Introduction
암호학은 2가지 분야가 있다.
- 암호 설계: [방패]암호들을 설계 하며 암호를 연구하고 더 고도화된 알고리즘을 통해 하며 방패를 만드는 역할
- 암호 분석: [창]암호들을 분석하며 설계된 암호를 뚫는 과정
암호학은 1900BC 부터 시작되었다. 유명한 암호학은 비밀키 공개키 HASH algorithm이 있으며 이때 비밀키, 공개키는 알고리즘이 비슷하다.
secret-key algorithm
Architecture
평문 -> Encryption(Key) -> 암호문 -> Decription(Key) -> 평문
비밀키(대칭키)와 공캐키의 차이는 key의 차이가 있다.
- 비밀키(대칭키) 암호
- 하나의 비밀키를 양쪽(client & server)가 모두 같이 사용
- 암호화와 복호화에 사용하는 키가 같은 암호화 알고리즘
- 공개키와 비밀키를 별도로 가지는 것과 구별되는데, 이와 비교하면 계산속도가 빠르다는 장점
- 비밀키 하나만 알아내면 암호화된 내용을 해독 가능 → 해커로부터 안전 X
- 대킹키 암호는 암호화하는 단위에 따라 스트림암호와 블록암호로 나눌 수 있음
- 스트림암호는 연속적인 비트/바이트를 계속해서 입력받아, 그에 대응하는 암호화 비트/마이트를 생성하는 방식
- 블록암호는 정해진 한 단위(블록)을 입력받아 그에 대응하는 암호화 블록을 생성하는 방식
- 블록암호의 경우 적절한 운용모드를 조합하면 블록 단위보다 큰 입력을 처리할 수 있음.
- 또한 스트림암호와 유사하게 지속적인 입력에 대해 동작할 수 있음. (대신 입출력 단위는 스트림암호보다 큰 블록 단위가 됨)
- 대칭키 기법을 사용하는 암호 알고리즘 방식으로 DES, 3-DES, AES, SEED, ARIA, MASK 등이 있다.
- 공개키 암호
- 비밀키 하나 만 가지는 대칭키 암호 방법과 달리, 공개키와 비밀키 두 개가 존재
- 공개키 암호를 구성하는 알고리즘을 대칭키 암호 방식과 비교하여 비대칭 암호라고 불림
- 암호화와 복호화에 사용하는 키가 서로 다름
- 암호화할 때의 키는 공개키(public key), 복호화할 때의 키는 개인키(private key)
- 공개키는 누구나 알 수 있지만, 그에 대응하는 비밀키는 키의 소유자만이 알 수 있어서 특정한 비밀키를 가지는 사용자만이 내용을 열어볼 수 있도록 하는 방식.
세계대전
비밀키 Algorithm은 세계대전 전후로 나뉘게 되었다., 세계대전 때 컴퓨터의 발명에 의해 암호 알고리즘의 해독이 비약적으로 늘어났기에..!
현대 비밀키는 컴퓨터의 해독으로도 바로 풀리지 않는 것들을 의미한다.
비밀키 예시
Simple Substitution
- 간단하게 대치를 이루어진다. (예, 알파벳 숫자를 3칸씩 미뤄서 저장한다.)
- Caesar’s Cipher Decryption
tr 'a-z' 'vasdbasdfasdfasdfasf' < plaintext > cipertext tr 'vasdvasvasrasasaf' 'a-z' < ciphertext > plaintext_new - 일반적인 문자가 TAEIO 라고 하고 2문자씩 나눠진것이 bigrams, 3문자씩 나눠진것이 trigrams라고 한다.
- 이것들의 평문을 알아내는 것은 Frequency Anaysis results를 통해 전체적인 알파벳 사용 빈도를 확인하고, 가장 많이 사용했던 알파벳을 쉽게 예측할 수 있다.
- bigrams, trigrams 다 동일하다.
DES( Data Encryption Standard )
- 1970년도에 IBM에서 출시되었고, 미국에서 (백도어를 깔았다는 의심을 받으며) 출시되었다.
- DES는 block ciper으로 64bits들의 크기로 자른다. 하지만, DES는 56bit-key를 사용한다.
- 30년이 지난 후 DES의 사용은 만료가 되었다. 그 이유는 2^56의 DES 연산이 30년동안 처리가 가능해졌기 떄문이다.
AES( Advanced Encryption Standard )
- DES가 출시된 이후, 만료가 되었고 그것에서 더욱 발전된 상태의 암호표준이다.
- 미국에서 만들었지만 공정성을 위해 공모전 결과 벨기에 코드가 채택되었다.
- 128bit이상의 block size를 하고있다.
ECB (Electronic Code book) mode
- 데이터를 넣었던 그대로 복호화가 되는 것이다.
- Pi = Pj 이면 Ci = Cj이다.
- 넣은대로 나오기 때문에 추축하기가 매우 쉬움 => 정보 노출에 용이함
$ openssl enc -aes-128-ecb -e -in plain.txt -out cipher.txt -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF
$ openssl enc -aes-128-ecb -d -in cipher.txt -out new_plain.txt -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF
(-K (비밀키 16진수), -e( Encrytion 암호화) -d( Decriptrion 복호화) )
- C = E(P,K)
- P = D(C0,K)
CBC (Ciper Block Chainging) mode
- Chain처럼 계속 이어지면서 xor게이트와 Initial Vector를 넣어서 완전히 다른 값으로 만들어버린다.
$ openssl enc -aes-128-ecb -e -in plain.txt -out cipher.txt -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF -iv 000102030405060708090a0b0c0d0e0f
$ openssl enc -aes-128-ecb -d -in cipher.txt -out new_plain.txt -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF
(-K (비밀키 16진수), -e( Encrytion 암호화) -d( Decriptrion 복호화) -iv: inital vector)
- C = P xor E (IV,K)
- P = C xor E (IV,K)
CTR (Counter Mode) mode
- 병렬식으로 처리 되기에 CBC보다 더 최적화가된 방법이다.
정보 보안(Imformation Security) 만족요건 3가지
- C Confidentiality(기밀성): 비밀키를 갖고 있는 사람이 정보에 접근해야만 한다.
- I Integrity(무결성): 변조가 되었을 때 server가 탐지할 수 있어야 한다. ** Alice->[E(M)=C]-> BOB Alice->C->C’-> BOB 탐지할 수 있을까? –> 무결성
- A Availability (가공성)
Authenticated Encryption
- CIA중 CI를 만족하는 것들
Padding
- Block cipher encryption modes는 plaintext를 블록으로 나누는데 이때 일정한 cipher의 block size로 나눈다.
- 이때 모든 데이터들이 자르려는 byte로 나눠지지 않기 떄문에 나머지것들을 채운뒤 같이 암호화가 진행된다.
- 만약 7bytes가 남겨진다면 07 07 07 07 07 07 07 07로 패딩이 된다.
Cryptography APIs
python에 암호화를 해주는 API가 있다.
from Crypto.Cipher import AES
from Crypro.Util import Padding