[스프링 부트 3] JWT - 1 (토큰 기반 인증, JWT, 액세스 토큰, 리프레시 토큰)

1. 토큰 기반 인증이란?

사용자가 서버에 접근할 때 이 사용자가 인증된 사용자인지 확인하는 방법은 다양하다.

 

대표적인 사용자 인증 확인 방법으로 서버(세션) 기반 인증과 토큰 기반 인증이 있다.

 

 

스프링 시큐리티에서는 기본적으로 세션 기반 인증을 제공해 준다.

[스프링 부트 3] 스프링 시큐리티 - 1 (스프링 시큐리티, 인증과 인가 )

출처: https://gnidinger.tistory.com

세션 기반 인증 : 사용자마다 사용자의 정보를 담은 세션을 생성하고 저장해서 인증하는 과정

 

출처: https://gnidinger.tistory.com

토큰 기반 인증은 토큰을 사용하는 방법이다.

토큰 : 서버에서 클라이언트를 구분하기 위한 유일한 값

 

서버가 토큰을 생성해서 클라이언트에게 제공하면,
클라이언트는 이 토큰을 갖고 있다가 여러 요청을 이 토큰과 함께 신청한다.
서버는 토큰만 보고 유효한 사용자인지 검증하는 과정을 거친다.

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1-1. 토큰을 전달하고 인증받는 과정

출처: https://gnidinger.tistory.com

토큰은 요청과 응답에 함께 보낸다.

1. 클라이언트가 아이디와 비밀번호를 서버에게 전달하면서 인증을 요청한다.
   ↓
2. 서버는 아이디와 비밀번호를 확인해 유효한 사용자인지 검증한다.
   유효한 사용자면 토큰을 생성해서 응답한다.
   ↓
3. 클라이언트는 서버에서 준 토큰을 저장한다.
   ↓
4. 이후 인증이 필요한 API를 사용할 때 토큰을 함께 보낸다.
   ↓
5. 서버는 토큰이 유효한지 검증한다.
   ↓
6. 토큰이 유효하다면 클라이언트가 요청한 내용을 처리한다.

토큰 기반의 인증이 세션 기반 인증과 가장 큰 차이점은 인증된 사용자 정보를 서버 측에서 관리하지 않는다는 점이다.

 

즉, 인증된 사용자의 상태를 유지할 필요가 없다.

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1-2. 토큰 기반 인증의 특징

토큰 기반 인증은 다음과 같은 세 가지 특징을 가지고 있다.

▶ 무상태성

사용자의 인증 정보가 담겨 있는 토큰이 서버가 아닌 클라이언트에 있으므로 서버에 저장할 필요가 없다.

 

서버가 뭔가 데이터를 유지하고 있으려면 그만큼 자원을 소비하지만 토큰 기반 인증은 따로 서버 측에서 관리하지 않는다.

 

토큰 기반 인증에서는 클라이언트에서 인증 정보가 담긴 토큰을 생성하고 인증한다.

 

따라서 클라이언트에서는 사용자의 인증 상태를 유지하면서 이후 요청을 처리해야 하는데 이를 "상태 관리"라고 한다.

 

이렇게 되면, 서버 입장에서는 클라이언트의 인증 정보를 저장하거나 유지하지 않아도 되기 때문에 완전한 무상태로 효율적인 검증을 할 수 있다.

▶ 확장성

무상태성은 확장성에 영향을 준다.

 

서버를 확장할 때 상태 관리를 신경 쓸 필요가 없으니 서버 확장에도 용이하다.

 

클라이언트가 토큰을 가지는 주체이므로, 하나의 토큰으로 여러 서버에 요청을 보낼 수 있다.

 

추가로 페이스북 로그인, 구글 로그인 같이 토큰 기반 인증을 사용하는 다른 시스템에 접근해 로그인 방식을 확장할 수도 있고, 이를 활용해 다른 서비스에 권한을 공유할 수도 있다.

▶ 무결성

토큰 방식은 HMAC 기법이라고도 부른다

HMAC : hased-based meddage authentication 기법,
토큰을 발급한 이후에는 토큰 정보를 변경하는 행위를 할 수 없다.

 

즉, 토큰의 무결성이 보장된다.

만약 누군가 토큰을 한 글자라도 변경하면 서버에서는 유효하지 않은 토큰이라고 판단하는 것이다.

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2. JWT

2-1. JWT 인증 요청 방식

발급받은 JWT를 이용해 인증을 하려면 HTTP 요청 헤더 중에 Authorization 키값에
Bearer + JWT 토큰값을 넣어 보내야 한다.

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2-2. JWT 구조

" . "을 기준으로 헤더, 내용, 서명으로 이루어져 있다.

 

● 헤더

헤더에는 토큰의 타입과 해싱 알고리즘을 지정하는 정보를 담는다.

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

 

      위와 같이 JWT 토큰, HS256 해싱 알고리즘을 사용한다는 정보를 담는다.

이름	설명
typ	토큰의 타입을 지정한다. JWT라는 문자열이 들어가게 된다.
alg	해싱 알고리즘을 지정한다.

 

      헤더의 구성을 표로 정리하면 위와 같다.

 

●  내용

 

토큰과 관련된 정보를 담는다.

 

내용의 한 덩어리를 클레임(claim)이라고 부르며, 클레임은 키값의 한 쌍으로 이루어져 있다.

 

클레임은 등록된 클레임, 공개 클레임, 비공개 클레임으로 나눌 수 있다.

 

• 등록된 클레임
  토큰에 대한 정보를 담는 데 사용한다.

이름	설명
iss	토큰 발급자(issuer)
sub	토큰 제목(subject)
aud	토큰 대상자(audience)
exp	토큰의 만료 시간(expiration). 시간은 NumericDate 형식으로 하며(예: 1480849147370), 항상 현재 시간 이후로 설정한다.
nbf	토큰의 활성 날짜와 비슷한 개념으로 nbf는 Not Before를 의미한다. NumericDate 형식으로 날짜를 지정하며, 이 날짜가 지나기 전까지 토큰이 처리되지 않는다.
iat	토큰이 발급된 시간으로 iat는 issued at을 의미한다.
jti	JWT의 고유 식별자로서 주로 일회용 토큰에 사용한다.

 

• 공개 클레임
  공개되어도 상관없는 클레임을 의미한다.
  충돌을 방지할 수 있는 이름을 가져야 하며, 보통 클레임 이름을 URI로 짓는다.
  
  
• 비공개 클레임
  공개되면 안 되는 클레임을 의미한다. 클라이언트와 서버 간의 통신에 사용된다.

{
  "iss": "ajufresh@gmail.com",    // 등록된 클레임
  "iat": 1622370878,              // 등록된 클레임
  "exp": 1622372678,              // 등록된 클레임
  "https://jhzlo.com/jwt_claims/is_admin": true, // 공개 클레임
  "email": "ajufresh@gamil.com",  // 비공개 클레임
  "hello": "안녕하세요!"           // 비공개 클레임
}

 

위는 JWT의 예시이다.

 

iss, iat, exp는 JWT 자체에서 등록된 클레임이고,

URI로 네이밍 된 것도 공개 클레임이다.

그 외에 등록된 클레임도, 공개 클레임도 아닌 email과 hello는 비공개 클레임 값이다.

 

● 서명

 

서명은 해당 토큰이 조작되었거나 변경되지 않았음을 확인하는 용도로 사용한다.

헤더의 인코딩 값과 내용의 인코딩 값을 한친 후에 주어진 비밀키를 사용해 해시값을 생성한다.

 

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2-3. 리프레시 토큰

토큰 유효기간

그런데 만약 토큰을 주고받는 환경이 보안에 취약해서 토큰 자체가 노출된다면?

토큰은 이미 발급되면 그 자체로 인증 수단이 되므로
서버는 토큰과 함께 들어온 요청이 토큰을 탈취한 사람의 요청인지 확인할 수 없다.

 

>> 리프레시 토큰의 등장

토큰의 유효기간이 하루라면? -> 하루 동안 그 토큰으로 무엇이든 할 수 있을테니 위험하다.

따라서 토큰의 유효기간이 짧으면 취약한 점을 방지할 수 있다.

 

그렇지만 토큰의 유효기간이 짧으면 사용자 입장에서는 받은 토큰을 너무 짧은 시간만 활용할 수 있으니 불편하다.

 

이러한 불편한 지점을 해결하기 위해 리프레시 토큰이 등장한다.

리프레시 토큰은 액세스 토큰과 별개의 토큰이다.

사용자를 인증하기 위한 용도가 아닌 액세스 토큰이 만료되었을 때, 새로운 액세스 토큰을 발급하기 위해 사용한다.

액세스 토큰의 유효 기간을 짧게 설정하고, 리프레시 토큰의 유효기간을 길게 설정하면
공격자가 액세스 토큰을 탈취해도 몇 분 뒤에는 사용할 수 없는 토큰이 되므로 더 안전하다.

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리프레시 토큰 통신 과정

 

1. 클라이언트가 서버에게 인증을 요청한다.
   
   
2. 서버는 클라이언트에서 전달한 정보를 바탕으로 인증 정보가 유효한지 확인한 뒤,
   액세스 토큰과 리프레시 토큰을 만들어 클라이언트에게 전달한다.
   클라이언트는 전달받은 토큰을 저장한다.
   
   
3. 서버에서 생성한 리프레시 토큰은 DB에도 저장해둔다.
   
   
4. 인증을 필요로 하는 API를 호출할 때 클라이언트에 저장된 액세스 토큰과 함께 API를 요청한다.
   
   
5. 서버는 전달받은 액세스 토큰이 유효한지 검사한 뒤에 유효하다면 클라이언트에서 요청한 내용을 처리한다.
   
   
6. 시간이 지나고 액세스 토큰이 만료된 뒤에 클라이언트에서 원하는 정보를 얻기 위해 서버에게 API요청을 한다.
   
   
7. 서버는 액세스 토큰이 유효한지 검사한다.
   만료된 토큰이면 유효하지 않으므로 에러를 전달한다.
   
   
8. 클라이언트는 이 응답을 받고 저장해둔 리프레시 토큰과 함께 새로운 액세스 토큰을 발급하는 요청을 전송한다.
   
   
9. 서버는 전달받은 리프레시 토큰이 유효한지,
   DB에서 리프레시 토큰을 조회한 후 저장해둔 리프레시 토큰과 같은지 확인한다.
   
   
10. 만약 유효한 리프레시 토큰이면 새로운 액세스 토큰을 생성한 뒤 응답한다.
    
    
11. 그 이후에 클라이언트는 4번과 같이 다시 API를 요청한다.

 

<다음글 - JWT 서비스 구현>

[스프링 부트 3] JWT - 2 (JWT 서비스 구현, 리프레시 토큰, 토큰 필터)

 

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출처:https://github.com/shinsunyoung/springboot-developer