[깃터디] JWT Json web token

 

 

Json web token

당사자 간에 정보를 JSON 개체로 안전하게 전송하기 위한 간결하고 독립적인 방법을 정의하는 인터넷 표준 인증 방식이다.

즉, 인증에 필요한 정보들을 암호화시킨 JSON 토큰을 의미한다.

 

JWT 구조

JWT는 .(점)을 구분자로 나누어지는 세 가지 문자열의 조합이다.

.(점)을 기준으로 좌측부터 Header, Payload, Signature을 의미한다.

 

Header 에는 JWT에서 사용할 타입과 해시 알고리즘의 종류가 담겨있으며, Payload는 서버에서 첨부한 사용자 권한 정보와 데이터가 담겨있다. 마지막으로 Signature에는 Header, Payload를 Base64 URL-safe Encode를 한 이후 Header에 명시된 해시함수를 적용하고, 개인키(Private Key)로 서명한 전자서명이 담겨있다.

실제 디코딩된 JWT는 다음과 같은 구조를 가진다.

Header

{

  "alg": "HS256",

  "typ": "JWT"

}

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

Payload

토큰에서 사용할 정보의 조각들인 Claim 이 담겨있다. (실제 JWT 를 통해서 알 수 있는 데이터)

즉, 서버와 클라이언트가 주고받는 시스템에서 실제로사용될 정보에 대한 내용을 담고 있는 섹션이다.

{

  "sub": "1234567890",

  "name": "John Doe",

   "admin": true

}

페이로드는 정해진 데이터 타입은 없지만, 대표적으로 Registered claims, Public claims, Private claims 이렇게 세 가지로 나뉜다.

Registered claims : 미리 정의된 클레임. 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

key-value 형식으로 이루어진 한 쌍의 정보를 Claim이라고 칭한다.

{
 "jti": "1000",                       // Registered Claim
 "exp": "1521430000000",              // Registered Claim
 "<https://kevin.tistory.com>": true,   // Public Claim
 "username": "kevin"                  // Private Claim
}

iss: issuer, 발행자 
exp: expireation time, 만료 시간 
sub: subject, 제목 
iat: issued At, 발행 시간 
jti: JWI ID

Signature

HMACSHA256(

base64UrlEncode(header) + "." +

base64UrlEncode(payload),

secret)

시그니처에서 사용하는 알고리즘은 헤더에서 정의한 알고리즘 방식(alg)을 활용한다. 시그니처의 구조는 (헤더 + 페이로드)와 서버가 갖고 있는 유일한 key 값을 합친 것을 헤더에서 정의한 알고리즘으로 암호화를 한다.

Header와 Payload는 단순히 인코딩된 값이기 때문에 제 3자가 복호화 및 조작할 수 있지만, 
Signature는 서버 측에서 관리하는 비밀키가 유출되지 않는 이상 복호화할 수 없다. 
따라서 Signature는 토큰의 위변조 여부를 확인하는데 사용된다.

 

 

JWT를 이용한 인증 과정

1. 사용자가 ID, PW를 입력하여 서버에 로그인 인증을 요청한다.
2. 서버에서 클라이언트로부터 인증 요청을 받으면, Header, PayLoad, Signature를 정의한다. Hedaer, PayLoad, Signature를 각각 Base64로 한 번 더 암호화하여 JWT를 생성하고 이를 쿠키에 담아 클라이언트에게 발급한다.
3. 클라이언트는 서버로부터 받은 JWT를 로컬 스토리지에 저장한다. (쿠키나 다른 곳에 저장할 수도 있음)API를 서버에 요청할때 Authorization header에 Access Token을 담아서 보낸다.
4. 서버가 할 일은 클라이언트가 Header에 담아서 보낸 JWT가 내 서버에서 발행한 토큰인지 일치 여부를 확인하여 일치한다면 인증을 통과시켜주고 아니라면 통과시키지 않으면 된다.인증이 통과되었으므로 페이로드에 들어있는 유저의 정보들을 select해서 클라이언트에 돌려준다.
5. 클라이언트가 서버에 요청을 했는데, 만일 액세스 토큰의 시간이 만료되면 클라이언트는 리프래시 토큰을 이용해서
6. 서버로부터 새로운 엑세스 토큰을 발급 받는다.

 

토큰 인증 신뢰성

유저 JWT: A(Header) + B(Payload) + C(Signature) 일 때 (만일 임의의 유저가 B를 수정했다고 하면 B'로 표시한다.)

1. 다른 유저가 B를 임의로 수정 → 유저 JWT: A + B' + C
2. 수정한 토큰을 서버에 요청을 보내면 서버는 유효성 검사 시행

유저 JWT: A + B' + C

서버에서 검증 후 생성한 JWT: A + B' + C' => (Signature) 불일치

1. 대조 결과가 일치하지 않아 유저의 정보가 임의로 조작되었음을 알 수 있다.

서버는 토큰 안에 들어있는 정보가 무엇인지 아는게 중요한 것이 아니라 해당 토큰이 유효한 토큰인지 확인하는 것이 중요하기 때문에, 클라이언트로부터 받은 JWT의 헤더, 페이로드를 서버의 key값을 이용해 시그니처를 다시 만들고 이를 비교하며 일치했을 경우 인증을 통과시킨다.

즉, JWT는 서명(인증)이 목적이다.

JWT는 Base64로 암호화를 하기 때문에 디버거를 사용해서 인코딩된 JWT를 1초만에 복호화할 수 있다. 복호화 하면 사용자의 데이터를 담은 Payload 부분이 그대로 노출되어 버린다. 그래서 Payload에는 비밀번호와 같은 민감한 정보는 넣지 말아야 한다.

토큰의 진짜 목적은 정보 보호가 아닌, 위조 방지이다. Signature에 사용된 비밀키가 노출되지 않는이상 데이터를 위조해도 Signature 부분에서 바로 걸러지기 때문이다.

 

JWT 장단점

JWT 장점

1. Header와 Payload를 가지고 Signature를 생성하므로 데이터 위변조를 막을 수 있다.
2. 인증 정보에 대한 별도의 저장소가 필요없다.
3. JWT는 토큰에 대한 기본 정보와 전달할 정보 및 토큰이 검증됬음을 증명하는 서명 등 필요한 모든 정보를 자체적으로 지니고 있다.
4. 클라이언트 인증 정보를 저장하는 세션과 다르게, 서버는 무상태(StateLess)가 되어 서버 확장성이 우수해질 수 있다.
5. 토큰 기반으로 다른 로그인 시스템에 접근 및 권한 공유가 가능하다. (쿠키와 차이)
6. OAuth의 경우 Facebook, Google 등 소셜 계정을 이용하여 다른 웹서비스에서도 로그인을 할 수 있다.
7. 모바일 어플리케이션 환경에서도 잘 동작한다. (모바일은 세션 사용 불가능)

서버에서 가장 피해야 할 것은 데이터베이스 조회이다.
서버 자체가 죽는 경우도 있지만, 대부분 DB가 터져서 서버도 같이 죽는 경우가 허다하기 때문이다.
이런 점에서, JWT 토큰은 DB조회를 안해도 되는 장점을 가지고 있다는 점이다.
만일 payload에 유저이름과 유저등급 을 같이 두고 보내면, 서버에서는 유저이름을 가지고 DB를 조회해서 유저 등급을 얻지않아도 바로 원하는 정보를 취할수 있다.

JWT 단점

1. Self-contained : 토큰 자체에 정보를 담고 있으므로 양날의 검이 될 수 있다.
2. 토큰 길이 : 토큰의 Payload에 3종류의 클레임을 저장하기 때문에, 정보가 많아질수록 토큰의 길이가 늘어나 네트워크에 부하를 줄 수 있다.
3. Payload 인코딩 : payload 자체는 암호화 된 것이 아니라 BASE64로 인코딩 된 것이기 때문에, 중간에 Payload를 탈취하여 디코딩하면 데이터를 볼 수 있으므로, payload에 중요 데이터를 넣지 않아야 한다.
4. Store Token : stateless 특징을 가지기 때문에, 토큰은 클라이언트 측에서 관리하고 저장한다. 때문에 토큰 자체를 탈취당하면 대처하기가 어렵게 된다.

 

JWT의 Access Token / Refresh Token

다만 이 JWT도 제 3자에게 토큰 탈취의 위험성이 있기 때문에, 그대로 사용하는것이 아닌 Access Token, Refresh Token 으로 이중으로 나누어 인증을 하는 방식을 현업에선 취한다.

Access Token 과 Refresh Token은 둘다 똑같은 JWT이다. 다만 토큰이 어디에 저장되고 관리되느냐에 따른 사용 차이일 뿐이다.

1. Access Token : 클라이언트가 갖고있는 실제로 유저의 정보가 담긴 토큰으로, 클라이언트에서 요청이 오면 서버에서 해당 토큰에 있는 정보를 활용하여 사용자 정보에 맞게 응답을 진행
2. 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.

정리하자면, Access Token은 접근에 관여하는 토큰, Refresh Token은 재발급에 관여하는 토큰의 역할로 사용되는 JWT 이라고 말할 수 있다.