[서버] 인증에 활용하는 JWT는 어떻게 보안을 유지할 수 있는가?

JWT는 보안 측면에서 2가지 문제점을 제시할 수 있습니다.

 

1. 악성 사용자가 생성하는 JWT

2. JWT 탈취

​

JWT 탈취는 인증/인가 부분에서 다루는 내용중 하나가 엑세스 토큰이 만료되어 해당 엑세스 토큰을 가지고 리프레시 토큰을 받아와서 리프레시 토큰으로 다시 엑세스 토큰을 발급받을 수 있다면, 악성 사용자가 다른 사용자의 만료된 엑세스 토큰을 탈취하여 다른 사용자의 정보를 가진 엑세스 토큰을 사용할 수 있습니다

● 악성사용자가 생성하는 JWT

첫 번째 문제는 악성사용자가 JWT를 생성하는 경우입니다.

이 경우는 일어나기 매우 어렵습니다.

이해하기 위해선 JWT의 구조를 이해해야 합니다.

·  JWT 구조

JWT는 3개의 부분으로 이루어져 있습니다.

header.payload.signature
  헤더 .  내용  .  서명

▶  헤더

헤더는 타입과 해시 알고리즘 정보를 가진 JSON을 Baes64로 인코딩한 값입니다

{
  "typ": "JWT",
  "alg": "HS256"
}

▶  페이로드

페이로드는 토큰의 정보를 가지고 있습니다. 페이로드도 헤더처럼 JSON을 인코딩한 값입니다. 이때 키-값의 한 쌍을 클레임(Claim)이라고 부릅니다. 클레임은 등록된 클레임, 공개 클레임, 비공개 클레임으로 나뉩니다.

​

다음은 등록된 클레임입니다. 등록된 클레임은 토큰의 정보를 가지는 이미 정해진 클레임입니다.

{
  iss: 토큰 발급자,
  sub: 클레임의 제목,
  aud: 수신자,
  exp: 만료시간,
  nbf: Not Before를 의미. NumericDate 형식으로 지정된 날짜 이전에는 해당 토큰을 처리하지 않음,
  iat: 토큰 발급시간,
  jti: JWT ID, JWT 고유값,
}

공개 클레임은 충돌이 방지된 이름을 가집니다. 일반적으로 URI 형태를 가집니다.

{
    "URI": true
}

비공개 클레임은 클라이언트와 서버간 합의된 내용을 가집니다.

{
    uid: 1,
    name: 'pjt'
}

등록된 클레임, 공개 클래임, 비공개 클레임을 하나의 JSON으로 만들어 Base64로 인코딩한 값입니다.

▶  서명

JWT에서 가장 중요한 부분입니다. 서명은 토큰을 인코딩하고 유효성 검증시 사용합니다. 서명의 생성 과정은 다음과 같습니다.

​

1. 헤더와 페이로드를 Base64로 인코딩

2. 헤더에서 정의한 알고리즘을 이용하여 비밀키를 이용하여 해싱

3. 해싱된 결과를 Base64로 인코딩

·  구현하기

JWT를 직접 만들어 보겠습니다.

​

▶  헤더와 페이로드 base64 인코딩

const header = {
  alg: "HS512",
  typ: "JWT"
}

const payload = {
  sub: "1234567890",
  iat: "1648859796032",
  name: "John Doe",
  admin: true,
}

function base64(obj) {
  return Buffer
    .from(JSON.stringify(obj))
    .toString('base64')
    .replace(/=/gi, "") // replaceAll('=', '')
}

const didEncodeHeader = base64(header)
const didEncodePayload = base64(payload)

console.log('header: ',didEncodeHeader);
console.log('payload: ',didEncodePayload);

▶  서명

이제 이를 이용하여 서명을 해보겠습니다.

const crypto = require('crypto')

const SECRET_KEY = 'mmmm123';
const signature = crypto
  .createHmac("sha512", SECRET_KEY)
  .update(`${didEncodeHeader}.${didEncodePayload}`) // 해싱
  .digest("base64") // 해싱된 결과 base64 인코딩  
  .replace(/=/gi, "") // replaceAll('=', '')
  
console.log(signature)

여기서 핵심은 SCRET_KEY입니다.

5+pI/iAYN1KRWvxsvSUdB593Q3EtwyvI1FcqBY/1UHu9rAh1vlU9dBkKZwfOdCvsa1QNe7izNQEVDPgeil75bw

이렇게 생성된 헤더, 페이로드, 서명을 마침표(.)로 이어주면 됩니다.

const jwt = `${didEncodeHeader}.${didEncodePayload}.${signature}`
console.log(jwt)

eyJhbGciOiJIUzUxMiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwiaWF0IjoiMTY0ODg1OTc5NjAzMiIsIm5hbWUiOiJKb2huIERvZSIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.5+pI/iAYN1KRWvxsvSUdB593Q3EtwyvI1FcqBY/1UHu9rAh1vlU9dBkKZwfOdCvsa1QNe7izNQEVDPgeil75bw

·  verify 구현하기

그렇다면 JWT를 어떻게 검증할까요? 이 토큰이 정상적으로 만들어진 토큰인지 아닌지

바로 전달받은 JWT에서 헤더와 페이로드를 분리한 후 시크릿키를 이용하여 서명을 하면 됩니다. 이때 전달받은 JWT의 서명과 새롭게 만든 서명이 동일하다면 정상적인 토큰이며 그렇지 않을경우 비정상적인 토큰이 됩니다. 시크릿키의 경우는 서버에 보관됩니다. 그렇기 때문에 악의적인 사용자는 시크릿키를 알 수 없으므로 정상적인 서명정보를 만들수 없습니다.

const crypto = require('crypto')

function verify(jwt, secret) {
  const [header, payload, signature] = jwt.split('.');
  
  const signatureRecover = crypto
    .createHmac('sha512', secret)
    .update(`${header}.${payload}`) // 해싱
    .digest("base64")    // 해싱된 결과 base64 인코딩
    .replace(/=/gi, "")  // replaceAll('=', '')

  return signatureRecover === signature;
}

const jwt = 'eyJhbGciOiJIUzUxMiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwiaWF0IjoiMTY0ODg1OTc5NjAzMiIsIm5hbWUiOiJKb2huIERvZSIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.5+pI/iAYN1KRWvxsvSUdB593Q3EtwyvI1FcqBY/1UHu9rAh1vlU9dBkKZwfOdCvsa1QNe7izNQEVDPgeil75bw'
const SECRET_KEY = 'mmmm123';

const rst1 = verify(jwt, SECRET_KEY)
const rst2 = verify(jwt, '1')

console.log(rst1) // true
console.log(rst2) // false

지금 여기서는 해시 알고리즘을 sha512로 고정했는데 이 부분은 헤더의 alg에 따라 변경해주면 됩니다.

function verify(jwt, secret) {
  const [header, payload, signature] = jwt.split('.');
  const decodeHeader = JSON.parse(Buffer.from(header, "base64").toString('utf8'))
  const algMap = {
    HS512: 'sha512'
  }

  const signatureRecover = crypto
    .createHmac(algMap[decodeHeader.alg], secret)
    .update(`${header}.${payload}`) // 해싱
    .digest("base64")    // 해싱된 결과 base64 인코딩
    .replace(/=/gi, "")  // replaceAll('=', '')

  return signatureRecover === signature;
}

이런느낌으로 만들면 됩니다.

다음과 같이 모듈화 할 수 있습니다.

const crypto = require('crypto');
const { threadId } = require('worker_threads');

class JWT {
  
  constructor(secret) {
    this.secret = secret;
    this.token = '';
  }

  decode() {
    if (!this.token) throw new Error('token is not empty');

    const [header, payload, signature] = this.token.split('.');
    return {
      header: decodeBase64(header),
      payload: decodeBase64(payload),
    }
  }

  sign (payload, options = {iat: new Date().getTime()}) {
    const header = {
      alg: "HS512",
      typ: "JWT",
    };

    const didEncodeHeader = encodeBase64(header);
    const didEncodePayload = encodeBase64({...payload, ...options});

    const signature = crypto
      .createHmac("sha512", this.secret)
      .update(`${didEncodeHeader}.${didEncodePayload}`)
      .digest("base64")    // 해싱된 결과 base64 인코딩
      .replace(/=/gi, ""); // replaceAll('=', '');
   
    const token = `${didEncodeHeader}.${didEncodePayload}.${signature}`;
    this.token = token;

    return token
  }

  verify(secret, token = this.token) {
    if(!this.token) throw new Error ('token is not empty');
    const [didEncodeHeader, didEncodePayload, signature] = token.split(".");
    
    const isValid = crypto
      .createHmac("sha512", secret)
      .update(`${didEncodeHeader}.${didEncodePayload}`)
      .digest("base64") // 해싱된 결과 base64 인코딩
      .replace(/=/gi, "") // replaceAll('=', '');
  
    return isValid === signature;
  }
}


function encodeBase64(obj) {
  return Buffer
    .from(JSON.stringify(obj))
    .toString('base64')
    .replace(/=/gi, "") // replaceAll('=', '')
}

function decodeBase64(str) {
  return JSON.parse(Buffer.from(str, "base64").toString('utf8'))
}

exports.JWT = JWT;

다음과 같이 사용할 수 있습니다. 물론 jwt는 잘 만들어진 라이브러리가 이미 있으므로 npm에서 jwt를 가져다 사용하면 됩니다.

const { JWT } = require('./jwt');
const SECRET_KEY = "mmmm123";

const jwt = new JWT(SECRET_KEY);

const payload = {
  name: '멍개',
  age: 30
}

const token = jwt.sign(payload);
console.log(token)
console.log(jwt.decode())

const verify1 = jwt.verify(SECRET_KEY, token);
const verify2 = jwt.verify('adsfsadf', token);

console.log(verify1) // true
console.log(verify2) // false

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● JWT 탈취

두 번째 문제는 JWT 형태로 만들어진 엑세스 토큰이 탈취되는 경우입니다.

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먼저, 엑세스 토큰이 재발급 되는 경우는 다음과 같습니다.

​

1. 로그아웃을 했을 때

2. 만료시간이 지났을 때

​

사용자가 로그아웃했다면 해당 엑세스 토큰은 더 이상 사용되면 안됩니다. 하지만 JWT기반으로 만들어진 엑세스 토큰은 자체적으로 로그아웃이 되었는지 안 되었는지 알 수 없습니다. 여기서 발생된 문제는 다음과 같습니다.

​

A 사용자가 로그아웃을 함.

B 사용자가 A 사용자의 로그아웃 했을때 엑세스 토큰 탈취

B 사용자가 A 사용자의 액세스 토큰을 가지고 리프레쉬 토큰 요청 후 A 사용자 권한을 가진 엑세스 토큰 발급

B 사용자가 A 사용자인 첫 서버 호출

​

이를 해결하기 위해 서버측에선 추가적인 작업이 필요합니다 바로 블랙리스트 테이블을 별도로 구성하여 로그아웃 또는 만료시간이 지났을 때 해당 엑세스을 블랙리스트 항목에 추가

​

서버는 엑세스 토큰 재발급을 위해 리프레시 토큰 조회 요청이 들어오면 엑세스 토큰의 유효성 검사와 함께 블랙리스트에 포함됐는지 확인합니다. 여기서 문제가 있습니다. 바로 액세스 토큰을 재발급 주기가 상당히 짧다는 것 입니다. 그렇기 때문에 서비스가 조금만 운영되어도 블랙리스트에 등록된 엑세스 토큰은 상당히 많아집니다.

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이를 위해 추가적으로 제약을 더 넣어줍니다. 리프레시 토큰 요청이 들어오면 전달된 엑세스 토큰 만료시간이 T시간 지났다면 유효성 실패로 간주합니다. 그리고 블랙리스트는 T시간마다 배치를 돌려 비워줍니다. 그리고 엑세스 토큰 블랙리스트는 인메모리 디비를 활용하여 조회 속도를 높일 수 있습니다.

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추가적으로 리프레시 토큰도 만료가 되었가나 더 이상 사용이 불가능하다면 이를 블랙리스트로 넣어둬야 합니다.