[JWT] JWT 토큰이란? 토큰 기반 인증 방식

Cookie 인증 방식

쿠키는 Key-Value 형식의 문자열 덩어리이다.

클라이언트가 어떠한 웹사이트를 방문할 경우, 그 사이트가 사용하고 있는 서버를 통해 클라이언트의 브라우저에 설치되는 작은 기록 정보 파일이다.

각 사용자마다의 브라우저에 정보를 저장하니 고유 정보 식별이 가능한 것이다.

Cookie 방식의 단점

• 가장 큰 단점은 보안에 취약하다.
• 요청 시 쿠키의 값을 그대로 보내기 때문에 유출 및 조작 당할 위험이 존재한다.
• 쿠키에는 용량 제한이 있어 많은 정보를 담을 수 없다.
• 웹 브라우저마다 쿠키에 대한 지원 형태가 다르기 때문에 브라우저간 공유가 불가능하다.
• 쿠키의 사이즈가 커질수록 네트워크에 부하가 심해진다.

Session 인증 방식

쿠키의 보안적인 이슈 때문에 클라이언트의 민감한 인증 정보를 브라우저가 아닌 서버 측에 저장하고 관리한다.

Session 방식의 단점

• 쿠키를 포함한 요청이 외부에 노출되더라도 세션 ID 자체는 유의미한 개인정보를 담고 있지 않는다.
• 그러나 해커가 세션 ID 자체를 탈취하여 클라이언트인척 위장할 수 있다는 한계가 존재한다. (이는 서버에서 IP특정을 통해 해결 할 수 있긴 하다)
• 서버에서 세션 저장소를 사용하므로 요청이 많아지면 서버에 부하가 심해진다.

토큰 인증 방식

토큰 기반 인증 시스템은 클라이언트가 서버에 접속을 하면 서버에서 해당 클라이언트에게 인증되었다는 의미로 토큰을 부여한다.

이 토큰은 유일하며 토큰을 발급받은 클라이언트는 또 다시 서버에 요청을 보낼 때 요청 헤더에 토큰을 심어 보낸다.

그러면 서버에서는 클라이언트로부터 받은 토큰을 서버에서 제공한 토큰과의 일치 여부를 체크하여 인증 과정을 처리한다.

토큰 인증 방식 장점

• 기존의 세션기반 인증은 서버가 파일이나 데이터베이스에 세션정보를 가지고 있어야 하고 이를 조회하는 과정이 필요하기 때문에 많은 오버헤드가 발생한다.
• 하지만 토큰은 세션과는 달리 서버가 아닌 클라이언트에 저장되기 때문에 메모리나 스토리지 등을 통해 세션을 관리했던 서버의 부담을 덜 수 있다.

서버 기반 인증 방식 vs 토큰 기반 인증 방식

서버(세션) 기반 인증 시스템

• 서버의 세션을 사용해 사용자 인증을 하는 방법으로 서버측에 사용자의 인증정보를 관리하는 것을 의미한다.
• 그러므로 클라이언트의 상태를 계속 유지해놓고 사용하는 Stateful한 상태가 된다.
• 이는 사용자가 증가함에 따라 성능의 문제를 일으킬 수 있으며 확장성이 어렵다는 단점을 지닌다.

토큰 기반 인증 시스템

• 위의 단점을 극복하기 위해 나왔다.
• 인증받은 사용자에게 토큰을 발급하고, 인증이 필요한 과정에 헤더에 토큰을 함께 보내 인증 사용자를 판별한다.
• 이는 클라이언트의 상태를 유지하지 않으므로 Stateless한 상태를 갖고있다.

Token 방식의 단점

• 쿠키/세션과 다르게 토큰 자체의 데이터 길이가 길어, 인증 요청이 많아질수록 네트워크 부하가 심해질수 있다.
• Payload 자체는 암호화되지 않기 때문에 유저의 중요한 정보는 담을 수 없다.
• 토큰을 탈취당하면 대처하기 어렵다.
• 이미 발급된 토큰에 대해서는 돌이킬 수 없다.

JWT (Json Web Tokens) 란?

서버간에 정보를 JSON 객체로 안전하게 전송하기 위하 간결하고 독립적인 방법을 정의하는 개방형 표준이다.

쉽게 말하자면, 인증에 필요한 정보들을 암호화 시킨 JSON 토큰이다.

JWT는 JSON 데이터를 Base64 URL-safe Encode 를 통해 인코딩하여 직렬화한 것이며, 위변조 방지를 위해 개인키를 통한 Verify Signature도 존재한다.

JWT의 구조

JWT는 Header, Payload, Signature 로 구성되어 있다.

• Header : Signature 를 해싱하기 위한 알고리즘 정보.
• Payload : 서버와 클라이언트가 주고받는 시스템에서 실제 사용될 정보.
• Signature : 토큰의 유효성 검증을 위한 문자열

JWT = base64urlEncoding(header) + '.' + base64urlEncoding(payload) + '.' + base64urlEncoding(signature)

secrect key -> 토큰의 암호화 복호화를 위한 secret key로서 이후 HS256 알고리즘을 사용하기 위해, 256비트보다 커야한다.
알파벳은 한단어 당 8bit 이므로 32글자 이상이면 된다.

Base64는 왜 쓰는걸까?

1.통신할 때 문자는 os가 알아서 바이너리로 바꾼다.

2.특수한 문자는 os마다 바꾸는 방법이 다를 수 있다.

3.애플리케이션에서 안전한 문자로 바꿔서 os에게 주자.

Header

• 일반적으로 JWT인 토큰 유형과 HMAC SHA256 또는 RSA 와 같은 서명 알고리즘의 두 부분으로 구성된다
• Base64Url 로 인코딩되어 JSON 웹 토큰의 첫 번째 부분을 형성한다

Payload

• 표준 등록 클레임 7개 및 사용자 지정 클레임으로 이뤄진다
  • Registerd Claims (등록된 클레임)
    • iss: 토큰을발급한발급자(issuer)
    • sub: 토큰의주제혹은제목(subject)
    • aud: 토큰을사용할수신자(audience)
    • exp: 토큰만료시간(expirationTime),언제나 현재 시간보다 이후로 설정되어 있어야 한다
    • nbf: notbefore의 의미로 이 시간 이전에는 토큰을 처리하지 않아야 함을 의미한다.
    • iat: 토큰이발급된시간(issuedat)
    • jti: JWT의고유식별자로서중복방지를위해 사용하며, 일회용 토큰(Access Token 등) 에 사용한다.
  • Public Claims (사용자 지정 클레임)

    {
      "username": "onjsdnjs",
      "age": "10"
    }

Refresh Token

사용이유

• Access Token(jwt)가 탈취당할 경우를 대비하여 만든 토큰
  • Access Token이 공격자에게 탈취당해도 서버는 공격자와 사용자를 구별할 방법이 없다.
  • Access Token의 만료기간을 줄여 탈취당했을 때 피해를 최소화 하고자 함
• 사용자 인증이 아닌 Access Token을 생성하는 용도로 사용

사용방법

1. Access Token의 유효 기간을 짧게 설정한다.
2. Refresh Token의 유효 기간은 길게 설정한다.
3. 사용자는 Access Token과 Refresh Token을 둘 다 서버에 전송하여 전자로 인증하고 만료됐을 시 후자로 새로운 Access Token을 발급받는다.
4. 공격자는 Access Token을 탈취하더라도 짧은 유효 기간이 지나면 사용할 수 없다.
5. 정상적인 클라이언트는 유효 기간이 지나더라도 Refresh Token을 사용하여 새로운 Access Token을 생성, 사용할 수 있음.

한계점

1. Refresh Token이 탈취당할 경우
2. Access Token과 Refresh Token이 둘 다 탈취당할 경우

1번에 대한 대책은 세울 수 있으나 2번같은 경우는 완전히 해킹당한 것

탈취에 대한 해결방안

DB 혹은 Redis에 Access Token과 Refresh Token의 정보를 저장하고 비교한다
1.데이터베이스에 각 사용자에 1대1로 맵핑되는 Access Token, Refresh Token 쌍을 저장한다.
2. 정상적인 사용자는 기존의 Access Token으로 접근하며 서버측에서는 데이터베이스에 저장된 Access Token과 비교하여 검증한다.
3. 공격자는 탈취한 Refresh Token으로 새로 Access Token을 생성한다. 그리고 서버측에 전송하면 서버는 데이터베이스에 저장된 Access Token과 공격자에게 받은 Access Token이 다른 것을 확인한다.
4. 만약 데이터베이스에 저장된 토큰이 아직 만료되지 않은 경우, 즉 굳이 Access Token을 새로 생성할 이유가 없는 경우 서버는 Refresh Token이 탈취당했다고 가정하고 두 토큰을 모두 만료시킨다.
5. 이 경우 정상적인 사용자는 자신의 토큰도 만료됐으니 다시 로그인해야 한다. 하지만 공격자의 토큰 역시 만료됐기 때문에 공격자는 정상적인 사용자의 리소스에 접근할 수 없다.

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참조
https://jwt.io/introduction

https://inpa.tistory.com/entry/WEB-%F0%9F%93%9A-JWTjson-web-token-%EB%9E%80-%F0%9F%92%AF-%EC%A0%95%EB%A6%AC#thankYou

https://aljjabaegi.tistory.com/659

https://jwt.io/