JWT authentication

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+-------------------+     +-------------------+     +-------------------+
|     Header        |     |     Payload       |     |    Signature      |
|-------------------|     |-------------------|     |-------------------|
| typ: JWT          |     | iss: issuer       |     | HMAC-SHA256(      |
| alg: HS256        |     | sub: subject      |     |   base64(header)  |
+-------------------+     | exp: expiration   |     |   + "." +         |
                          | iat: issued at    |     |   base64(payload),|
                          | ...custom claims  |     |   secret)         |
                          +-------------------+     +-------------------+

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import jwt
import datetime

# 비밀키
secret = 'my_super_secret'
# Payload
payload = {
    'sub': 'user123',
    'name': 'John Doe',
    'iat': datetime.datetime.utcnow(),
    'exp': datetime.datetime.utcnow() + datetime.timedelta(hours=1)
}
# 토큰 생성
token = jwt.encode(payload, secret, algorithm='HS256')
print(token)

# 토큰 검증
decoded = jwt.decode(token, secret, algorithms=['HS256'])
print(decoded)

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const express = require('express');
const jwt = require('jsonwebtoken');
const bodyParser = require('body-parser');

const app = express();
app.use(bodyParser.json());

const SECRET = process.env.JWT_SECRET || 'supersecret';
const ACCESS_EXPIRES = '15m';
const REFRESH_EXPIRES = '7d';

// 로그인 엔드포인트
app.post('/login', (req, res) => {
  const {userId} = req.body;
  const accessToken = jwt.sign({ sub: userId, role: 'user' }, SECRET, { expiresIn: ACCESS_EXPIRES });
  const refreshToken = jwt.sign({ sub: userId }, SECRET, { expiresIn: REFRESH_EXPIRES });
  // 리프레시 토큰은 httpOnly 쿠키로 전송
  res.cookie('refreshToken', refreshToken, { httpOnly: true, secure: true });
  res.json({ accessToken });
});

// 보호된 자원
app.get('/profile', (req, res, next) => {
  const auth = req.headers.authorization;
  if (!auth) return res.status(401).end();
  const token = auth.split(' ')[1];
  try {
    const payload = jwt.verify(token, SECRET);
    res.json({ userId: payload.sub, role: payload.role });
  } catch {
    res.status(401).json({ error: 'Invalid or expired token' });
  }
});

// 리프레시 엔드포인트
app.post('/refresh', (req, res) => {
  const rt = req.cookies.refreshToken;
  try {
    const payload = jwt.verify(rt, SECRET);
    const newAccess = jwt.sign({ sub: payload.sub, role: 'user' }, SECRET, { expiresIn: ACCESS_EXPIRES });
    res.json({ accessToken: newAccess });
  } catch {
    res.status(403).end();
  }
});

app.listen(3000, ()=>console.log('Server running'));

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Header.Payload.Signature

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

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{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true,
  "iat": 1516239022,
  "exp": 1516325422
}

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import hmac
import hashlib
import base64

def create_signature(header, payload, secret):
    message = f"{header}.{payload}"
    signature = hmac.new(
        secret.encode('utf-8'),
        message.encode('utf-8'),
        hashlib.sha256
    ).digest()
    return base64.urlsafe_b64encode(signature).decode('utf-8').rstrip('=')

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const jwt = require('jsonwebtoken');
const fs = require('fs');

// 개인키로 서명
const privateKey = fs.readFileSync('private.pem');
const token = jwt.sign({ userId: 123 }, privateKey, { algorithm: 'RS256' });

// 공개키로 검증
const publicKey = fs.readFileSync('public.pem');
const decoded = jwt.verify(token, publicKey, { algorithms: ['RS256'] });

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/**
 * JWT (JSON Web Token) 구현 예시 - JavaScript (Node.js)
 * 대규모 이커머스 플랫폼의 사용자 인증 및 권한 관리 시스템
 */

const jwt = require('jsonwebtoken');
const crypto = require('crypto');
const redis = require('redis');
const fs = require('fs');

class JWTManager {
    /**
     * JWT 매니저 클래스 생성자
     * @param {Object} options - 설정 옵션
     */
    constructor(options = {}) {
        this.algorithm = 'RS256'; // 비대칭 알고리즘 사용
        this.accessTokenExpireMinutes = 15; // 액세스 토큰 만료: 15분
        this.refreshTokenExpireDays = 7; // 리프레시 토큰 만료: 7일
        
        // Redis 클라이언트 초기화 (블랙리스트 관리용)
        this.redisClient = redis.createClient({
            host: options.redisHost || 'localhost',
            port: options.redisPort || 6379
        });
        
        this.redisClient.on('error', (err) => {
            console.error('Redis 연결 오류:', err);
        });
        
        // RSA 키 쌍 로드 또는 생성
        this.loadOrGenerateKeys(options.privateKeyPath, options.publicKeyPath);
    }
    
    /**
     * RSA 키 쌍 로드 또는 생성
     * @param {string} privateKeyPath - 개인키 파일 경로
     * @param {string} publicKeyPath - 공개키 파일 경로
     */
    loadOrGenerateKeys(privateKeyPath, publicKeyPath) {
        try {
            if (privateKeyPath && publicKeyPath && 
                fs.existsSync(privateKeyPath) && fs.existsSync(publicKeyPath)) {
                // 기존 키 로드
                this.privateKey = fs.readFileSync(privateKeyPath, 'utf8');
                this.publicKey = fs.readFileSync(publicKeyPath, 'utf8');
                console.log('기존 RSA 키 쌍 로드 완료');
            } else {
                // 새로운 키 생성 (개발/테스트용)
                this.generateKeys();
            }
        } catch (error) {
            console.error('키 로드 실패:', error);
            this.generateKeys();
        }
    }
    
    /**
     * 새로운 RSA 키 쌍 생성 (개발/테스트용)
     */
    generateKeys() {
        console.log('새로운 RSA 키 쌍 생성 중…');
        const { publicKey, privateKey } = crypto.generateKeyPairSync('rsa', {
            modulusLength: 2048,
            publicKeyEncoding: {
                type: 'spki',
                format: 'pem'
            },
            privateKeyEncoding: {
                type: 'pkcs8',
                format: 'pem'
            }
        });
        
        this.privateKey = privateKey;
        this.publicKey = publicKey;
        console.log('RSA 키 쌍 생성 완료');
    }
    
    /**
     * 액세스 토큰 생성
     * @param {string} userId - 사용자 ID
     * @param {string} username - 사용자명
     * @param {Array} roles - 사용자 역할 목록
     * @param {Array} permissions - 사용자 권한 목록
     * @returns {string} 생성된 JWT 액세스 토큰
     */
    createAccessToken(userId, username, roles = [], permissions = []) {
        const now = Math.floor(Date.now() / 1000);
        const exp = now + (this.accessTokenExpireMinutes * 60);
        
        // JWT 클레임 구성
        const payload = {
            sub: userId,                     // Subject (사용자 ID)
            username: username,              // 사용자명
            roles: roles,                    // 역할 목록
            permissions: permissions,        // 권한 목록
            iss: 'ecommerce-platform',      // Issuer (발급자)
            aud: 'ecommerce-api',           // Audience (대상)
            iat: now,                       // Issued At (발급 시간)
            exp: exp,                       // Expiration Time (만료 시간)
            jti: this.generateJTI()         // JWT ID (고유 식별자)
        };
        
        // 토큰 생성 및 서명
        const token = jwt.sign(payload, this.privateKey, {
            algorithm: this.algorithm,
            header: {
                kid: 'main-signing-key' // Key ID
            }
        });
        
        return token;
    }
    
    /**
     * 리프레시 토큰 생성
     * @param {string} userId - 사용자 ID
     * @returns {string} 생성된 JWT 리프레시 토큰
     */
    createRefreshToken(userId) {
        const now = Math.floor(Date.now() / 1000);
        const exp = now + (this.refreshTokenExpireDays * 24 * 60 * 60);
        
        const payload = {
            sub: userId,
            type: 'refresh',                // 토큰 타입 명시
            iss: 'ecommerce-platform',
            aud: 'ecommerce-auth',
            iat: now,
            exp: exp,
            jti: this.generateJTI()
        };
        
        return jwt.sign(payload, this.privateKey, {
            algorithm: this.algorithm
        });
    }
    
    /**
     * 토큰 검증
     * @param {string} token - 검증할 JWT 토큰
     * @returns {Promise<Object|null>} 검증 성공 시 페이로드, 실패 시 null
     */
    async verifyToken(token) {
        try {
            // 블랙리스트 확인
            const isBlacklisted = await this.isBlacklisted(token);
            if (isBlacklisted) {
                console.log('블랙리스트에 등록된 토큰입니다.');
                return null;
            }
            
            // 토큰 디코딩 및 검증
            const payload = jwt.verify(token, this.publicKey, {
                algorithms: [this.algorithm],
                audience: 'ecommerce-api',
                issuer: 'ecommerce-platform'
            });
            
            return payload;
            
        } catch (error) {
            if (error.name === 'TokenExpiredError') {
                console.log('토큰이 만료되었습니다.');
            } else if (error.name === 'JsonWebTokenError') {
                console.log('유효하지 않은 토큰입니다:', error.message);
            } else {
                console.log('토큰 검증 중 오류:', error);
            }
            return null;
        }
    }
    
    /**
     * 리프레시 토큰을 사용하여 새로운 액세스 토큰 생성
     * @param {string} refreshToken - 리프레시 토큰
     * @returns {Promise<string|null>} 새로운 액세스 토큰 또는 null
     */
    async refreshAccessToken(refreshToken) {
        try {
            // 리프레시 토큰 검증
            const payload = jwt.verify(refreshToken, this.publicKey, {
                algorithms: [this.algorithm],
                audience: 'ecommerce-auth',
                issuer: 'ecommerce-platform'
            });
            
            if (payload.type !== 'refresh') {
                console.log('리프레시 토큰이 아닙니다.');
                return null;
            }
            
            const userId = payload.sub;
            if (!userId) {
                console.log('사용자 ID가 없습니다.');
                return null;
            }
            
            // 실제 환경에서는 DB에서 사용자 정보 조회
            const userInfo = await this.getUserInfo(userId);
            if (!userInfo) {
                console.log('사용자 정보를 찾을 수 없습니다.');
                return null;
            }
            
            // 새로운 액세스 토큰 생성
            const newAccessToken = this.createAccessToken(
                userId,
                userInfo.username,
                userInfo.roles,
                userInfo.permissions
            );
            
            return newAccessToken;
            
        } catch (error) {
            if (error.name === 'TokenExpiredError') {
                console.log('리프레시 토큰이 만료되었습니다.');
            } else {
                console.log('유효하지 않은 리프레시 토큰입니다:', error.message);
            }
            return null;
        }
    }
    
    /**
     * 토큰을 블랙리스트에 추가
     * @param {string} token - 블랙리스트에 추가할 토큰
     */
    async blacklistToken(token) {
        try {
            // 토큰의 jti 추출 (서명 검증 없이)
            const unverifiedPayload = jwt.decode(token);
            const jti = unverifiedPayload?.jti;
            const exp = unverifiedPayload?.exp;
            
            if (jti && exp) {
                // 만료 시간까지만 블랙리스트에 보관
                const ttl = exp - Math.floor(Date.now() / 1000);
                if (ttl > 0) {
                    await this.redisClient.setEx(`blacklist:${jti}`, ttl, 'true');
                    console.log(`토큰이 블랙리스트에 추가되었습니다: ${jti}`);
                }
            }
        } catch (error) {
            console.error('블랙리스트 추가 중 오류:', error);
        }
    }
    
    /**
     * 토큰이 블랙리스트에 있는지 확인
     * @param {string} token - 확인할 토큰
     * @returns {Promise<boolean>} 블랙리스트 여부
     */
    async isBlacklisted(token) {
        try {
            const unverifiedPayload = jwt.decode(token);
            const jti = unverifiedPayload?.jti;
            
            if (jti) {
                const exists = await this.redisClient.exists(`blacklist:${jti}`);
                return exists === 1;
            }
            
            return false;
        } catch (error) {
            return false;
        }
    }
    
    /**
     * JWT ID 생성
     * @returns {string} 고유한 JWT ID
     */
    generateJTI() {
        return crypto.randomBytes(32).toString('hex');
    }
    
    /**
     * 사용자 정보 조회 (실제 환경에서는 DB 연동)
     * @param {string} userId - 사용자 ID
     * @returns {Promise<Object|null>} 사용자 정보
     */
    async getUserInfo(userId) {
        // 실제 환경에서는 데이터베이스에서 조회
        const mockUsers = {
            'user123': {
                username: 'john_doe',
                roles: ['customer', 'premium'],
                permissions: ['read:products', 'write:orders', 'read:profile']
            },
            'admin456': {
                username: 'admin_user',
                roles: ['admin'],
                permissions: ['read:*', 'write:*', 'delete:*']
            }
        };
        
        return mockUsers[userId] || null;
    }
}

/**
 * 인증 미들웨어 클래스
 */
class AuthMiddleware {
    /**
     * 인증 미들웨어 생성자
     * @param {JWTManager} jwtManager - JWT 매니저 인스턴스
     */
    constructor(jwtManager) {
        this.jwtManager = jwtManager;
    }
    
    /**
     * Express.js 미들웨어 함수
     * @returns {Function} Express 미들웨어 함수
     */
    middleware() {
        return async (req, res, next) => {
            try {
                const authHeader = req.headers.authorization;
                const userInfo = await this.authenticate(authHeader);
                
                if (userInfo) {
                    req.user = userInfo;
                    next();
                } else {
                    res.status(401).json({
                        error: 'Unauthorized',
                        message: '유효한 인증 토큰이 필요합니다.'
                    });
                }
            } catch (error) {
                console.error('인증 미들웨어 오류:', error);
                res.status(500).json({
                    error: 'Internal Server Error',
                    message: '서버 내부 오류가 발생했습니다.'
                });
            }
        };
    }
    
    /**
     * Authorization 헤더를 통한 인증
     * @param {string} authorizationHeader - Authorization 헤더 값
     * @returns {Promise<Object|null>} 인증 성공 시 사용자 정보, 실패 시 null
     */
    async authenticate(authorizationHeader) {
        if (!authorizationHeader) {
            return null;
        }
        
        // Bearer 토큰 추출
        const parts = authorizationHeader.split(' ');
        if (parts.length !== 2 || parts[0].toLowerCase() !== 'bearer') {
            return null;
        }
        
        const token = parts[1];
        const payload = await this.jwtManager.verifyToken(token);
        
        if (payload) {
            return {
                userId: payload.sub,
                username: payload.username,
                roles: payload.roles || [],
                permissions: payload.permissions || []
            };
        }
        
        return null;
    }
    
    /**
     * 권한 확인 미들웨어
     * @param {string} requiredPermission - 필요한 권한
     * @returns {Function} Express 미들웨어 함수
     */
    requirePermission(requiredPermission) {
        return (req, res, next) => {
            if (!req.user) {
                return res.status(401).json({
                    error: 'Unauthorized',
                    message: '인증이 필요합니다.'
                });
            }
            
            if (this.hasPermission(req.user, requiredPermission)) {
                next();
            } else {
                res.status(403).json({
                    error: 'Forbidden',
                    message: '권한이 부족합니다.'
                });
            }
        };
    }
    
    /**
     * 권한 확인
     * @param {Object} userInfo - 사용자 정보
     * @param {string} requiredPermission - 필요한 권한
     * @returns {boolean} 권한 보유 여부
     */
    hasPermission(userInfo, requiredPermission) {
        const userPermissions = userInfo.permissions || [];
        
        // 와일드카드 권한 확인
        if (userPermissions.includes('read:*') || userPermissions.includes('write:*')) {
            return true;
        }
        
        // 구체적 권한 확인
        return userPermissions.includes(requiredPermission);
    }
    
    /**
     * 역할 확인 미들웨어
     * @param {string} requiredRole - 필요한 역할
     * @returns {Function} Express 미들웨어 함수
     */
    requireRole(requiredRole) {
        return (req, res, next) => {
            if (!req.user) {
                return res.status(401).json({
                    error: 'Unauthorized',
                    message: '인증이 필요합니다.'
                });
            }
            
            const userRoles = req.user.roles || [];
            if (userRoles.includes(requiredRole) || userRoles.includes('admin')) {
                next();
            } else {
                res.status(403).json({
                    error: 'Forbidden',
                    message: '필요한 역할이 없습니다.'
                });
            }
        };
    }
}

/**
 * Express.js 애플리케이션 예시
 */
const express = require('express');

async function createApp() {
    const app = express();
    app.use(express.json());
    
    // JWT 매니저 및 인증 미들웨어 초기화
    const jwtManager = new JWTManager();
    const authMiddleware = new AuthMiddleware(jwtManager);
    
    // 로그인 엔드포인트
    app.post('/auth/login', async (req, res) => {
        try {
            const { username, password } = req.body;
            
            // 실제 환경에서는 DB에서 사용자 검증
            if (username === 'john_doe' && password === 'password123') {
                const accessToken = jwtManager.createAccessToken(
                    'user123',
                    'john_doe',
                    ['customer', 'premium'],
                    ['read:products', 'write:orders', 'read:profile']
                );
                const refreshToken = jwtManager.createRefreshToken('user123');
                
                res.json({
                    accessToken,
                    refreshToken,
                    expiresIn: jwtManager.accessTokenExpireMinutes * 60
                });
            } else {
                res.status(401).json({
                    error: 'Invalid credentials'
                });
            }
        } catch (error) {
            console.error('로그인 오류:', error);
            res.status(500).json({
                error: 'Internal server error'
            });
        }
    });
    
    // 토큰 갱신 엔드포인트
    app.post('/auth/refresh', async (req, res) => {
        try {
            const { refreshToken } = req.body;
            
            if (!refreshToken) {
                return res.status(400).json({
                    error: 'Refresh token is required'
                });
            }
            
            const newAccessToken = await jwtManager.refreshAccessToken(refreshToken);
            
            if (newAccessToken) {
                res.json({
                    accessToken: newAccessToken,
                    expiresIn: jwtManager.accessTokenExpireMinutes * 60
                });
            } else {
                res.status(401).json({
                    error: 'Invalid refresh token'
                });
            }
        } catch (error) {
            console.error('토큰 갱신 오류:', error);
            res.status(500).json({
                error: 'Internal server error'
            });
        }
    });
    
    // 로그아웃 엔드포인트
    app.post('/auth/logout', authMiddleware.middleware(), async (req, res) => {
        try {
            const authHeader = req.headers.authorization;
            const token = authHeader.split(' ')[1];
            
            await jwtManager.blacklistToken(token);
            
            res.json({
                message: 'Successfully logged out'
            });
        } catch (error) {
            console.error('로그아웃 오류:', error);
            res.status(500).json({
                error: 'Internal server error'
            });
        }
    });
    
    // 보호된 리소스 - 상품 목록 조회
    app.get('/api/products', 
        authMiddleware.middleware(),
        authMiddleware.requirePermission('read:products'),
        (req, res) => {
            res.json({
                message: '상품 목록 조회 성공',
                user: req.user,
                products: [
                    { id: 1, name: 'Laptop', price: 1000 },
                    { id: 2, name: 'Mouse', price: 20 }
                ]
            });
        }
    );
    
    // 보호된 리소스 - 주문 생성
    app.post('/api/orders',
        authMiddleware.middleware(),
        authMiddleware.requirePermission('write:orders'),
        (req, res) => {
            res.json({
                message: '주문 생성 성공',
                user: req.user,
                orderId: Math.random().toString(36).substr(2, 9)
            });
        }
    );
    
    // 관리자 전용 엔드포인트
    app.get('/api/admin/users',
        authMiddleware.middleware(),
        authMiddleware.requireRole('admin'),
        (req, res) => {
            res.json({
                message: '사용자 목록 조회 성공',
                users: [
                    { id: 'user123', username: 'john_doe' },
                    { id: 'admin456', username: 'admin_user' }
                ]
            });
        }
    );
    
    return app;
}

// 사용 예시
async function main() {
    try {
        const app = await createApp();
        const PORT = process.env.PORT || 3000;
        
        app.listen(PORT, () => {
            console.log(`서버가 포트 ${PORT}에서 실행 중입니다.`);
            console.log('\n=== API 사용 예시 ===');
            console.log('1. 로그인: POST /auth/login');
            console.log('   Body: {"username": "john_doe", "password": "password123"}');
            console.log('2. 상품 조회: GET /api/products');
            console.log('   Header: Authorization: Bearer <access_token>');
            console.log('3. 주문 생성: POST /api/orders');
            console.log('   Header: Authorization: Bearer <access_token>');
            console.log('4. 토큰 갱신: POST /auth/refresh');
            console.log('   Body: {"refreshToken": "<refresh_token>"}');
            console.log('5. 로그아웃: POST /auth/logout');
            console.log('   Header: Authorization: Bearer <access_token>');
        });
        
    } catch (error) {
        console.error('서버 시작 오류:', error);
    }
}

// 스크립트 직접 실행 시
if (require.main === module) {
    main();
}

module.exports = {
    JWTManager,
    AuthMiddleware,
    createApp
};