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Spring Boot에서 JSON Web Keys (JWK)를 사용한 안전한 JWT 인증 구현
목차
- 소개 ................................................................. 1
- JWT와 JWK 이해하기 .................................. 3
- Spring Boot 프로젝트 설정 ......................... 5
- RSA 키 쌍 생성 ........................................ 8
- JWKSource를 사용한 Spring Security 구성 ......................... 12
- JWT 인코더 및 디코더 구현 .................... 16
- 애플리케이션 보안 ........................................... 20
- 결론 ..................................................................... 24
소개
오늘날 빠르게 진화하는 디지털 환경에서 웹 애플리케이션의 보안을 보장하는 것은 매우 중요합니다. JSON Web Tokens (JWT)는 인증 및 권한 부여를 처리하는 강력한 솔루션으로 부상했습니다. 그러나 그 효과를 극대화하려면 JWT를 JSON Web Keys (JWK)와 통합하는 것이 필수적입니다. 이 전자책은 JWK를 사용하여 Spring Boot 애플리케이션에서 안전한 JWT 인증을 구현하는 복잡한 과정을 다룹니다. 전통적인 PEM 파일과 JWK 간의 차이점, RSA 키 쌍 생성 과정, 그리고 JWT와 JWK의 잠재력을 최대한 활용하기 위한 Spring Security 구성 방법을 살펴봅니다.
JWT와 JWK의 중요성
- JWT: 상태 비저장 인증을 용이하게 하여 서버 부하를 줄이고 확장성을 향상시킵니다.
- JWK: 암호화 키를 표준화된 방식으로 표현하여 보안과 상호 운용성을 향상시킵니다.
장단점
| 특징 | JWT | JWK |
|---|---|---|
| 보안 | 안전한 토큰 기반 인증 | 키 관리를 통해 JWT 보안을 강화 |
| 확장성 | 상태 비저장으로 서버 부하 감소 | 표준화된 키 배포로 확장성 지원 |
| 상호 운용성 | 다양한 플랫폼에서 널리 지원 | 키 표현의 일관성 촉진 |
| 복잡성 | 간단한 토큰 구조 | 키 관리에 추가 설정 필요 |
언제 어디서 사용할 것인가
- JWT: RESTful API, 단일 페이지 애플리케이션, 마이크로서비스 아키텍처에 이상적입니다.
- JWK: 특히 분산 시스템에서 동적 키 관리가 필요한 애플리케이션에 가장 적합합니다.
JWT와 JWK 이해하기
구현에 뛰어들기 전에 JWT와 JWK의 기본 개념을 이해하는 것이 중요합니다.
JWT란 무엇인가?
JSON Web Token (JWT)는 양 당사자 간에 전송될 클레임을 표현하기 위한 간결하고 URL 안전한 수단입니다. 토큰은 세 부분으로 구성됩니다:
- 헤더: 토큰의 유형과 사용된 해싱 알고리즘과 같은 메타데이터를 포함합니다.
- 페이로드: 전송하려는 클레임 또는 데이터를 담고 있습니다.
- 서명: 토큰의 무결성과 진위를 검증합니다.
JWK란 무엇인가?
JSON Web Key (JWK)는 암호화 키를 나타내는 JSON 데이터 구조입니다. 이는 키를 표현하는 방식을 표준화하여 특히 분산 시스템에서 키를 관리하고 배포하기 쉽게 만듭니다.
PEM과 JWK의 차이점
| 측면 | PEM | JWK |
|---|---|---|
| 형식 | 헤더와 푸터가 포함된 Base64 인코딩 | JSON 구조 |
| 사용 용도 | 주로 RSA 키 인코딩에 사용 | 다양한 키 유형 표현에 적합 |
| 상호 운용성 | PEM을 이해하는 시스템에 제한적 | 다양한 플랫폼에서 널리 지원 |
| 관리 | 수동 관리 및 배포 | 동적 키 관리 및 배포 용이 |
Spring Boot 프로젝트 설정
Spring Boot에서 JWK와 함께 JWT를 구현하기 위해 OAuth2 인증을 사용하도록 구성된 기본 Spring Boot 애플리케이션을 설정하는 것으로 시작합니다.
프로젝트 구조
프로젝트는 표준 Spring Boot 구조를 따릅니다:
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SpringRestdemo ├── src │ ├── main │ │ ├── java │ │ │ └── org.studyeasy.SpringRestdemo │ │ │ ├── SpringRestdemoApplication.java │ │ │ ├── config │ │ │ │ └── SwaggerConfig.java │ │ │ ├── controller │ │ │ │ ├── AccountController.java │ │ │ │ └── AuthController.java │ │ │ ├── payload │ │ │ │ └── auth │ │ │ │ ├── Token.java │ │ │ │ └── UserLogin.java │ │ │ ├── security │ │ │ │ ├── Jwks.java │ │ │ │ ├── KeyGenerator.java │ │ │ │ └── SecurityConfig.java │ │ │ └── service │ │ │ └── TokenService.java │ │ └── resources │ │ └── application.properties │ └── test │ └── java │ └── org.studyeasy.SpringRestdemo │ └── SpringRestdemoApplicationTests.java ├── pom.xml └── ... |
의존성
pom.xml 파일에는 Spring Boot, OAuth2, JWT, API 문서를 위한 Swagger 등 필수 의존성이 포함되어 있습니다. 특히, JWT 사용을 간소화하기 위해 구성 프로세서 의존성이 제거되었습니다.
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<dependencies> <!-- Spring Boot 스타터 의존성 --> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <!-- Spring Security OAuth2 --> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-oauth2-resource-server</artifactId> </dependency> <!-- JWT 의존성 --> <dependency> <groupId>org.springframework.security</groupId> <artifactId>spring-security-oauth2-jose</artifactId> </dependency> <!-- API 문서를 위한 Swagger --> <dependency> <groupId>io.springfox</groupId> <artifactId>springfox-boot-starter</artifactId> <version>3.0.0</version> </dependency> <!-- 추가 의존성 --> <!-- ... --> </dependencies> |
RSA 키 쌍 생성
보안은 모든 인증 메커니즘의 초석입니다. 강력한 RSA 키 쌍을 생성하면 JWT가 안전하게 서명되고 검증될 수 있습니다.
KeyGenerator 유틸리티
KeyGeneratorUtils라는 전용 유틸리티 클래스는 RSA 키 쌍 생성을 담당합니다.
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package org.studyeasy.SpringRestdemo.security; import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.NoSuchAlgorithmException; public class KeyGeneratorUtils { public static KeyPair generateRSAKey() { try { KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); keyPairGenerator.initialize(2048); return keyPairGenerator.generateKeyPair(); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new IllegalStateException(e); } } } |
설명
- KeyPairGenerator: Java의 보안 라이브러리를 사용하여 RSA 키를 생성합니다.
- 키 크기: 보안성과 성능의 균형을 위해 2048비트 키 크기를 선택합니다.
- 예외 처리: 키 생성 중 발생하는 모든 문제는 IllegalStateException을 발생시켜 실패가 신속하게 처리되도록 합니다.
JWKSource를 사용한 Spring Security 구성
JWKSource를 Spring Security와 통합하면 동적 키 관리가 가능해지고 JWT 처리의 보안이 향상됩니다.
SecurityConfig 클래스
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package org.studyeasy.SpringRestdemo.security; import org.springframework.context.annotation.Bean; import org.springframework.context.annotation.Configuration; import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity; import org.springframework.security.web.SecurityFilterChain; import com.nimbusds.jose.jwk.source.JWKSource; import com.nimbusds.jose.proc.SecurityContext; @Configuration public class SecurityConfig { @Bean public JWKSource<SecurityContext> jwkSource() { RSAKey rsaKey = Jwks.generateRSAKey(); JWKSet jwkSet = new JWKSet(rsaKey); return (jwkSelector, securityContext) -> jwkSelector.select(jwkSet); } @Bean public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception { http .authorizeHttpRequests(auth -> auth .anyRequest().authenticated() ) .oauth2ResourceServer(oauth2 -> oauth2 .jwt(jwt -> jwt .jwkSource(jwkSource()) ) ); return http.build(); } } |
설명
- JWKSource Bean: JWT 인코딩 및 디코딩에 필요한 RSA 키를 생성하고 제공합니다.
- SecurityFilterChain Bean: OAuth2 리소스 서버 설정을 사용하여 모든 요청이 인증되도록 HTTP 보안을 구성합니다.
- JWT 구성: jwkSource를 JWT 디코더와 연관시켜 Spring Security가 제공된 JWK를 통해 들어오는 토큰을 검증할 수 있도록 합니다.
JWT 인코더 및 디코더 구현
JWT의 효율적인 인코딩 및 디코딩은 안전하고 성능이 뛰어난 인증 흐름을 유지하는 데 중요합니다.
TokenService 클래스
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package org.studyeasy.SpringRestdemo.service; import org.springframework.stereotype.Service; import com.nimbusds.jose.JWSAlgorithm; import com.nimbusds.jose.crypto.RSASSASigner; import com.nimbusds.jwt.SignedJWT; import java.util.Date; @Service public class TokenService { private final RSAKey rsaKey; public TokenService(RSAKey rsaKey) { this.rsaKey = rsaKey; } public String generateToken(String username) { try { JWSSigner signer = new RSASSASigner(rsaKey); JWTClaimsSet claimsSet = new JWTClaimsSet.Builder() .subject(username) .issuer("spring-rest-demo") .expirationTime(new Date(new Date().getTime() + 3600 * 1000)) .build(); SignedJWT signedJWT = new SignedJWT( new JWSHeader(JWSAlgorithm.RS256), claimsSet ); signedJWT.sign(signer); return signedJWT.serialize(); } catch (Exception e) { throw new RuntimeException("토큰 생성 중 오류 발생", e); } } } |
설명
- generateToken 메서드:
- ClaimsSet: 토큰의 클레임(주제, 발행자, 만료 시간 등)을 정의합니다.
- Signer: 생성된 RSA 키를 사용하여 RSASSASigner로 JWT에 서명합니다.
- 직렬화: 서명된 JWT를 전송을 위한 간결한 문자열 형식으로 변환합니다.
- 예외 처리: 토큰 생성 중 발생하는 모든 문제는 RuntimeException을 발생시켜 실패가 즉시 인지되도록 합니다.
프로그램 코드 분석
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// import 문 import com.nimbusds.jose.*; import com.nimbusds.jose.crypto.*; import com.nimbusds.jwt.*; // 토큰 생성 public String generateToken(String username) { // RSA 키로 서명자 생성 JWSSigner signer = new RSASSASigner(rsaKey); // JWT 클레임 정의 JWTClaimsSet claimsSet = new JWTClaimsSet.Builder() .subject(username) .issuer("spring-rest-demo") .expirationTime(new Date(new Date().getTime() + 3600 * 1000)) .build(); // 서명된 JWT 생성 SignedJWT signedJWT = new SignedJWT( new JWSHeader(JWSAlgorithm.RS256), claimsSet ); // JWT 서명 signedJWT.sign(signer); // 문자열로 직렬화 return signedJWT.serialize(); } |
단계별 설명
- 서명자 초기화: RSA 키를 사용하여 RSASSASigner를 생성합니다. 이 서명자는 JWT에 암호화 서명을 적용하는 역할을 합니다.
- 클레임 정의: JWTClaimsSet 빌더를 사용하여 토큰의 주제(사용자 이름), 발행자, 만료 시간을 설정합니다.
- JWT 생성: RS256 알고리즘을 지정한 헤더와 정의된 클레임으로 SignedJWT 객체를 인스턴스화합니다.
- JWT 서명: SignedJWT의 sign 메서드를 사용하여 서명자와 함께 JWT에 암호화 서명을 적용합니다.
- 토큰 직렬화: 서명된 JWT를 간결한 문자열 형식으로 변환하여 전송 및 저장할 준비를 합니다.
출력 예시
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1 |
eyJraWQiOiJLTUlFUUF... |
이 직렬화된 토큰은 클라이언트로 전송되어 이후 요청의 인증에 사용될 수 있습니다.
애플리케이션 보안
JWT와 JWK를 적절하게 구성하면 모든 엔드포인트가 보호되고 토큰이 올바르게 검증되도록 하는 것이 애플리케이션 보안의 핵심입니다.
AuthController 클래스
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package org.studyeasy.SpringRestdemo.controller; import org.springframework.web.bind.annotation.*; import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.studyeasy.SpringRestdemo.payload.auth.UserLogin; import org.studyeasy.SpringRestdemo.service.TokenService; @RestController @RequestMapping("/api/auth") public class AuthController { @Autowired private TokenService tokenService; @PostMapping("/login") public ResponseEntity<?> login(@RequestBody UserLogin userLogin) { // 사용자 인증 (인증 로직은 표시되지 않음) String token = tokenService.generateToken(userLogin.getUsername()); return ResponseEntity.ok(new Token(token)); } } |
설명
- 로그인 엔드포인트: 사용자 인증 요청을 처리합니다. 인증에 성공하면 TokenService를 사용하여 JWT를 생성하고 클라이언트에 반환합니다.
- 토큰 응답: 생성된 토큰을 Token 객체에 캡슐화하여 JSON 응답으로 반환합니다.
AccountController 클래스
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package org.studyeasy.SpringRestdemo.controller; import org.springframework.web.bind.annotation.*; import org.springframework.security.access.prepost.PreAuthorize; @RestController @RequestMapping("/api/account") public class AccountController { @GetMapping("/userinfo") @PreAuthorize("hasAuthority('ROLE_USER')") public ResponseEntity<?> getUserInfo(Authentication authentication) { // 사용자 정보 조회 및 반환 return ResponseEntity.ok(authentication.getPrincipal()); } } |
설명
- 보호된 엔드포인트: /userinfo 엔드포인트는 @PreAuthorize를 사용하여 ROLE_USER 권한을 가진 인증된 사용자만 접근할 수 있도록 보안이 설정되어 있습니다.
- 인증 객체: 자동으로 주입되며 인증된 사용자의 세부 정보를 포함하고 있어 필요에 따라 반환되거나 사용될 수 있습니다.
보안 흐름 다이어그램
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graph LR A[클라이언트 로그인 요청] --> B[AuthController] B --> C[TokenService.generateToken()] C --> D[JWT 생성] D --> E[클라이언트에 JWT 반환] E --> F[클라이언트가 JWT와 함께 보호된 리소스 요청] F --> G[Spring Security 필터] G --> H[JWKSource가 JWT 검증] H --> I[보호된 리소스 접근 허용] |
결론
Spring Boot 애플리케이션에서 JWT를 JWK와 함께 구현하면 인증 메커니즘의 보안성과 관리 가능성을 향상시킬 수 있습니다. JSON Web Keys를 활용함으로써 개발자는 강력한 키 관리를 보장하고 토큰 보안을 강화하며 Spring Security와의 통합 과정을 단순화할 수 있습니다. 이 가이드는 프로젝트 설정 및 RSA 키 생성에서부터 Spring Security 구성 및 애플리케이션 엔드포인트 보안에 이르기까지 포괄적인 개요를 제공하였습니다. 애플리케이션을 계속 개발하고 확장함에 따라 이러한 보안 모범 사례를 통합하는 것은 사용자 데이터를 보호하고 신뢰를 유지하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
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참고: 이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.