인증과 인가, JWT

들어가며

프론트 작업을 하다보면 사용자에 대한 정보를 이용한 작업이나 확인여부를 가지고 작업을 하는 경우가 필요한데 서버가 클라이언트 인증을 확인하는 방법들과 JWT 토큰 인증에 대해서 정리하는 시간을 가져보려 합니다.

인증과 인가

인증(Authentication) - 사용자의 신원을 검증하는 행위 ( 비밀번호, 일회용 핀, 인증 앱, 생체인식 등)

인가(Authorization) - 사용자에게 특정 리소스나 기능에 액세스할 수 있는 권한을 부여하는 프로세스

비교

인증과 인가는 로그인 프로세스에서 서로 다른 단계로 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

인증 방식 종류

인증 방식에는 크게 3가지가 있는데 Cookie / Session / Token 인증이 있다. 각각의 장단점을 한번씩 정리해보겠습니다.

Cookie 인증

쿠키는 키-밸류 형식의 문자열로 구성되어 있고 클라이언트가 웹사이트를 방문할 때, 사이트가 사용하고 있는 서버를 통해 클라이언트의 브라우저에 설치되는 기록 정보 파일입니다.

과정

1. 브라우저가 서버에 요청을 보냅니다.
2. 서버는 클라이언트의 요청에 응답할 때, 클라이언트에 저장하고 싶은 정보를 응답 헤더의 Set-Cookie에 담아 보냅니다.
3. 이후 해당 클라이언트는 요청을 보낼 때마다, 저장된 쿠키를 요청 헤더의 Cookie에 담아 보냅니다.

쿠키 방식의 단점은 쿠키 값이 그대로 노출되어 있기때문에 보안에 취약하고 용량제한이 존재한다 는 것입니다. 또한 웹 브라우저마다 형태가 다르므로 공유가 불가능하고 사이즈가 커질 수록 네트워크 부하가 생기는 것도 문제입니다.

Session 인증

쿠키의 보안적인 이슈로 세션은 인증 정보를 브라우저가 아닌 서버 측에 저장하고 관리하는 방식입니다. 세션 객체는 키에 해당하는 Session ID와 Value로 구성되어 있고 Value에는 생성 시간, 마지막 접근 시간, 데이터 등이 Map 형태로 저장됩니다.

과정

1. 유저가 로그인 하면 세션이 서버상에 저장합니다.
2. 서버에서 브라우저에 쿠키에 session id를 저장합니다.
3. 브라우저는 사이트에 대한 모든 요청에 session id를 쿠키에 담아 전송합니다.
4. 서버는 session id를 비교하여 인증을 수행합니다.

세션 방식의 단점은 Session id 자체를 탈취하여 위장을 할 수 있는 가능성이 있고, 서버에 세션 저장소를 사용하기 때문에 요청이 많아지면 서버 부하가 심해지는 단점이 있습니다.

Token 인증

클라이언트가 접속하게 되면 서버에서 인증되었다는 의미의 토큰을 부여합니다. 이 토큰은 고유하며 클라이언트는 서버에 요청할 때마다 토큰을 같이 보냅니다. 서버에서는 해당 토큰으로 인증 과정을 처리합니다.
세션 인증에서는 세션정보를 서버에 가지고 있어야 하고 조회하는 과정이 필요하기 때문에 오버헤드가 발생하는데 토큰은 클라이언트에 저장되기 때문에 서버의 부담을 줄일 수 있습니다.
토큰은 앱과 서버가 통신 및 인증할때 가장 많이 사용하는데 앱은 쿠키와 세션이 없기 때문입니다.

과정

1. 유저가 로그인 하면 서버에서 고유한 토큰을 발급합니다.
2. 클라이언트는 전달받은 토큰을 쿠키나 스토리지에 저장하고, 서버에 요청을 할 때마다 해당 토큰을 HTTP 요청 헤더에 포함시켜 전달합니다.
3. 서버는 전달받은 토큰을 안증하고 요청에 응답합니다. 토큰에는 요청한 사람의 정보가 담겨있기에 서버는 DB를 조회하지 않고 누가 요청하는지 알 수 있습니다.

토큰 방식의 단점은 쿠키/세션보다 데이터 길이가 길고 요청이 많아지면 네트워크 부하가 많아질 가능성이 있고 payload 자체는 암호화가 안되서 중요한 정보를 담기에는 무리가 있습니다.
또한, 토큰 자체를 탈취당하면 대처하기 어렵습니다.

JWT (JSON Web Token) 이란

JWT는 인증에 필요한 정보를 암호환 JSON 토큰입니다. 그리고 토큰 인증 방식과 비슷한 과정을 가집니다. JWT는 JSON 데이터를 Base64 인코딩하여 직렬화 한것으로 내부에는 위변조 방지를 위한 개인키를 통한 전자서명이 존재하는데 따라서 서버는 서명을 검증하는 과정을 거치고 검증이 완료되면 요청에 대한 응답을 진행합니다.

JWT 구조

JWT는 . 을 구분자로 세 가지 문자열의 조합을 가지고 있습니다.

Header(헤더).Payload(내용).Signature(서명)

헤더 - JWT에서 사용할 타입, 알고리즘의 종류 기재
내용 - 사용자 권한 정보와 데이터
서명 - 헤더에 명시된 해시함수를 적용하고, 개인키로 서명한 전자 서명이 있음

//Header
{
	"alg": "HS256", // 서명 암호와 알고리즘 ( ex: HMAC SHA256, RSA)
    "typ": "JWT", // 토큰 유형
}

//Payload
{
	"jit": "1234", 						// Registered Claim
    "exp": "162143000000",				// Registered Claim
    "https://story.pxd.co.kr" : true,	// Public Claim
    "username":"jun"					// Private Claim
}

//signature
HMACSHA256(
	base64UrlEncode(header) + "." +
    base64UrlEncode(payload),
    사용자 키 // 유일한 키 값
)

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 사용한다.
  Private claims : 해당하는 당사자들 간에 정보를 공유하기 위해 만들어진 사용자 지정 클레임. 외부에 공개되도 상관없지만 해당 유저를 특정할 수 있는 정보들을 담고 있습니다.

헤더와 페이로드는 단순히 인코딩 된 값이므로 제 3자가 복호화를 통해 데이터를 확인 할 수 있지만 서명은 서버에서 관리하는 비밀키가 유출 되지 않는 이상 복호화할 수 없기 때문에 안전하다고 볼 수 있습니다.

JWT 인코딩 / 디코딩은 여기서 해볼 수 있습니다.

과정

1. 로그인 요청을 하면 서버에서 Header, PayLoad, Signature를 정의하고 인코딩 이후 한번더 암호화 하여 JWT를 만들고 쿠키에 담아 클라이언트에게 보냅니다.
2. 클라이언트는 JWT를 로컬 스토리지 등에 저장하고 API서버에 요청할때 헤더에 토큰을 담아 보냅니다.
3. 해당 JWT를 서버에서 일치 여부를 확인하고 인증여부를 체크합니다. 인증이 되면 응답을 보내줍니다.
4. 클라이언트가 서버에 요청을 했는데 토큰의 기간이 만료된 상태이면 리프레시 토큰을 이용해서 새로운 토큰을 발급합니다.

토큰 인증 신뢰성을 가지는 이유

예를 들어 페이로드를 바꾸었다고 가정하여도 서버는 토큰 안에 들어있는 정보가 중요한 것이 아니고 해당 토큰이 유효한 토큰인지 확인하는 것이 중요하므로 클라이언트한테 받은 JWT의 헤더, 페이로드를 서버의 key값을 이용해 시그니처를 다시 만들고 이를 비교해서 일치하면 인증을 합니다.

장단점 정리

JWT 장점

1. 데이터 위변조를 막을 수 있다.
2. 인증 정보에 대한 별도의 저장소가 필요없다.
3. JWT는 검증 정보, 데이터 정보 등 모든 정보를 자체적으로 가지고 있다.
4. 다른 로그인 시스템에 접근 및 권한 공유가 가능하다. (ex. 타 브라우저 등)
5. OAuth의 경우 소셜 계정을 이용하여 다른 웹서비스에서도 로그인이 가능하다.
6. 앱 환경에서도 잘 동작한다.

JWT 단점

1. 토큰 자체에 모든 정보를 담고 있으므로 양날의 검이 될 수 있다.
2. 토큰 길이가 길기 때문에 네트워크에 부하를 줄 수 있다.
3. payload는 인코딩/디코딩만으로 데이터를 볼 수 있으므로 중요데이터를 넣으면 안된다.
4. 토큰 자체를 탈취당하면 대처가 어렵다.

참조

JWT 토큰 인증 이란?
인증과 인가