JWT란? 장단점과 Session 인증 방식과의 차이점을 알아보자.

인증과 인가

JWT와 Session은 서버가 인증을 처리하는 방식으로 먼저 "인증과 인가"의 개념에 대해 알 필요가 있다.

 

인증

인증은 말 그대로 사용자의 신원을 확인하는 것으로,

특정 인증 요청(로그인, 이메일 인증 등)이 유효한 사용자인지를 검증하는 과정이다.

만약 인증 과정이 없다면 어떻게 될까?

인증되지 않은 사용자가 마음대로 상품 정보를 수정하고 주문하는 등 악의적인 행동을 할 수 있을 것이다.

그래서 인증 절차를 통해 서버가 인증된 사용자를 검증하는 과정이 필요하다.

 

인가

인가는 이미 인증된 사용자에게 특정 자원에 대한 접근 권한을 부여하는 과정이다.

예를 들어 일반 사용자 "USER"와 관리자 "ADMIN"이 있다고 가정해보자.

USER는 ADMIN에 접근 할 수 없어야하고 ADMIN은 USER보다 더 많은 정보에 접근할 수 있다.

즉, 특정 사용자가 접근 할 수 있는 범위를 정하는 것이다. 

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세션 (Session) 이란?

JWT에 대해 알아보기 전에 같은 인증 방식으로 사용되는 Session에 대해 알아보자.

 

세션은 민간함 정보가 브라우저(클라이언트)에 저장되는 쿠키의 보안적 이슈를 해결하기 위해 나온 방식이다.

세션은 비밀번호 같이 민감한 정보를 브라우저가 아닌 서버에 저장하고 관리한다.

세션 저장 시에는 세션 불일치 문제를 해결하기 위해 메모리(Redis)나 데이터베이스(JDBC) 저장한다.

[Redis] Redis에 로그인 Session정보를 저장하여 사용하기 (세션 불일치 해결)

 

인증 방식

1. 사용자(클라이언트)가 서버에 로그인 요청
2. 서버는 인증 절차를 수행하고, 인증이 유효하면 세션 객체를 생성하고 서버에 저장한다.
3. 서버는 요청에 대한 응답으로 응답헤더의 set-cookie를 통해 Session Id를 클라이언트에게 전달한다. 
4. 이후부터는 클라이언트가 서버에 요청할 때 마다 전달받은 쿠키를 요청헤더에 추가하여 요청한다.
   (쿠키를 요청헤더에 추가해주는 것은 브라우저가 처리해준다.)

 

세션 방식의 한계

세션 방식은 사용자의 인증 정보를 서버에 저장하기 때문에, 많은 사용자를 갖고 있는 서비스의 경우에는 서버에 부하를 줄 수 있다.

(서버가 클라이언트 상태를 저장해 때문에 stateful한 방식)

만약 세션 저장소로 Redis를 사용할 경우에는 메모리 부족 문제가 발생할 수도 있고, DB에 저장할 경우에는 잦은 I/O로 인해 DB에 큰 부담을 줄 것 이다.

서버가 사용자의 상태를 저장하고 있어야 하는 것은 상당히 부담스러울 것이다.

 

바로 이러한 한계들을 극복하기 위해 나온 것이 바로 토큰 방식인 JWT이다.

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JWT (Json Web Token)란?

JWT는 토큰 기반 인증 시스템이기 때문에 먼저 "토큰"에 대해 알아보자

 

토큰 (Token) 이란?

사용자(클라이언트)가 서버에 인증 요청을 보내면 서버에는 인증 절차를 수행하고 유효한 사용자면 인증되었다는 "토큰"을 부여한다.

이 토큰은 유일하며 토큰을 발급받은 클라이언트는 서버에 요청을 보낼 때 마다 요청 헤더에 토큰을 담아 보내고,

서버는 제공한 토큰과 사용자의 토큰이 일치 여부를 체크 한다.

 

인증 정보가 서버에 저장되는 세션과 달리 토큰은 클라이언트에 저장된다.

즉, 서버가 클라이언트 상태를 서버가 저장하지 않아 stateless하여, 서버의 부담을 덜 수 있다.

 

JWT

JWT (Json Web Token)는 말그대로 인증에 필요한 정보들을 암호화 시킨 Json 토큰이다.

JWT는 Base64로 인코딩되어 "eyJ"로 시작하는 아주 긴 문자열이다.

이 문자열 안에 . 을 구분자로 나뉘어 HEADER, PAYLOAD, SIGNATURE가 포함되어 있다.

📌 HEADER 

• alg  : 서명 암호화 알고리즘 (ex : HMAC SHA256, RSA)
• typ  : 토큰 유형

 

📌 PAYLOAD 

실제로 사용될 정보들이 key - value 형태로 담겨 있다. 이 각각의 key를 Claim이라고 부른다.

Claim은  Registered claims, Public claims, Private claims 세 가지로 나뉜다.

 

• Registered claims (등록된 클레임)

필수로 작성해야하는 것은 아니지만 사용이 권장된다.

sub	토큰 제목
iat	토큰 발행 시간
exp	토큰 만료 시간  (NumericDate 형식으로 작성해야 한다)
iss	토큰 발행자
jti	JWT ID (중복 방지를 위해 사용
nbf	토큰 활성화 날짜 ( 이 날이 지나기 전까지 활성화 X )
aud	토큰 대상자

 

• Public claims (공개 클레임) 

이 클레임의 쓰임이 이해가 잘 안됐는데, 정리해보면 다음과 같다.

서로 다른 두 시스템 A, B가 사용자 인증 정보를 공유할 경우, A와 B에서 사용하는 JWT의 클레임 이름이 같지만 그 의미나 사용 방식이 다르면 문제가 발생할 수 있다.

예를들어 A는 "isAdmin" 클레임을 "관리자 권한 사용자"라는 의미로 사용하지만, B는 "isAdmin"을 "관리자 페이지 접근 가능 여부"라는 완전히 다른 의미로 사용한다면 데이터를 공유할 때 문제가 발생할 것 이다.

이 문제를 방지하기 위해 Public Claims은 일반적으로 URL 형태로 지정되며 위 예시에 대한 Public Claims는 아래처럼 서로 다른 의미로 작성할 수 있다.

"http://companyA.example.com/isAdmin" : true
"http://companyB.example.com/isAdmin" : true

 

• Private claims (비공개 클레임)

클라이언트와 서버가 정보를 공유하기 위해 만들어진 사용자 지정 클레임으로, 외부에 공개되도 상관없지만 해당 유저를 특정할 수 있는 정보를 담는다.

위 JWT에서는 "name"이 비공개 클레임에 해당한다.

 

 

📌 SIGNATURE 

SIGNATURE : 토큰의 위변조 여부를 확인하는데 사용되며, (HEADER + PAYLOAD)와 서버가 갖고 있는 secret key 값을 합친 것을 HEADER에서 정의한 알고리즘( alg ) 으로 암호화 한다.
시그니처는 secret key가 유출되지 않는 이상 복호화할 수 없기 때문에,  secret key가 유출되지 않도록 해야한다.

 

JWT 인증 방식

1. 사용자(클라이언트)가 서버에 로그인 요청
2. 서버는 인증 절차를 수행하고, 인증이 유효하면 Base64로 인코딩된 JWT를 클라이언트에게 발급해준다.
3. 사용자(클라이언트)는 요청 시 요청 헤더의 Authoriztion에 발급 받은 JWT를 "Bearer JWT 토큰" 형식으로 담아 보낸다.
4. 서버는 전달 받은 JWT를 검증하고 응답한다.
   JWT에는 요청한 사용자의 정보가 담겨있어 DB를 조회하지 않고 사용자를 식별할 수 있다.

 

장점

• 서버가 사용자의 상태를 유지할 필요가 없으므로 서버는 무상태(Stateless)가 되어 서버의 자원을 절약하고 확장성을 향상시킬 수 있고 서버는 클라이언트의 요청마다 토큰만 확인하면 된다.
• 별도의 저장소를 갖지 않아도 된다.
• 토큰을 사용하는 다른 시스템에 접근 및 권한 공유가 가능하다.
• 클라이언트가 인증 정보를 갖고 있기 때문에, 분산 시스템과 MSA에서도 유용하다.
• 세션 사용이 불가능한 모바일에서 잘 작동한다.

 

단점

• 많은 양의 데이터를 JWT에 저장하면 토큰 크기가 커져 네트워크 부하가 발생할 수 있다.
• PAYLOAD는 Base64로 인코딩된 것이기 디코딩도 쉬워 탈취당하면 데이터가 노출될 수 있다. 그렇기 때문에 PAYLOAD에 민감한 정보를 담아서는 안된다.
• 클라이언트가 토큰을 저장하고 있기 때문에 토큰 자체를 탈취당하면 대처하기 어렵다.

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JWT의 Access Token과 Refresh Token

위 단점에서 토큰을 클라이언트가 관리하기 때문에 토큰 자체를 탈취당하면 대처가 어렵다고 했다.

바로 이 문제를 해결하기 위한 방법이 Refresh Token을 추가로 발급해 Access Token과 Refresh Token 두 개로 나뉘어 인증을 하는 방식이다.

 

Refresh Token이란

Access Token만을 사용했을 경우에는 토큰을 탈취당하면 대처가 어렵다.

그 이유는 JWT는 발급 후 삭제가 불가능하기 때문에, 접근에 관여하는 토큰에 유효시간을 부여하는 식으로 탈취 문제에 대응한다.

하지만 너무 짧게 유효시간을 설정했을 경우에는 로그인을 자주 해서 새 Access Token을 발급받아야 하기 때문에 나쁜 사용자 경험을 줄 것이다.

그렇다고 유효시간을 길게 설정하면 탈취당했을 때 보안에 취약해진다.

이 문제를 해결 해주는 것이 바로 Refresh Token이다.

 

Refresh Token은 Access Token 만료시 Access Token을 재발급 해주는 역할을 한다.

즉, Access Token의 유효 시간을 짧게 설정하여 보안을 강화하고, Refresh Token은 유효 시간을 길게 설정하여 Access Token 만료 시 재발급해주며 빈번한 로그인 과정이 필요 없어진다.

 

 

인증 과정

1. 사용자(클라이언트)가 서버에 로그인 요청
2. 서버는 인증 절차를 수행하고, 인증이 유효하면 Access Token과 Refresh Token을 클라이언트에게 발급하고 Refresh Token은 회원DB에 저장한다.
3. 사용자(클라이언트)는 요청 시 요청 헤더의 Authoriztion에 발급 받은 Access Token을 "Bearer JWT 토큰" 형식으로 담아 보낸다.
4. 서버는 전달 받은 JWT를 검증하고 응답한다.
   
5. 만약 Access Token이 만료되었다면 클라이언트는 Refresh Token을 이용해 새로운 Access token을 발급 받는다. 이때 재발급 요청은 별도의 엔드포인트(예: /token/refresh 등)를 사용한다.
6. 서버는 요청을 보낸 사용자(클라이언트)의 Refresh Token과 DB에 저장되어 있는 Refresh Token을 비교하여 유효한 것으로 판단하면 새 Access Token을 발급해서 사용자(클라이언트)에게 전달한다.

만일 사용자가 로그아웃을 한다면 DB에서 Refresh Token을 삭제해서 사용할 수 없도록 하고, 다시 로그인하면 새로 생성된 Refresh Token을 DB에 저장해야한다.