 데이터베이스)상에 저장됨
    • 이때, 세션을 식별하기 위한 세션 id를 기준으로 정보를 저장
    • 서버에서 브라우저에 쿠키에다가 세션 Id를 저장
    • 쿠키에 정보가 담겨있기 때문에 브라우저는 해당 사이트에 대한 모든 요청에 세션id를 쿠키에 담아 전송
    • 서버는 클라이언트가 보낸 세션 id와 서버 메모리로 관리하고 있는 세션 id를 비교하여 인증을 수행
  • 세션 방식의 단점
    • 쿠키를 포함한 요청이 외부에 노출되더라도 세션 id자체는 유의미한 개인정보를 담고 있지 않지만 해커가 세션 id자체를 탈취하여 클라이언트인 척 위장할 수 있다는 한계가 존재
    • 이는 서버에서 ip특정을 통해 해결할 수 있긴함
    • 서버에서 세션 저장소를 사용하므로 요청이 많아지면 서버에 부하가 심해짐
• 토큰 인증
  • 토큰 기반 인증 시스템은 클라이언트가 서버에 접속을 하면 서버에서 해당 클라이언트에게 인증되었다는 의미로 토큰을 부여
  • 이 토큰은 유일하며 토큰을 발급받은 클라이언트는 또 다시 서버에 요청을 보낼 때 요청 헤더에 토큰을 심어서 보냄
  • 그러면 서버는 클라이언트로부터 받은 토큰을 서버에서 제공한 토큰과의 일치 여부를 체크하여 인증 과정을 처리하게 됨
  • 기존의 세션 기반 인증은 서버가 파일이나 데이터베이스에 세션 정보를 가지고 있어야 하고 이를 조회하는 과정이 필요하기 때문에 많은 오버헤드가 발생
  • 하지만 토큰은 세션과 달리 서버가 아닌 클라이언트에 저장 되기 때문에 메모리나 스토리지 등을 통해 세션을 관리했던 서버의 부담을 덜 수 있음
  • 토큰 자체에 데이터가 들어있기 때문에 클라이언트에서 받아 위조되었는지 판별만 하면 되기 때문
  • 토큰은 앱과 서버가 통신 및 인증할 때 가장 많이 사용됨
  • 왜냐하면 웹에는 쿠키와 세션이 있지만 앱에서는 없기 때문
  • 서버(세션) 기반 인증 시스템
    • 서버의 세션을 사용해 사용자 인증을 하는 방법으로 서버측에서 사용자의 인증정보를 관리함
    • 그러다 보니, 클라이언트로부터 요청을 받으면 클라이언트의 상태를 계속해서 유지해놓고 사용됨
    • 이는 사용자가 증가함에 따라 성능의 문제를 일으킬 수 있으며 확장성이 어렵다는 단점이 있음
  • 토큰 기반 인증 시스템
    • 이러한 단점을 극복하기 위해 토큰 기반 인증 시스템이 나타남
    • 인증받은 사용자에게 토큰을 발급하고, 로그인이 필요한 작업일 경우 헤더에 토큰을 함께 보내 인증받은 사용자인지 확인
    • 이는 서버 기반 인증 시스템과 달리 상태를 유지하지 않음
  • 토큰 인증 방식
    • 사용자가 아이디와 비밀번호로 로그인
    • 서버측에서 사용자(클라이언트)에게 유일한 토큰을 발급
    • 클라이언트는 서버 측에서 전달 받은 토큰을 쿠키나 스토리지에 저장해두고, 서버에 요청을 할 때마다 해당 토큰을 http요청 헤더에 포함시켜 전달
    • 서버는 전달받은 토큰을 검증하고 요청에 응답
    • 토큰에는 요청한 사람의 정보가 담겨있기에 서버는 db를 조회하지 않고 누가 요청하는지 알 수 있음
  • 토큰 방식의 단점
    • 쿠키/세션과 다르게 토큰 자체의 데이터 길이가 길어, 인증 요청이 많아질 수록 네트워크 부하가 심해질 수 있음
    • payload자체는 암호화되지 않기 때문에 유저의 중요한 정보는 담을 수 없음
    • 토큰을 탈취 당하면 대처하기 어려움(따라서 사용기간 제한을 설정하는 식으로 극복)

JWT 이란(JSON Web token)

jwt란 인증에 필요한 정보들을 암호화시킨 json토큰을 의미
jwt기반 인증은 jwt토큰(access token)을 http 헤더에 실어 서버가 클라이언트를 식별하는 방법

• jwt는 json 데이터를 Base64 URL-safe Encode를 통해 인코딩하여 직렬화한 것이며, 토큰 내부에는 위변조 방지를 위해 개인키를 통한 전자서명도 들어있음
• 따라서 사용자가 jwt를 서버로 전송하면 서버는 서명을 검증하는 과정을 거치게 되며 검증이 완료되면 요청한 응답을 돌려줌
• Base64 URL-safe Encode 는 일반적인 Base64 Encode 에서 URL 에서 오류없이 사용하도록 '+', '/' 를 각각 '-', '_' 로 표현한 것이다.

JWT 구조

• jwt는 . 를 구분자로 나누어지는 세가지 문자열의 조합
• .을 기준으로 좌측부터 header, payload, signature를 의미함
• header에는 jwt에서 사용할 타입과 해시 알고리즘의 종류가 담겨있음
• payload는 서버에서 첨부한 사용자 권한 정보와 데이터가 담겨있음
• signature에는 header, payload를 Base64 URL-safe Encode 를 한 이후 Header 에 명시된 해시함수를 적용하고, 개인키(Private Key)로 서명한 전자서명이 담겨있다.

실제 디코딩 된 jwt 구조

• header
  • alg: 서명화 알고리즘
  • ty;" 토큰 유형
• payload
  • 토큰에서 사용할 정보의 조각들인 claim이 담겨있음(실제 jwt를 통해서 알 수 있는 데이터)
    • key-value 형식으로 이루어진 한 쌍의 정보를 Claim
  • 즉, 서버와 클라이언트가 주고받는 시스템에서 실제로 사용될 정보에 대한 내용을 담고 있는 섹션
  • 페이로드는 정해진 데이터 타입은 없지만, 대표적으로 Registered claims, Public claims, Private claims 이렇게 세 가지로 나뉜다.
    • Registed claims : 미리 정의된 클레임.
      • iss(issuer; 발행자),
      • exp(expireation time; 만료 시간),
      • sub(subject; 제목),
      • iat(issued At; 발행 시간),
      • jti(JWI ID)
    • Public claims : 사용자가 정의할 수 있는 클레임 공개용 정보 전달을 위해 사용
    • Private claims : 해당하는 당사자들 간에 정보를 공유하기 위해 만들어진 사용자 지정 클레임. 외부에 공개되도 상관없지만 해당 유저를 특정할 수 있는 정보들을 담는다
• signature
  • 시그니처에서 사용하는 알고리즘은 헤더에서 정의한 알고리즘 방식(alg)을 활용
  • 시그니처의 구조는 (헤더+페이로드)와 서버가 갖고 있는 유일한 키값을 합친 것을 헤더에서 정의한 알고리즘으로 암호화
  • 토큰의 위변조 여부를 확인하는데 사용

jwt 인코딩 / 디코딩 해보기

• 직접 jwt토큰을 생성해 연습해보고 싶다면, 아래 공식사이트에서 쉽게 jwt토큰을 인코딩(생성) 하거나 디코딩 할 수 있음

jwt를 이용한 인코딩 과정

1. 사용자가 id, pw를 입력하여 서버에 로그인 인증 요청
2. 서버에서 클라이언트로부터 인증 요청을 받으면, header, payload, signature를 정의한다.

• header, payload, signature를 각각 더 암호화하여 jwt를 생성하고 이를 쿠키(응답헤더)에 담아 클라이언트에 발급함

3. 클라이언트는 서버로부터 받은 jwt를 로컬 스토리지에 저장함(쿠키나 다른 곳에 저장할 수도 있음)

• api에 서버를 요청할 때 Authorization header에 Access Token을 담아서 보낸다.

4. 서버가 할일은 클라이언트가 헤더에 담아서 보낸 jwt가 내 서버에서 발행한 토큰인지 일치 여부를 확인하여 일치한다면 인증을 통과시켜주고 아니라면 통과시키지 않으면 된다.
5. 클라이언트가 서버에 요청을 했는데, 만일 엑세스 토큰의 시간이 만료되면 클라이언트는 리프레시 토큰을 이용해서 서버로부터 새로운 엑세스 토큰을 발급받는다.

토큰 인증 신뢰성을 가지는 이유

• 서버는 토큰 안에 들어있는 정보가 무엇인지 아는게 중요한 것이 아니라 해당 토큰이 유효한 토큰인지 확인하는 것이 중요하기 때문에, 클라이언트로부터 받은 jwt의 헤더, 페이로드를 서버의 키값을 이용해 시그니처를 다시 만들고 이를 비교하여 일치했을 경우 인증을 통과시킴

jwt 장점

• 헤더와 페이로드를 가지고 시그니쳐를 생성하므로 데이터 위변조를 막을 수 있다.
• 인증 정보에 대한 별도의 저장소가 필요 없다.
• jwt는 토큰에 대한 기본 정보와 전달할 정보 및 토큰이 검증되었음을 증명하는 서명 등 필요한 모든 정보를 자체적으로 지니고 있다.
• 클라이언트 인증 정보를 저장하는 세션과 다르게, 서버는 무상태가 되어서 서버 확장ㅅ엉 우수
• 토큰 기반으로 다른 로그인 시스템에 접근 및 권한 공유 가능
• OAuth의 경우 Facebook, Google 등 소셜 계정을 이용하여 다른 웹서비스에서도 로그인을 할 수 있다.
• 모바일 어플리케이션 환경에서도 잘 동작한다. (모바일은 세션 사용 불가능)

jwt access token / refresh token

• 다만 이 jwt도 제 3자에게 토큰 탈취의 위험성이 있기 때문에, 그대로 사용하는 것이 아닌 access token, refresh token으로 이중으로 나누어 인증을 하는 방식을 현업에서 취함
• Access Token 과 Refresh Token은 둘다 똑같은 JWT이다.
• 토큰이 어디에 저장되고 관리되느냐에 따른 사용 차이
• Access Token
  • 클라이언트가 갖고있는 실제로 유저의 정보가 담긴 토큰으로, 클라이언트에서 요청이 오면 서버에서 해당 토큰에 있는 정보를 활용하여 사용자 정보에 맞게 응답을 진행
  • 접근에 관여하는 토큰
• Refresh Token
  • 새로운 Access Token을 발급해주기 위해 사용하는 토큰으로 짧은 수명을 가지는 Access Token에게 새로운 토큰을 발급해주기 위해 사용.
  • 해당 토큰은 보통 데이터베이스에 유저 정보와 같이 기록.
  • 재발급에 관여하는 토큰
• JWT 인증 방식을 만약 Access Token 만을 이용하면, Access Token은 발급된 이후 서버에 저장되지 않고 클라이언트에 저장되어 토큰 자체로 검증을 하며 사용자 권한 인증을 진행하기 때문에, Access Token이 탈취되면 토큰이 만료되기 전 까지, 토큰을 획득한 사람은 누구나 권한 접근이 가능해지는 문제점이 있었다.
• 토큰의 유효 시간을 부여하여 탈취 문제에 대해 대응을 하기도 하지만, 만일 유효 기간이 짧을 경우 그만큼 사용자는 로그인을 자주해야 하는 번거로움이 있다.
  따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 Refresh Token 이라는 추가적인 토큰을 활용하여 토큰을 이중 장막을 쳐서 보다 보안을 강화하는 식으로 보면 된다.

Refresh token이 왜 필요한가

• Access Token 만을 통한 인증 방식의 문제는 만일 제 3자에게 탈취당할 경우 보안에 취약하다는 점
  • Access Token은 발급된 이후, 서버에 저장되지 않고 토큰 자체로 검증을 하며 사용자 권한을 인증하기 떄문에, Access Token이 탈취되면 토큰이 만료되기 전 까지, 토큰을 획득한 사람은 누구나 권한 접근이 가능해 지기 때문이다.
• JWT는 발급한 후 삭제가 불가능하기 때문에, 접근에 관여하는 토큰에 유효시간을 부여하는 식으로 탈취 문제에 대해 대응을 하여야 한다.
• 이처럼 토큰 유효기간을 짧게하면 토큰 남용을 방지하는 것이 해결책이 될 수 있지만, 유효기간이 짧은 Token의 경우 그만큼 사용자는 로그인을 자주 해서 새롭게 Token을 발급받아야 하므로 불편하다는 단점
• 이때 “그러면 유효기간을 짧게 하면서 좋은 방법이 있지는 않을까?”라는 질문의 답이 바로 Refresh Token이다.
• 이름이 다르지만 형태 자체는 Refresh Token은 Access Token과 똑같은 JWT
• 단지 Access Token은 접근에 관여하는 토큰이고, Refresh Token은 재발급에 관여하는 토큰 이므로 행하는 역할이 다르다고 보면 된다.

예시

• 예를 들어 처음에 로그인했을 때, 서버는 로그인을 성공시키면서 클라이언트에게 엑세스 토큰과, 리프레시 토큰을 동시에 발급
• 서버는 데이터베이스에 리프레시 토큰을 저장하고, 클라이언트는 엑세스 토큰과, 리프레시 토큰을 쿠키, 세션 혹은 웹스토리지에 저장하고 요청이 있을때마다 이 둘을 헤더에 담아서 보냄
• 이 리프레시 토큰은 긴 유효기간을 가지면서, 엑세스 토큰이 만료됬을 때 새로 재발급해주는 열쇠가 됨
• 따라서 만일 만료된 엑세스 토큰을 서버에 보내면, 서버는 같이 보내진 리프레시 토큰을 db에 있는 것과 비교해서 일치하면 다시 엑세스 토큰을 재발급하는 간단한 원리
• `사용자가 로그아웃을 하면 저장소에서 리프레시 토큰을 삭제하여 사용이 불가능하도록 하고 새로 로그인하면 서버에서 다시 재발급해서 db에 저장함