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kind: CASE
slug: the-winner-of-the-rotation-race-also-loses
title: 회전 경쟁에서 이긴 요청의 토큰도 쓸 수 없었다
topic: where-application-state-lives
topicName: 세션과 토큰을 Redis 와 PostgreSQL 에 나눠 두기
project: keycloak-session-store
status: 게시 전
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source:
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  - ../../../final/evidence/raw/b3-refresh-contention__03-client-session-removed.txt
  - ../../../final/evidence/raw/b3-refresh-contention__04-policy-comparison.txt
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# 회전 경쟁에서 이긴 요청의 토큰도 쓸 수 없었다

같은 refresh token 으로 동시에 5건을 보내자 이긴 요청의 새 토큰도 쓸 수 없었다. 경쟁이 감지되자 Keycloak 이 client session 을 지웠기 때문이다. 다섯 전부 못 쓰게 되므로 재시도를 「실패한 것만 다시 보낸다」로 설계할 수 없고, 복구하려면 다시 로그인해야 한다.

## 관계

- **기본키에 세션 id 가 없어서 두 번째 로그인이 첫 토큰을 덮어썼다**
  그 실험은 저장된 토큰이 서로를 덮어쓰는 것을 쟀고, 이 실험은 같은 토큰을 동시에 쓸 때를 쟀다.
- **세션과 토큰의 저장소를 나눠 각각 설계한다**
  토큰 쪽 설계에 재시도가 왜 따라붙는지를 이 관측이 댄다.

## 문제

토큰 갱신에 성공하면 Keycloak 은 새 refresh token 을 발급하면서 옛것을 소비된 것으로 표시하므로, 그 토큰이 다시 오면 재사용으로 본다. 이 realm 은 회전을 켜고 재사용 허용을 0 으로 두어 한 번만 쓸 수 있게 해 두었다.

인스턴스가 둘이고 요청이 어느 쪽으로 갈지 모르는 구성에서는 두 replica 가 같은 refresh token 을 거의 같은 시각에 쓸 수 있다. 이때 하나가 이기고 나머지가 400 을 받는다면 진 요청만 다시 보내는 재시도로 복구된다. 실제로 그렇게 갈리는지를 재야 했다.

## 결론

realm 설정
revokeRefreshToken : true
refreshTokenMaxReuse : 0

같은 refresh token 으로 동시에 5건을 보낸 결과
순차 실행으로 재현 : x
이긴 요청이 새 토큰을 받았는가 : o
이긴 요청의 새 토큰을 쓸 수 있었는가 : x
원인 : 경쟁이 감지되자 Keycloak 이 client session 을 지웠다

회전을 느슨하게 둔 두 구성을 같은 절차로 더 걸었을 때
revokeRefreshToken false : 5건 다 200. client session 1 남음
refreshTokenMaxReuse 1 : 성공 2 / 5. 이긴 토큰 재사용 400. client session 0

「하나는 성공하고 나머지가 실패한다」가 아니라 전부 못 쓰게 되는 쪽이었다. 새 토큰 자체가 잘못 발급된 것이 아니라 그 토큰이 매달린 세션이 방금 사라졌기 때문이다.

그래서 이 상황의 복구는 실패한 요청을 다시 보내는 것으로 끝나지 않고 재인증까지 가야 한다.

## 검증 환경

실험대 : 베어메탈 한 대(test-server, Arch Linux, 12GB, WiFi only) 위의 VM 두 대
kc-lab-1 : k3s server (컨트롤 플레인) · keycloak-1
kc-lab-2 : k3s agent · keycloak-0 · PostgreSQL · Redis
애플리케이션 : BFF(Spring Boot) 두 인스턴스. 노드마다 하나씩 떴다
회전 설정 : revokeRefreshToken true · refreshTokenMaxReuse 0
정책 비교로 더 건 두 구성 : revokeRefreshToken false · refreshTokenMaxReuse 1
동시 요청 수 : 5. 세 구성 모두 같은 수로 걸었다
Keycloak 패치 버전 : 이 측정 기록에 적혀 있지 않다

## 재현 조건

1. realm 의 회전 설정을 확인한다.
revokeRefreshToken 이 true 이고 refreshTokenMaxReuse 가 0 이어야 한다.

2. 로그인해서 refresh token 을 하나 확보한다.

3. 그 토큰 하나로 토큰 갱신 요청 5건을 동시에 보낸다.
셸에서 각 요청을 백그라운드로 띄우고 wait 으로 모은다. 순차로 돌리면 경합이 생기지 않아 재현되지 않는다.

4. 5건의 응답 코드를 각각 기록한다.

5. 200 을 받은 요청이 가져온 새 access token 으로 보호된 요청을 한 번 보낸다.

6. 그 사용자의 세션에 client session 이 몇 개 남았는지 확인하고, 새로 만든 정상 세션과 견준다.
같은 시점에 revoked_token 행 수도 센다.

7. 회전 설정을 바꾸기 전에 세션을 새로 만든다.
앞 구성에서 파괴된 세션으로 재면 무엇을 바꾸든 다섯 다 400 이라 비교가 성립하지 않는다.

8. 회전을 끈 구성과 refreshTokenMaxReuse 를 1 로 둔 구성에서 3 번부터 6 번까지를 각각 다시 돌린다.

## 본문

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## 회전을 켜면 옛 토큰이 소비된 것으로 표시된다

토큰 갱신에 성공하면 Keycloak 은 새 refresh token 을 발급하면서 방금 쓴 토큰을 소비된 것으로 표시한다. 소비된 토큰이 다시 오면 재사용으로 보고 거절하는데, 얼마나 엄격하게 볼지는 realm 설정 두 개가 정한다.

| 설정 | 무엇을 바꾸나 |
|---|---|
| revokeRefreshToken | 회전을 켠다. 옛 토큰을 소비 처리 |
| refreshTokenMaxReuse=0 | 한 번만 쓸 수 있다 (가장 엄격) |
| refreshTokenMaxReuse=1 | 같은 토큰을 두 번까지 허용 — 네트워크 재시도를 견디려는 값 |

동시 5건을 처음 던진 것은 가장 엄격한 쪽인 `refreshTokenMaxReuse=0` 에서였다. 지금 realm 이 어느 쪽인지는 관리 명령으로 확인한다.

```bash label="realm 의 회전 설정"
kcadm get realms/<realm> --fields revokeRefreshToken,refreshTokenMaxReuse
```

## 순차로 보내면 아무 일도 일어나지 않는다

replica 둘이 같은 refresh token 을 쓰는 상황을 만들려면 요청이 실제로 겹쳐야 한다. 같은 토큰으로 5건을 차례로 보내면 첫 건이 갱신하고 나머지가 소비된 토큰을 들고 오므로 재사용 판정이 순서대로 나올 뿐이다. 그래서 셸에서 요청 5건을 `&` 로 띄우고 `wait` 으로 한꺼번에 모아 같은 시각에 도착하게 만들었다.

부하 도구는 쓰지 않았다. 묻는 것이 초당 몇 건까지 견디는가가 아니라 겹치면 무엇이 부서지는가라서, 둘만 겹쳐도 답은 나온다. 5건으로 잡은 것은 뒤에 나오는 오류 문구 두 종류가 한 화면에 같이 보이기 때문이지 다섯이 필요해서가 아니다.

## 이긴 요청의 토큰도 쓸 수 없었다

동시에 보낸 5건 가운데 하나는 새 토큰을 받았다. 나머지 넷이 받은 400 은 한 가지가 아니었다. 한 건만 `Maximum allowed refresh token reuse exceeded` 였고 나머지 셋은 `Session doesn't have required client` 였다 — 뒤의 셋은 회전 판정이 아니라 세션 쪽에서 거절됐다.

이긴 요청의 새 토큰으로 보호된 요청을 보내자 그것도 통하지 않았다. 재사용이 감지된 순간 Keycloak 이 그 토큰만 막은 것이 아니라 세션 쪽을 지웠기 때문이다. 이긴 요청이 받은 토큰은 방금 사라진 client session 에 매달려 있어서 검증을 통과하지 못한다.

이긴 요청이 200 을 받은 것 자체는 어긋난 값이 아니다. 그 요청은 먼저 처리를 시작해 새 토큰 발급까지 갔고, 그 사이에 뒤늦게 도착한 것들이 같은 옛 토큰을 들고 오면서 재사용 탐지를 깨웠다. client session 이 지워진 것은 그 다음이고, 200 응답은 이미 성공이 확정된 상태로 나간다. 두 일의 순서가 전부라서, 응답 코드를 아무리 봐도 그 토큰이 죽었다는 것은 안 보인다.

이 판정은 값 하나만 보고 내리지 않았다. 경합을 겪은 sid 는 user session 행이 남아 있고 client session 만 0 이었는데, 그 0 이 원래 그런 값인지 지워진 결과인지는 값 하나로 구분되지 않는다. 그래서 정상 세션을 하나 새로 만들어 같은 질의를 걸었고, 그쪽은 1 이었다.

토큰을 폐기 목록에 올려 막은 것일 가능성도 함께 지웠다. 같은 시점에 `revoked_token` 을 세었더니 0 행이었다. 토큰을 지우는 방식이었다면 그 client 의 다른 토큰은 살아 있어야 하는데, 여기서는 그 client 몫이 한꺼번에 죽는다.

![동시에 도착한 refresh 요청들이 경쟁을 일으키고, 그 결과 client session 자체가 지워지는 구성](../../../final/assets/b3-rotation-contention/b3-rotation-contention.svg)

그림에서 동시 요청 다섯이 회전 검사로 모이고, 거기서 나가는 화살표는 client session 을 지우는 쪽으로 간다. 이긴 요청의 새 토큰으로 향하는 선은 그 삭제 뒤에 놓인다. 「하나는 성공하고 나머지가 실패한다」가 아니라 다섯 전부 못 쓰게 되는 쪽이었다.

## 재시도 설계가 여기서 갈린다

실패가 진 요청에만 온다면 재시도는 400 을 받은 쪽만 다시 보내면 끝난다. 200 을 받은 요청까지 쓸 수 없으므로 그 설계로는 복구되지 않고, 이 사용자는 다시 로그인해야 한다.

그러면 회전 설정을 느슨하게 두는 쪽은 어떤지를 같은 절차로 두 번 더 걸었다. 걸기 전에 세션을 새로 만드는 것이 전제인데, 방금 파괴된 세션으로 재면 설정을 무엇으로 두든 다섯 다 400 이라 비교가 성립하지 않는다.

| 회전 설정 | 성공 | 이긴 토큰 재사용 | 남은 client session |
|---|---|---|---|
| revokeRefreshToken true · maxReuse=0 | 1 / 5 | 400 | 0 |
| revokeRefreshToken false | 5 / 5 | 200 | 1 |
| revokeRefreshToken true · maxReuse=1 | 2 / 5 | 400 | 0 |

회전을 끄면 경쟁 자체가 성립하지 않는다. 같은 refresh token 을 계속 쓸 수 있으니 다섯 다 200 이고 세션도 남는다. 대신 토큰이 유출되면 만료까지 계속 쓸 수 있고, 회전이 좁히려던 것이 바로 그 구간이다.

`refreshTokenMaxReuse` 를 1 로 올린 쪽은 절충이 되지 못했다. 성공이 1에서 2로 늘었을 뿐 남은 client session 은 0 그대로이고 이긴 토큰도 여전히 400 이다. 동시 요청이 N 개면 `refreshTokenMaxReuse` 가 N-1 이상이어야 한다는 계산이 여기서 따라 나오는데, 그러려면 몇 개까지 동시에 올지를 먼저 알아야 하고 그 답은 이 실험에 없다. N 을 바꿔 가며 재 보지도 않았으므로 이 계산은 두 구성에서 따라 나온 추론이다.

남는 길은 갱신을 직렬화하는 쪽이고, 그 잠금은 프로세스 밖에 있어야 한다 — 프로세스 안의 `synchronized` 는 replica 를 넘지 못한다. 후보로 PostgreSQL 행 잠금과 Redis 분산 lock 과 갱신 전용 인스턴스를 적어 두었지만 어느 것을 넣었을 때 이 재현이 사라지는지는 재지 않았다. 이 실험이 닫은 것은 무엇이 부서지는가까지다.

## 확인하지 않은 것

재시도 설계를 붙여서 다시 재지 않았다. 어떤 재시도가 이 상황을 복구하는지는 확인하지 않았다.

동시 요청 수는 5건 한 가지만 걸었다. 2건이나 20건에서 같은 결과가 나오는지는 세 구성 어디에서도 재지 않았다.

BFF 를 거쳐 같은 경쟁이 나는지도 재지 않았다. Keycloak 쪽 동작만 갈라 보려고 토큰 엔드포인트를 직접 쳤기 때문이다.
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