[Security] 대칭키 암호화

이번 포스팅은 대칭키 암호화에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

대칭키 암호

대칭키 암호(Symmetric key)란 암호문을 생성(암호화)할 때와 암호문으로부터 평문을 복원할 때 사용하는 키가 동일한 암호 시스템으로 일반적으로 알고 있는 암호 시스템입니다. 대칭키는 송신자와 수신자가 같은 키를 보유하고 그 키를 통해 송신자가 평문을 암호화해서 전송하면 수신자가 같은 키로 복호화합니다. 이러한 대칭키 암호 방식은 데이터를 변환하는 방법에 따라서 Block 암호와 Stream 암호로 구별합니다.

 

대칭키의 장점과 단점

장점

▶ 키 크기가 상대적으로 작습니다. 

▶ 암호 알고리즘 내부 구조가 단순하여, 시스템개발 환경에 유리합니다.

▶ 비대칭키에 비해 암호화와 복호화 속도가 빠릅니다.

단점

▶ 교환 당사자간에 동일한 키를 공유해야 하기 때문에 키관리의 어려움이 있습니다.

▶ 잦은 키 변경이 있는 경우에 불편함을 초래합니다. 

▶ 디지털 서명 기법에 적용이 곤란하고 안전성을 분석하기가 어렵습니다.

▶ 중재자가 필요합니다.

 

대칭키 암호 방식

Block 암호(Block Cipher)

▶ 암호문을 만들기 위하여 암호 키와 알고리즘이 데이터 블록 단위로 적용되는 암호화 방법입니다. 평문의 동일 블록들이 하나의 메시지에서 동일한 암호문으로 되지 않도록 하기 위해 이전 암호 블록의 암호문을 다음 블록에 순서대로 적용하는 것입니다. 

▶ 라운드 함수를 사용해 반복적으로 암호화 과정을 행함으로써 암호화 강도를 향상시킵니다. 

▶ 이러한 블록 암호 구조에는 페이스텔(Feistel)구조와 SPN(Substitution-Permutation Network) 구조가 있습니다.

 

Block 암호의 장점

▶ S/W 적으로 구현할 수 있습니다.

▶ 전치와 치환을 반복하여 평문과 암호문으로부터 키에 대한 정보를 쉽게 찾아내기 어렵습니다.

▶ 데이터 전송, 대용량 데이터 저장시 사용이 가능합니다.

 

Block 암호의 단점

▶ 느린 암호화 속도와 에러 전파의 문제가 있습니다.

▶ 데이터의 크기가 작을 경우 효율적으로 암호화 하기에는 적합하지 않습니다.

 

Block 암호의 종류

AES(Advanced Encryption Standard)

 

▶ AES는 미국 표준 블록 암호였던 DES의 안전성에 문제가 제기됨에 따라 2000년 새로운 미국 표준 블록 암호로 채택된 128-비트 블록 암호입니다. AES는 128비트 평문을 128,192,256비트의 세 가지 키를 가지며, 공개 알고리즘으로 누구나 이용 가능합니다. SPN 구조를 사용하여 블록을 나누지 않고 한번에 변화시키는 구조입니다. 

 

▶ AES는 128비트 블록 단위로 암호화를 실행합니다. 

 

Stream 암호(Stream Cipher)

 

▶ 스트림 암호는 데이터 흐름(스트림)을 비트 단위로 순차적으로 처리해가는 암호 알고리즘으로써 원타임패드(One Time Pad)를 실용적으로 구현할 목적으로 개발되었습니다. 

 

▶ 초기 벡터를 암호화 한 후 평문에 XOR 연산을 해 암호문을 구현합니다.

 

Stream 암호의 장점

▶ 오류 확산의 위험이 없고, 하드웨어적 구현이 가능합니다.

▶ 주로 군사 및 외교용으로 사용되었으나, 최근에는 이동통신 환경에서 구현이 용이해 무선 데이터 보호에 이용되고 있습니다.

▶ 실시간성이 중요하게 생각되는 음성, 영상, 스트리밍 전송에 사용됩니다.

 

Stream 

암호의 단점

▶ 비트단위로 암호화하기 때문에 시간이 많이 걸립니다.

▶ 데이터 흐름에 따라 비트 단위로 순차적으로 처리하기 때문에 내부 상태를 저장하고 있어야 합니다.

▶ 평문의 길이가 커지면 키 길이도 커지기 때문에 비효율적입니다.

▶ 선형성으로 인해 공격에 취약합니다.

 

Reference. 

1.http://wiki.hash.kr/index.php/%EB%8C%80%EC%B9%AD%ED%82%A4_%EC%95%94%ED%98%B8_%EC%95%8C%EA%B3%A0%EB%A6%AC%EC%A6%98