[Item90] 직렬화된 인스턴스 대신 직렬화 프록시 사용을 검토하라

[imsando]

## 목표

• 직렬화 프록시 패턴을 활용하여 직렬화의 보안 문제를 방지하는 방법을 알아보자.

## 핵심 요약

직렬화(Serialization)란?

• 객체의 상태를 바이트 스트림으로 변환하여 저장하거나 네트워크를 통해 전송할 수 있도록 하는 과정이다.
• Serializable 인터페이스를 구현하여 객체를 직렬화할 수 있다.

직렬화의 문제점

• 1. 생성자 이외의 방식으로 인스턴스를 생성할 수 있음
  • 직렬화된 데이터를 역직렬화하면 생성자를 거치지 않고 객체가 만들어진다.
  • 이로 인해 불변식(invariant)이 깨질 위험이 있다.
• 2. 보안 문제 발생 가능
  • 공격자가 조작된 직렬화 데이터를 이용하여 내부 필드를 탈취할 수 있다.
  • 가짜 바이트 스트림 공격을 통해 시스템을 위협할 수도 있다.

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1. 직렬화 프록시 패턴(Serialization Proxy Pattern)

• 직렬화 시, 기존 클래스 대신 프록시 객체를 사용하여 직렬화하는 기법
• 프록시 객체를 통해 역직렬화 후, 정상적인 생성자를 거쳐 인스턴스를 복원

1️⃣ 직렬화 프록시 설계 방법

• 바깥 클래스의 논리적 상태를 저장할 private static 중첩 클래스를 생성 한다.
• 이 중첩 클래스가 바깥 클래스의 직렬화 프록시 역할을 한다.
• 프록시는 Serializable을 구현하며, 바깥 클래스의 데이터를 복사하는 생성자를 가진다.

private static class SerializationProxy implements Serializable {  
    private final Date start;  
    private final Date end;  

    SerializationProxy(Period p) {  
        this.start = p.start;  
        this.end = p.end;  
    }  

    private static final long serialVersionUID = 234098243823485285L;  
}  

2️⃣ writeReplace 메서드 추가

• 직렬화 시 프록시 객체를 대신 반환하도록 한다.
• 이로 인해 바깥 클래스의 직렬화된 인스턴스를 직접 생성할 수 없게 된다.

private Object writeReplace() {  
    return new SerializationProxy(this);  
}  

3️⃣ readObject 메서드를 방어적으로 추가

• 바깥 클래스에서 역직렬화 공격을 차단하기 위해 사용한다.
• 프록시가 없으면 역직렬화를 막는다.

private void readObject(ObjectInputStream stream) throws InvalidObjectException {  
    throw new InvalidObjectException("프록시가 필요합니다.");  
}  

4️⃣ readResolve 메서드 추가

• 역직렬화 시, 프록시 객체를 원래 객체로 변환한다.

private Object readResolve() {  
    return new Period(start, end); // 생성자를 사용하여 복원  
}  

2. 직렬화 프록시 패턴의 장단점

장점

• 불변성 보장
• 가짜 바이트 스트림 공격 방어
• 내부 필드 탈취 공격 방어
• 프록시 객체만 저장하므로, 불필요한 필드 노출을 방지
• 클래스 변경에도 유연

단점 또는 한계

• 확장 가능한 클래스에는 적용할 수 없음
• 순환 참조가 있는 객체에는 적용할 수 없음
• 성능 저하 가능성

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Topics

writeReplace vs readResolve

1️⃣ 전반적인 비교

메서드 명	목적	실행 시점	사용 예시
writeReplace	직렬화 시 프록시 객체가 반환됨	객체가 직렬화되기 전	직렬화 프록시 패턴 사용 시
readResolve	역직렬화 시 기존 인스턴스로 대체됨	역직렬화 후 객체 생성 전	싱글턴 패턴에서 사용

2️⃣ writeReplace vs readResolve 예제 비교

(1) writeReplace 사용 예제

private Object writeReplace() {  
    return new SerializationProxy(this);  
}  

• 직렬화 과정에서 원본 객체 대신 SerializationProxy 객체가 저장된다.

(2) readResolve 사용 예제

private Object readResolve() {  
    return INSTANCE;  
}  

• 역직렬화 시 새로운 객체가 아닌 기존의 INSTANCE를 반환한다.
• 하지만 임시 객체가 생성된 후 GC에 의해 제거되는 단점이 있다.

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핵심 정리

• 제3자가 확장할 수 없는 클래스라면 직렬화 프록시 패턴을 적극적으로 사용하자.
• 불변성을 유지하면서도 보안 위협을 방지하는 가장 안전한 직렬화 방법이다.