[네트워크]토큰(Token) & JWT

토큰이란?

토큰이란 서버가 각각의 클라이언트를 누군지 정확히 구별할 수 있도록 유니크한 정보를 담은 암호화 데이터이다.

토큰을 사용하는 이유는 유저 구분이 가능해야 유저의 권한에 맞는 정확한 기능을 응답할 수 있기 때문이다.

 

인증 토큰을 사용하기전에는 비밀번호와 서버가 사용되었다.

기존 방식을 사용해 인증된 사람이 필요로 때 원하는 정보에 접근했는지 확인해야했지만 항상 효과적이진 못했다.

이를 개선하고자 토큰인증방식이 나온 것이다.

 

인증토큰은 도장이 찍힌 티켓과 같다. 토큰이 유효하다면 사용자는 계속 접근권한을 가질 수 있는 것이다.

다만, 로그아웃하거나 앱을 종료하면 토큰도 무효화 된다.

 

토큰의 유형

유형	내용
연결형	키, 디스크, 드라이브 및 기타 물리적 장치가 시스템에 연결되어 엑세스를 허용함 ex) USB 디바이스, 스마트 카드
비접촉형	디바이스가 서버와 통신하려면 거리가 충분히 가까워야 하지만 연결을 할 필요는 없음 ex) Microsoft의 매직 링
분리형	디바이스가 다른 디바이스와 접촉하지 않고도 먼 거리에서 서버와 통신할 수 있음 ex) 이중 요소 인증 프로세스

 

 

토큰 기반 인증

토큰 기반 인증에서는 보조 서비스를 통해 서버 요청을 확인한다. 확인이 완료되면 서버가 토큰을 발급하여 요청에 응답한다.

사용자는 여전히 적어도 한개의 비밀번호를 기억해야하지만 토큰이 접근계층을 하나 더 제공하기 때문에 도용하거나 침투하기가 훨씬 어렵다.

 

토큰은 앱과 서버가 통신 및 인증을 할때 가장 많이 사용된다. 왜냐하면 웹에는 쿠키와 세션이 있지만 앱에는 없기 때문이다. 

 

토큰 인증 절차

토큰 기반 인증 시스템을 사용하면 사용자가 자격증명을 한번만 하면 된다. 

자격증명이 확인되면 토큰이 할당되어 정해진 시간동안 접근이 허용된다.

1. 요청 : 이때 비밀번호를 이용한 로그인이나 그밖에 지정된 프로세스가 개입한다.
2. 확인 : 이때 사용자 이름에 대한 비밀번호 확인 또는 그밖에 지정된 프로세스가 개입한다.
3. 토큰 : 확인을 마치면 서버가 토큰을 발급하여 사용자에게 전달한다.
4. 저장 : 사용자가 서버에서 다른 곳에 방문하려고 하면 토큰이 서버와 다시 통신한다. 토근에 따라 접근이 허용되기도 하고 거부되기도 한다. 또한 관리자가 토근에 대한 사용제한을 설정하기도 한다.  
   예를들어, 사용자가 로그아웃을 하고 일정시간이 지나면 토큰이 자동적으로 파괴될 수 있도록 설정할 수 있다.

 

JWT(JSON Web Token)

토큰에는 다양한 유형가 종류가 존재하지만 그중에 개발자에게 친숙한 것이 JWT이다.

JWT는 Json Web Token의 약자로 일발적으로 클라이언트와 서버 사이에서 통신할 때 권한을 위해 사용하는 토큰이다.

웹상에서 정보를  Json형태로 주고받기 위해 표준규약에 따라 생성한 암호화된 토큰으로 복잡하고 읽기 어려운 String형태로 저장되어 있다.

 

JWT 특징

• JWT토큰을 HTTP헤더에 실어 서버가 클라이언트를 식별하는 방식
• JSON 데이터를 Base64 URL safe Encode를 통해 인코딩하여 직렬화한 것이며, 토큰 내부에는 위변조 방지를 위해 개인키를 통한 전자서명도 들어있음
• JWT를 서버로 전송하면 서버는 서명을 검증하는 과정을 거치게 되며 검증이 완료되면 요청한 응답을 돌려줌

 

JWT 구성요소

• Header : 토큰 유형을 비롯해 관련된 서명 알고리즘을 정의
• Payload : 토큰 발급자, 토큰 유효기간 등을 정의
• Signature : 보안 서명을 통해 메세지가 전송 과정에서 바뀌지 않은 것을 확인

 

헤더(Header)

JWT에서 사용할 타입과 해시 알고리즘의 종류가 담겨 있음

• alg : 알고리즘 방식을 지정하고 토큰 및 서명 검증에 사용된다.
• typ : 토큰의 타입 지정

 

내용(Payload)

Payload에는 토큰에서 사용할 정보의 조각들인 claim이 담겨 있다. claim은 Key * Value형식으로 이루어진 한쌍의 정보.

claim은 크게 3부분으로 나뉜다.

1. public claim : 말그대로 공개된 클레임으로 사용자가 정의할 수 있는 클레임 
2. private claim : 즉 비공해 클레임으로 당사자들간의 정보를 공유하기 위해 만들어진 사용자 지정 클레임. 외부에 공개되어도 상관없지만 해당 유저를 특정할 수 있는 정보들을 담는다.
3. register claim : 등록 클레임으로 발행자, 발행시간, 만료시간, 제목 등과 같이 미리 정해진 클레임.

다시말해, Payload에는 서버와 클라이언트가 주고받는 시스템에서 실제로 사용자 정보를 담고 있는 섹션이라고 볼수 있다.
서버에서 첨부한 사용자 권한 정보와 데이터가 담겨있음.

 

서명(Signature)

Signature에서 사용하는 알고리즘은 헤더에서 정의한 알고리즘 alg방식을 활용한다.

Signature의 구조는 Header, Payload와 서버가 각각 갖고 있는 유일한 Key값을 합친 것을 Header에서 정의한 알고리즘으로 암호화한 것으로 구성되어 있다.

아래 그림을 보면, Header와 Payload를 Base64 Url safe Encode한 이후에

Header에 명시된 해시함수를 적용하고 개인키(Private Key)로 서명한 전자서명이 담겨있다.

Header와 Payload는 단순히 인코딩된 값이기 때문에 제3자가 복호화 및 조작할 수 있지만

Signature는 서버측에서 관리하는 비밀키가 유출되지 않는 이상 복호화할 수 없다. 

따라서 Signature는 토큰의 위변조 여부를 확인하는데 사용된다.

 

 

JWT의 장단점

• 장점

1. JSON 코드 언어로 생성된 토큰은 용량이 적기 때문에 두 엔티티 사이에서 매우 빠르게 전달됨
2. 거의 모든 곳에서 토큰이 생성될 수 있으며, 서버에서 토큰을 확인할 필요가 없음
3. 접근 가능한 데이터, 권한 지속 시간, 로그인 시 가능한 작업을 지정할 수 있음

 

• 단점

1. 단일 키를 이용하기 때문에 키가 유출되면 시스템 전체가 위험에 노출됨
2. 토큰이 복잡하기 때문에 개발자가 암호 서명 알고리즘에 정통하지 않으면 자신도 모르게 시스템을 위험에 빠뜨릴 수 있음
3. 메시지를 모든 클라이언트에게 푸시할 수 없고, 서버 측 클라이언트도 관리할 수 없음

 

JWT의 동작원리

1. 사용자가 아이디와 비밀번호를 이용하여 로그인을 요청
2. 서버는 회원DB에 들어가 사용자 확인
3. 확인이 되면 서버는 확인 후에 Secret Key를 통해 Access 토큰을 발급하고 클라이언트에 전달
4. 사용자는 서비스 요청과 권한을 확인하기 위해서 Access 토큰과 함께 서버에 데이터를 요청한다.
5. 서버는 데이터를 확인하고 JWT에서 사용자 정보를 확인한다.
6. 서버는 JWT를 통해 사용자 정보를 확인 후 클라이언트 요청에 대한 응답을 한다. 

 

JWT 방식의 보완

JWT는 토큰의 상태를 저장하지 않는다. 무상태성의 특성 때문에 한번 만들어진 토큰을 제어할 수 없다는 단점이 있다.

임의로 삭제할 수 없기 때문에 만료시간이 중요하다. 

만료시간을 너무 길게 했을때는 토큰을 탈취당하게 되면 제3자가 인증된 사람을 사칭하여 이용할 수 있다.

따라서 유효기간 길게 하면 보안이 취약해진다. 

그렇다고 짧게 하면 로그인을 계속적으로 요청해야하는 문제가 발생한다.

Refresh Token

• JWT를 발급할 때, Access Toke과 함게 Refresh Token을 발급하여 Access Token의 짧은 만료시간의 문제를 해결하는 방법
• Access Token은 1분, 3분의 짧은 시간을 부여하고 Refresh Token에는 일주일, 2주의 비교적 긴 만료시간을 부여하여 Access Token을 보장해줌
• Access Token이 만료되면 Refresh Token으로 서버에서 새로운 Access Token을 발급하도록 함.