인증 | 쿠키(Cookie), 세션(Session), 토큰(Token), JWT

 

보통 서버가 클라이언트 인증을 확인하는 방식은 대표적으로 쿠키, 세션, 토큰 3가지 방식이 있다.

 

쿠키(Cookie)

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• Key-Value 형식의 문자열 덩어리
• 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 가능하다.

인증 방식

 

1) 브라우저(클라이언트)가 서버에 요청(접속)을 보낸다.
2) 서버는 클라이언트의 요청에 대한 응답을 작성할 때, 클라이언트 측에 저장하고 싶은 정보를 응답 헤더의 Set-Cookie에 담는다.

3) 이후 해당 클라이언트는 요청을 보낼 때마다, 매번 저장된 쿠키를 요청 헤더의 Cookie에 담아 보낸다.

4) 서버는 쿠키에 담긴 정보를 바탕으로 해당 요청의 클라이언트가 누군지 식별하거나 정보를 바탕으로 추천 광고를 띄우거나 한다.

장점

• 인증/인가 작업이 상당히 쉽고 간단하다.
• 사용자의 인증 정보를 클라이언트가 관리하기 때문에 서버 부하가 적다.
• 인증 상태를 서버가 관리하지 않고 매번 클라이언트의 인증 정보를 담은 쿠키의 요청을 받을 때 처리하므로 Stateless 하다.

단점

• 가장 큰 단점은 보안에 취약하다는 점이다. 요청 시 쿠키의 값을 그대로 보내기 때문에, 클라이언트(사용자)가 쉽게 쿠키에 담긴 인증 정보를 위조할 수 있다. (CSRF, XSS 공격)
• 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.

세션(Session)

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• 비밀번호 등 클라이언트의 민감한 인증 정보를 브라우저가 아닌 서버 측(메모리, 로컬 파일, DB 등)에 저장하고 관리한다. 
• 핵심은 민감한 정보는 클라이언트에 보내지 않고 서버에서 모두 관리한다는 점이다.

세션 객체의 구성

• 세션 객체는 Key에 해당하는 SESSION ID와 이에 대응하는 Value로 구성되어 있다.
• Value에는 세션 생성 시간, 마지막 접근 시간 및 User가 저장한 속성 등 이 Map 형태로 저장된다.
  
  

인증 방식

1) 유저가 웹사이트에서 로그인하면 세션이 서버 메모리(혹은 데이터베이스) 상에 저장된다.
이때, 세션을 식별하기 위한 Session Id를 기준으로 정보를 저장한다.
2) 서버에서 브라우저에 쿠키에 Session Id를 저장한다.
3) 쿠키에 정보가 담겨있기 때문에 브라우저는 해당 사이트에 대한 모든 Request에 Session Id를 쿠키에 담아 전송한다.
4) 서버는 클라이언트가 보낸 Session Id 와 서버 메모리로 관리하고 있는 Session Id를 비교하여 인증을 수행한다.

 

저장하는 곳이 메모리인지, 하드디스크인지, DB인지에 따라 장단점이 다르다.

- 메모리, 하드디스크 : 속도가 빠르지만 서버가 여러 대 존재하여 로드밸런싱을 사용할 때, 로그인 요청과 다음 인가 요청이 다른 서버로 보내지면 재로그인 해야한다. 
- DB : 속도가 느리지만, 위의 문제를 해결할 수 있다. 

 

장점

• 서버에서 인증 정보를 관리하기 때문에 보안상 훨씬 안전하다.
• 한 사용자의 디바이스별 인증을 관리할 수 있다.
  •  PC로 접속 시 다른 기기(모바일, 태블릿 등)의 접근을 막을 수 있다.
    
  • 여러 디바이스에서 접속 중일 때 특정 디바이스의 유저를 로그아웃하게 할 수 있다.
• 하나의 계정 공유를 관리할 수 있다. (넷플릭스처럼 계정 공유의 수도 제한할 수 있다.)
• 비정상적인 접근 신고가 들어오면, 서버에서 판단하여 해당 세션을 삭제해서 바로 로그아웃시킬 수 있다.

단점

• 쿠키를 포함한 요청이 외부에 노출되더라도 세션 ID 자체는 유의미한 개인정보를 담고 있지 않다. 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(Token)

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• 클라이언트가 서버에 접속을 하면 서버에서 해당 클라이언트에게 인증되었다는 의미로 '토큰'을 부여한다.
• 이 토큰은 유일하며 토큰을 발급받은 클라이언트는 또 다시 서버에 요청을 보낼 때 요청 헤더에 토큰을 심어서 보낸다.
• 그러면 서버에서는 클라이언트로부터 받은 토큰을 서버에서 제공한 토큰과의 일치 여부를 체크하여 인증 과정을 처리하게 된다.

세션기반 인증 : 서버가 파일이나 데이터베이스에 세션정보를 가지고 있어야 하고 이를 조회하는 과정이 필요하기 때문에 많은 오버헤드가 발생한다.

토큰기반 인증 : 세션과는 달리 서버가 아닌 클라이언트에 저장되기 때문에, 메모리나 스토리지 등을 통해 세션을 관리했던 서버의 부담을 덜 수 있다. (토큰 자체에 데이터가 들어있기 때문에 클라이언트에서 받아 위조되었는지 판별만 하면 되기 때문이다.)

 

인증 방식

 

1) 사용자가 아이디와 비밀번호로 로그인을 한다.
2) 서버 측에서 사용자(클라이언트)에게 유일한 토큰을 발급한다.
3) 클라이언트는 서버 측에서 전달받은 토큰을 쿠키나 스토리지에 저장해 두고, 서버에 요청을 할 때마다 해당 토큰을 HTTP 요청 헤더에 포함시켜 전달한다.
4) 서버는 전달받은 토큰을 검증하고 요청에 응답한다. 토큰에는 요청한 사람의 정보가 담겨있기에 서버는 DB를 조회하지 않고 누가 요청하는지 알 수 있다.

 

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. (따라서 사용 기간 제한을 설정하는 식으로 극복한다 : Access Token, Refresh Token)

JWT (JSON Web Token)

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• 인증에 필요한 정보들을 암호화시킨 JSON 토큰을 의미한다.
• JWT 기반 인증은 JWT 토큰(Access Token)을 HTTP 헤더에 실어 서버가 클라이언트를 식별하는 방식이다
• JWT는 JSON 데이터를 Base64 URL-safe Encode 를 통해 인코딩하여 직렬화한 것이다.

Base64 URL-safe Encode
일반적인 Base64 Encode 에서 URL 에서 오류없이 사용하도록 '+', '/' 를 각각 '-', '_' 로 표현한 것이다.

• 토큰 내부에는 위변조 방지를 위해 개인키를 통한 전자서명도 들어있다.
• 따라서 사용자가 JWT 를 서버로 전송하면 서버는 서명을 검증하는 과정을 거치게 되며 검증이 완료되면 요청한 응답을 돌려준다.

JWT 구조

 

JWT는 . 을 구분자로 나누어지는 세 가지 문자열의 조합이다.
. 을 기준으로 좌측부터 Header, Payload, Signature를 의미한다.

• Header : JWT 에서 사용할 타입과 해시 알고리즘의 종류
• Payload : 서버에서 첨부한 사용자 권한 정보와 데이터
• Signature : Header, Payload 를 Base64 URL-safe Encode 를 한 이후 Header 에 명시된 해시함수를 적용하고, 개인키(Private Key)로 서명한 전자서명이 담겨있다.

인증 방식

 

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 스토리지(or 쿠키, 다른 곳..)에 저장한다. API를 서버에 요청할때 Authorization header에 Access Token을 담아서 보낸다.

4) 서버가 할 일은 클라이언트가 Header에 담아서 보낸 JWT가 내 서버에서 발행한 토큰인지 일치 여부를 확인한다.

• 일치한다면 인증을 통과시켜주고 아니라면 통과시키지 않으면 된다.
• 인증이 통과되었으므로 페이로드에 들어있는 유저의 정보들을 select해서 클라이언트에 돌려준다.

5) 클라이언트가 서버에 요청을 했는데, 만일 Access Token이 만료되면 클라이언트는 Refresh Token을 이용해서 서버로부터 새로운 Access Token을 발급 받는다.

💡 JWT은 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.
그럼 토큰 인증 방식 자체가 빚 좋은 개살구라고 생각할수도 있지만, 토큰의 진짜 목적은 정보 보호가 아닌, 위조 방지이다.
바로 위에서 소개했듯이, 시그니처에 사용된 비밀키가 노출되지 않는이상 데이터를 위조해도 시그니처 부분에서 바로 걸러지기 때문이다.

 

장점

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

 

단점

• Self-contained : 토큰 자체에 정보를 담고 있으므로 양날의 검이 될 수 있다.
• 토큰 길이 : 토큰의 Payload에 3종류의 클레임을 저장하기 때문에, 정보가 많아질수록 토큰의 길이가 늘어나 네트워크에 부하를 줄 수 있다.
• 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.
• Store Token : stateless 특징을 가지기 때문에, 토큰은 클라이언트 측에서 관리하고 저장한다. 때문에 토큰 자체를 탈취당하면 대처하기가 어렵게 된다.

참고

https://ksh-coding.tistory.com/113

[인증/인가] 쿠키 VS 세션 VS 토큰 (JWT) 방식 중 무엇을 사용할까?

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

🌐 JWT 토큰 인증 이란? (쿠키 vs 세션 vs 토큰)