지난 포스트에서는 토큰 기반 인증 시스템의 기본적인 개념에 대하여 알아보았습니다. 이 포스트를 읽기 전에, 토큰 기반 인증 시스템에 대해서 잘 모르시는 분들은 지난 포스트를 꼭 읽어주세요.
이번 포스트에서는, 토큰 기반 인증 시스템의 구현체인 JWT (JSON Web Token) 에 대한 소개를 하고, JWT 토큰의 기본 구조를 알아보도록 하겠습니다.
JSON Web Token 이 뭘까?
기본 정보
JSON Web Token (JWT) 은 웹표준 (RFC 7519) 으로서 두 개체에서 JSON 객체를 사용하여 가볍고 자가수용적인 (self-contained) 방식으로 정보를 안전성 있게 전달해줍니다.
수많은 프로그래밍 언어에서 지원됩니다
JWT 는 C, Java, Python, C++, R, C#, PHP, JavaScript, Ruby, Go, Swift 등 대부분의 주류 프로그래밍 언어에서 지원됩니다.
자가 수용적 (self-contained) 입니다
JWT 는 필요한 모든 정보를 자체적으로 지니고 있습니다. JWT 시스템에서 발급된 토큰은, 토큰에 대한 기본정보, 전달 할 정보 (로그인시스템에서는 유저 정보를 나타내겠죠?) 그리고 토큰이 검증됐다는것을 증명해주는 signature 를 포함하고있습니다.
쉽게 전달 될 수 있습니다
JWT 는 자가수용적이므로, 두 개체 사이에서 손쉽게 전달 될 수 있습니다. 웹서버의 경우 HTTP의 헤더에 넣어서 전달 할 수도 있고, URL 의 파라미터로 전달 할 수도 있습니다.
JWT 는 어떤 상황에서 사용될까?
다음과 같은 상황에서 JWT 가 유용하게 사용 될 수 있습니다:
- 회원 인증: JWT 를 사용하는 가장 흔한 시나리오 입니다. 유저가 로그인을 하면, 서버는 유저의 정보에 기반한 토큰을 발급하여 유저에게 전달해줍니다. 그 후, 유저가 서버에 요청을 할 때 마다 JWT를 포함하여 전달합니다. 서버가 클라이언트에게서 요청을 받을때 마다, 해당 토큰이 유효하고 인증됐는지 검증을 하고, 유저가 요청한 작업에 권한이 있는지 확인하여 작업을 처리합니다.
서버측에서는 유저의 세션을 유지 할 필요가 없습니다. 즉 유저가 로그인되어있는지 안되어있는지 신경 쓸 필요가 없고, 유저가 요청을 했을때 토큰만 확인하면 되니, 세션 관리가 필요 없어서 서버 자원을 많이 아낄 수 있죠. - 정보 교류: JWT는 두 개체 사이에서 안정성있게 정보를 교환하기에 좋은 방법입니다. 그 이유는, 정보가 sign 이 되어있기 때문에 정보를 보낸이가 바뀌진 않았는지, 또 정보가 도중에 조작되지는 않았는지 검증할 수 있습니다.
JWT 의 생김새
JWT 는 . 을 구분자로 3가지의 문자열로 되어있습니다. 구조는 다음과 같이 이루어져있습니다:
자, 그럼 이렇게 3가지 부분으로 나뉘어져 있는 토큰을 하나하나 파헤쳐봅시다.
JWT 토큰을 만들때는 JWT 를 담당하는 라이브러리가 자동으로 인코딩 및 해싱 작업을 해줍니다. 하지만 이 포스트에서는 JWT 토큰이 만들어지는 과정을 더 잘 파악하기 위해 하나하나 Node.js 환경에서 인코딩 및 해싱을 하도록 하겠습니다.
헤더 (Header)
Header 는 두가지의 정보를 지니고 있습니다.
typ: 토큰의 타입을 지정합니다. 바로 JWT 이죠.
alg: 해싱 알고리즘을 지정합니다. 해싱 알고리즘으로는 보통 HMAC SHA256 혹은 RSA 가 사용되며, 이 알고리즘은, 토큰을 검증 할 때 사용되는 signature 부분에서 사용됩니다.
한번, 이 예제를 살펴보세요 :
{
"typ": "JWT",
"alg": "HS256"
}
(위 예제에서는 HMAC SHA256 이 해싱 알고리즘으로 사용됩니다)
이 정보를 base64 로 인코딩을 하면 다음과 같습니다.
Node.js 환경에서 인코딩하기
const header = { "typ": "JWT", "alg": "HS256" }; // encode to base64 const encodedPayload = new Buffer(JSON.stringify(payload)) .toString('base64') .replace('=', ''); console.log('payload: ',encodedPayload); /* Result: header: eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9 */
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9
자, 이제 JWT 의 첫번째 파트가 완성되었습니다!
참고: JSON 형태의 객체가 base64 로 인코딩 되는 과정에서 공백 / 엔터들이 사라집니다. 따라서, 다음과 같은 문자열을 인코딩을 하게 되죠:
{"alg":"HS256","typ":"JWT"}
정보 (payload)
Payload 부분에는 토큰에 담을 정보가 들어있습니다. 여기에 담는 정보의 한 ‘조각’ 을 클레임(claim) 이라고 부르고, 이는 name / value 의 한 쌍으로 이뤄져있습니다. 토큰에는 여러개의 클레임 들을 넣을 수 있습니다.
클레임 의 종류는 다음과 같이 크게 세 분류로 나뉘어져있습니다:
등록된 (registered) 클레임,
공개 (public) 클레임,
비공개 (private) 클레임
그럼, 하나 하나 알아볼까요?
#1 등록된 (registered) 클레임
등록된 클레임들은 서비스에서 필요한 정보들이 아닌, 토큰에 대한 정보들을 담기위하여 이름이 이미 정해진 클레임들입니다. 등록된 클레임의 사용은 모두 선택적 (optional)이며, 이에 포함된 클레임 이름들은 다음과 같습니다:
iss: 토큰 발급자 (issuer)sub: 토큰 제목 (subject)aud: 토큰 대상자 (audience)exp: 토큰의 만료시간 (expiraton), 시간은 NumericDate 형식으로 되어있어야 하며 (예: 1480849147370) 언제나 현재 시간보다 이후로 설정되어있어야합니다.nbf: Not Before 를 의미하며, 토큰의 활성 날짜와 비슷한 개념입니다. 여기에도 NumericDate 형식으로 날짜를 지정하며, 이 날짜가 지나기 전까지는 토큰이 처리되지 않습니다.iat: 토큰이 발급된 시간 (issued at), 이 값을 사용하여 토큰의age가 얼마나 되었는지 판단 할 수 있습니다.jti: JWT의 고유 식별자로서, 주로 중복적인 처리를 방지하기 위하여 사용됩니다. 일회용 토큰에 사용하면 유용합니다.
#2 공개 (public) 클레임
공개 클레임들은 충돌이 방지된 (collision-resistant) 이름을 가지고 있어야 합니다. 충돌을 방지하기 위해서는, 클레임 이름을 URI 형식으로 짓습니다.
{
"https://velopert.com/jwt_claims/is_admin": true
}
#3 비공개 (private) 클레임
등록된 클레임도아니고, 공개된 클레임들도 아닙니다. 양 측간에 (보통 클라이언트 <->서버) 협의하에 사용되는 클레임 이름들입니다. 공개 클레임과는 달리 이름이 중복되어 충돌이 될 수 있으니 사용할때에 유의해야합니다.
{
"username": "velopert"
}
예제 Payload
{
"iss": "velopert.com",
"exp": "1485270000000",
"https://velopert.com/jwt_claims/is_admin": true,
"userId": "11028373727102",
"username": "velopert"
}
위 예제 payload 는 2개의 등록된 클레임, 1개의 공개 클레임, 2개의 비공개 클레임으로 이뤄져있습니다.
위 데이터를 base64 로 인코딩을 해볼까요?
Node.js 환경에서 인코딩하기
const payload = { "iss": "velopert.com", "exp": "1485270000000", "https://velopert.com/jwt_claims/is_admin": true, "userId": "11028373727102", "username": "velopert" }; // encode to base64 const encodedPayload = new Buffer(JSON.stringify(payload)) .toString('base64') .replace('=', ''); console.log('payload: ',encodedPayload); /* result payload: eyJpc3MiOiJ2ZWxvcGVydC5jb20iLCJleHAiOiIxNDg1MjcwMDAwMDAwIiwiaHR0cHM6Ly92ZWxvcGVydC5jb20vand0X2NsYWltcy9pc19hZG1pbiI6dHJ1ZSwidXNlcklkIjoiMTEwMjgzNzM3MjcxMDIiLCJ1c2VybmFtZSI6InZlbG9wZXJ0In0 */
eyJpc3MiOiJ2ZWxvcGVydC5jb20iLCJleHAiOiIxNDg1MjcwMDAwMDAwIiwiaHR0cHM6Ly92ZWxvcGVydC5jb20vand0X2NsYWltcy9pc19hZG1pbiI6dHJ1ZSwidXNlcklkIjoiMTEwMjgzNzM3MjcxMDIiLCJ1c2VybmFtZSI6InZlbG9wZXJ0In0
주의:
base64로 인코딩을 할 때dA==처럼 뒤에=문자가 한두개 붙을 때가 있습니다. 이 문자는base64인코딩의 padding 문자라고 부릅니다.
JWT 토큰은 가끔 URL 의 파라미터로 전달 될 때도 있는데요, 이=문자는, url-safe 하지 않으므로, 제거되어야 합니다. 패딩이 한개 생길 때도 있고, 두개 생길 때도 있는데, 전부 지워(제거해줘도 디코딩 할 때 전혀 문제가 되지 않습니다)
JWT 토큰의 두번째 파트가 완성되었습니다!
서명 (signature)
JSON Web Token 의 마지막 부분은 바로 서명(signature) 입니다. 이 서명은 헤더의 인코딩값과, 정보의 인코딩값을 합친후 주어진 비밀키로 해쉬를 하여 생성합니다.
서명 부분을 만드는 슈도코드(pseudocode)의 구조는 다음과 같습니다.
HMACSHA256( base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
이렇게 만든 해쉬를, base64 형태로 나타내면 됩니다 (문자열을 인코딩 하는게 아닌 hex → base64 인코딩을 해야합니다)
한번, 이 포스트에서 사용된 예제 헤더와 정보를 해싱 해볼까요?
먼저, 헤더와 정보의 인코딩 값 사이에 . 을 넣어주고, 합칩니다
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJ2ZWxvcGVydC5jb20iLCJleHAiOiIxNDg1MjcwMDAwMDAwIiwiaHR0cHM6Ly92ZWxvcGVydC5jb20vand0X2NsYWltcy9pc19hZG1pbiI6dHJ1ZSwidXNlcklkIjoiMTEwMjgzNzM3MjcxMDIiLCJ1c2VybmFtZSI6InZlbG9wZXJ0In0
이 값을 비밀키의 값을 secret 으로 해싱을 하고 base64로 인코딩하면 다음과 같은 값이 나옵니다.
Node.js 환경에서 해싱 및 인코딩하기
const crypto = require('crypto'); const signature = crypto.createHmac('sha256', 'secret') .update(encodedHeader + '.' + encodedPayload) .digest('base64') .replace('=', ''); console.log('signature: ',signature);
WE5fMufM0NDSVGJ8cAolXGkyB5RmYwCto1pQwDIqo2w
이 부분 또한 padding 이 생기면 지워줍니다.
오우! 3번째 부분까지 끝났군요. 그러면 지금까지 구한 값들을 . 을 중간자로 다 합쳐주면, 하나의 토큰이 완성됩니다.
eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJ2ZWxvcGVydC5jb20iLCJleHAiOiIxNDg1MjcwMDAwMDAwIiwiaHR0cHM6Ly92ZWxvcGVydC5jb20vand0X2NsYWltcy9pc19hZG1pbiI6dHJ1ZSwidXNlcklkIjoiMTEwMjgzNzM3MjcxMDIiLCJ1c2VybmFtZSI6InZlbG9wZXJ0In0.WE5fMufM0NDSVGJ8cAolXGkyB5RmYwCto1pQwDIqo2w
이 값을 https://jwt.io/ 의 디버거에 붙여넣어보세요 (JWT.IO 는 브라우저 상에서 JWT 토큰을 검증하고 생성 할 수 있게 해주는 디버거 서비스입니다)
하단의 텍스트가 파란색으로 Signature Verified 라고 뜨면 JWT 토큰이 검증되었다는 것 입니다.
마치면서..
이번 포스트에서는 JWT 의 구조가 어떻게 되어있는지, 그리고 어떤 과정을 거쳐서 만들어지는지 배웠습니다. 토큰에서 필요한 정보를 하나하나 인코딩하고 해싱하는것은 그렇게 대단한 작업은 아니지만 조금은 귀찮기도 합니다. 실제로 JWT 를 서비스에서 사용할때는 우리가 직접 base64 인코딩을하거나 SHA256 해싱을 할 일은 없습니다. JWT 담당 라이브러리에 설정만 해주면 자동으로 손쉽게 만들고, 또 검증도 쉽게해주기 때문이지요.
다음 포스트에서는, Node.js 환경에서 jsonwebtoken 이라는 패키지를 사용하여 MongoDB를 연동한 Express.js 웹 서버 프레임워크에서 JWT 기반 인증 시스템을 구현해보겠습니다.
References
JSON Web Token (JWT)
http://self-issued.info/docs/draft-ietf-oauth-json-web-token.html
JWT – Claims and Signing
http://self-issued.info/docs/draft-jones-json-web-token-01.html
JSON Web Token Tutorial: An Example in Laravel and AngularJS