Ch2. 암호학 — 비밀을 지키는 수학

암호학의 목적

암호학은 다음 보안 목표를 달성합니다:

• 기밀성: 데이터를 읽을 수 없게 만듦
• 무결성: 변조를 감지
• 인증: 신원 확인
• 부인 방지: 행동을 나중에 부인 불가

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대칭 암호화 (Symmetric Encryption)

같은 키로 암호화·복호화. 빠르지만 키 공유 문제.

주요 알고리즘:

알고리즘	키 길이	상태
DES	56비트	취약(폐기)
3DES	112/168비트	레거시
AES-128	128비트	현재 표준
AES-256	256비트	최강

블록 vs 스트림:

• 블록 암호: 고정 크기 블록 단위 처리 (AES)
• 스트림 암호: 비트/바이트 단위 연속 처리 (RC4 - 현재 취약)

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비대칭 암호화 (Asymmetric Encryption)

공개키(암호화)·개인키(복호화) 쌍 사용. 느리지만 키 공유 문제 해결.

송신자: 수신자 공개키로 암호화 → 수신자: 자신의 개인키로 복호화

주요 알고리즘:

• RSA: 가장 널리 사용, 소인수분해 난이도 기반
• ECC(타원곡선): 더 작은 키로 같은 보안 강도
• Diffie-Hellman: 키 교환 프로토콜

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해시 함수

입력 → 고정 길이 출력(다이제스트). 단방향, 역산 불가.

특성:

• 같은 입력 → 항상 같은 출력
• 다른 입력 → 다른 출력 (충돌 저항)
• 입력의 1비트 변화 → 출력 완전히 다름 (눈사태 효과)

주요 알고리즘:

• MD5: 128비트, 취약(충돌 발견됨)
• SHA-1: 160비트, 취약(폐기 권장)
• SHA-256/SHA-3: 현재 표준

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PKI (Public Key Infrastructure)

디지털 인증서를 발급·관리하는 신뢰 체계.

CA(Certificate Authority): 인증서 발급·서명 기관

• Root CA → Intermediate CA → End-Entity Certificate

디지털 인증서(X.509): 공개키 + 소유자 정보 + CA 서명

디지털 서명:

송신자: 문서 해시 → 개인키로 서명
수신자: 공개키로 서명 검증 → 무결성·인증·부인방지 확인

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TLS/SSL: 보안 통신의 기반

TLS 핸드셰이크 과정:

1. Client Hello: 지원하는 암호화 스위트 목록
2. Server Hello: 서버 인증서 + 선택한 암호화 방식
3. 키 교환 (Diffie-Hellman 또는 RSA)
4. 세션 키 생성
5. 암호화 통신 시작

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핵심 개념 카드

대칭 vs 비대칭 ★★★★★ : 대칭=빠름(AES, 데이터 암호화), 비대칭=느림(RSA, 키 교환). TLS는 두 가지 결합.

해시 함수 ★★★★★ : 단방향, 고정 길이 출력. SHA-256이 현재 표준. MD5/SHA-1=취약.

PKI와 디지털 서명 ★★★★★ : CA가 공개키 진위 보증. 디지털 서명=무결성+인증+부인방지.

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실전 퀴즈

Q1. 파일 전송 시 수신자가 파일이 변조되지 않았음을 확인하려면?

해시 함수를 사용합니다. 송신자가 파일의 SHA-256 해시를 계산해 파일과 함께 전송합니다. 수신자가 받은 파일의 해시를 계산해 비교합니다. 해시가 일치하면 파일이 변조되지 않은 것입니다. 이것이 무결성 검증의 기본 원리입니다.

Q2. 디지털 서명이 부인 방지(Non-repudiation)를 보장하는 이유는?

디지털 서명에는 서명자의 개인키가 사용됩니다. 개인키는 오직 서명자만 가지므로, 서명된 문서는 해당 개인키 소유자가 서명했다는 것을 증명합니다. 나중에 서명을 부인하려면 개인키가 도난당했음을 입증해야 하는데, 이는 매우 어렵습니다.