정보보안 기반기술

• 이번에는 암호화 및 전자서명을 비롯한 정보보안에 기반된 기술들에 대한 내용입니다.

 

암호

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• 평문을 암호문으로 변형하는 과정이 암호화
• 암호문을 평문으로 다시 바꾸는 과정이 복호화
• 이 두 변환 과정에서 사용되는 수학적 기능이 암호 알고리즘 !
• 암호 알고리즘은 암호화 & 복호화를 하기 위해 키(Key)를 사용

암호 기술

1. 암호화 기술
   • 대칭 키 암호 방식: 암호화 키 = 복호화 키
   • 공개키 암호 방식: 암호화 키 ≠ 복호화 키
2. 암호 프로토콜
   • 기본 암호 프로토콜: 개인 식별 및 인증, 전자서명 등
   • 암호 프로토콜: 전화 결제, 전자화폐 등

암호 알고리즘

암호 알고리즘

• 송신자는 평문 P를 암호화 키 KE + 암호화 알고리즘 E를 이용하여 암호문 C 생성 후 수신자에게 전달
• 계산적 불가는 일반적으로 암호문 C가 복호화 키를 모르는 상태에서는 그 내용을 알 수 없어서 발생

암호 시스템

• 암호화 및 복호화에 필요한 모든 요소 → 암호 시스템
• 암호 시스템이 갖춰야 할 요건
  1. 암호화 키에 의해 암호화 및 복호화가 효과적으로 이루어짐
  2. 암호 시스템 사용의 용이
  3. 암호화 알고리즘보다는 암호 키에 의한 보안이 이루어짐

 

비밀키 암호 알고리즘

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장단점

• 암호화 키 = 복호화 키
• 키의 길이가 짧아도 가능 / 연산 속도 빠름
• 송수신자 사이의 거리가 먼 경우 키를 공유하기 어려움
• 통신 상대가 많은 경우 서로 다른 키를 생성하고 유지하는 데 부담

블록 암호 알고리즘

• 고정 크기 입력 블록 → 고정 크기 출력 블록으로 변형
• Feistel Network, DES, AES 등
• 공격 기법으로는 다음 5가지 방법 존재
  1. 차분 공격: 두 평문 블록의 비트 차이에 대해 대응되는 암호문 블록의 비트 차이를 이용
  2. 선형 공격: 알고리즘 내부의 비선형 구조를 적절히 선형화
  3. 전수 공격: 암호화에 사용한 키의 모든 경우에 대해 평문과 암호문을 대비하는 방법
  4. 통계적 분석: 암호문에 대한 평문의 각 단어 빈도에 관한 통계 자료 이용
  5. 수학적 분석: 통계적 방법을 포함하며 수학적 이론을 이용

스트림 암호 알고리즘

• 평문 비트열과 키 비트열의 XOR 연산으로 암호문을 생성하는 방식

 

공개키 암호 알고리즘

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• 각 사용자는 자신에게 송신하기 위해 사용될 키(공개키)를 공개
• 자신의 공개키로 암호화된 정보를 복호화할 수 있는 키(개인키)를 비밀로 보유
• 누구나 암호화할 수 있지만 공개키에 대응되는 개인키를 가진 당사자만 복호화 가능
• 네트워크 전체적으로 2n개의 키 필요
• 다양한 인증 기능 및 안전한 키 교환에 활용

RSA

• 공개키 암호 시스템으로 암호화와 인증에 사용
• 같은 메시지에 대한 암호문은 항상 같음

엘가말

• 암호화하면 메시지 길이가 두 배로 늘어남
• 암호화 시 난수 사용으로 암호화할 때마다 서로 다른 암호문 획득

ECC

• 안정성이 높고 속도가 빠름
• RSA 1024비트의 키와 타원곡선 암호의 160비트 키는 같은 수준의 안전도를 가짐
• 이동 통신 기기의 암호화에 적합

 

비밀키 암호 vs 공개키 암호

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구분	비밀키 암호	공개키 암호
키의 관계	암호화 키 = 복호화 키	암호화 키 ≠ 복호화 키
암호화 키	비공개	공개
복호화 키	비공개	비공개
알고리즘	공개	공개
키의 수	n(n-1)/2	2n
1인당 관리해야 할 키	n-1	1
암호화 속도	고속	저속
인증(전자서명)	복잡	간단
장점	빠른 암호화/복호화 시간 키의 길이가 짧음	키 분배 용이 관리해야 할 키의 수 적음 인증 등 다양한 분야에 활용
단점	사용자 증가에 따른 관리 키 수 증가 키 변화 빈도 높음	느린 암호화/복호화 시간 키 길이가 김 키 변화 빈도 낮음

 

해쉬 함수

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• 임의의 길이를 가지는 입력 비트열을 고정된 짧은 길이로 함축하는 기능
• 키를 사용하지 않기에 같은 입력에 대해 항상 같은 출력

해쉬 함수의 특징

성질	특징
역상 저항성	$y$가 주어졌을 때 $h(x)=y$가 되는 $x$를 찾기가 어려움
제2 역상 저항성	$h(x)=y$인 $x, y$가 있을 때 $h(x’)=y$ (단 $x≠x’$)가 되는 $x’$를 찾는 것이 어려움
충돌 저항성	$h(x)=h(x’)$인 $x$와 $x’$ (단 $x≠x’$)를 찾는 것이 어려움

• 해쉬 값을 통해 원문을 복원하는 것은 계산적으로 불가능

해쉬 함수의 종류

• MD5
  • 패스워드 저장에 주로 사용
  • 시스템의 저장된 패스워드의 해쉬 결과값만으로는 기존 패스워드를 알 수 없음
• SHA
  • 서로 연관된 해쉬 함수들의 집합

어떻게 보완할까?

• 해쉬 값을 생성할 때 추가되는 임의의 비트열인 Salt로 인식 가능성 문제 개선

어디에 활용할까?

• 무결성 검증 방식
  1. 데이터전송 오류
     • 체크섬: 추가 데이터를 더하여 체크섬 값을 얻은 뒤 일정한 비트 값으로 변환 후 이를 근거해 무결성 검사
     • 순환중복검사(CRC): 송신 쪽에서 체크섬을 추가하여 보내면 수신 쪽에서 보내진 체크섬과 계산한 체크섬을 비교
  2. 임의 변경
     • 해쉬 함수
• 파일의 무결성
  • 커널 수준에서 실시간 탐지가 가능한 무결성 기법 도입
  • 무결성 검사를 최초 1회만 수행 후, 해당 파일이 실행되거나 메모리에 적재될 때마다 검사
• 전송 과정에서의 무결성
  
  • 송신자는 메시지에 대한 해쉬 값을 생성 후 이를 메시지와 함께 전송
  • 수신자는 수신 즉시 메시지의 무결성 검사 진행
• 전자 서명
  • 서명자가 데이터의 무결성과 서명자의 인증성을 함께 제공하는 방식
  • 메시지에 대한 해쉬 값 계산 후 이에 대해 서명함으로써 효율적으로 전자 서명 생성

전송 파일의 무결성 검사

 

인증 기술

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인증

• 송수신자 간에 교류되는 정보가 변조 혹은 삭제되지 않았는지, 주체가 되는 송수신자가 정당한지를 확인

1. 사용자 인증
   • 자신이 진정한 사용자라는 것을 상대방에게 증명할 수 있도록 하는 기능
   • 사용자의 신분을 확인하고 서비스를 이용할 수 있는 권한을 부여하기 위해 사용
2. 메시지 인증
   • 메시지가 변조 혹은 삭제되지 않았는지를 확인하는 기능
   • 전자서명을 통해 달성 가능

인증 방식의 유형

지식 기반 인증

• PIN, 패스워드, 계좌 번호 등의 수단 사용
• 패스워드 인증
  • 인증 시 입력 패스워드와 설정된 패스워드를 비교하는 가장 널리 사용되는 방식
  • But, 가장 안전하지 않은 인증 기술
  • 공격 기법에는 무차별 공격, 사전 공격, 트로이목마, 파일 직접 접근 등 존재
  • 이에 주기적인 패스워드 변경, 침입 탐지 시스템 사용, OTP 사용 등으로 대응

소유 기반 인증

• OTP, 스마트카드, 카드 키 등의 수단 사용
• OTP 인증
  • 매 세션마다 일회용 패스워드를 생성하는 인증 기술

OTP 시간 동기화 방식의 동작 절차

존재 기반 인증

• 홍채, 지문, 음성, 얼굴 인식 등의 수단 사용
• 생체 인증
  • 자동 센서로 사람의 신체적 또는 행동적 특성을 추출하여 인증 수단으로 활용
  • 보편성, 유일성, 획득성, 영속성, 정확성, 수용성의 특성을 가짐으로써 보다 안전한 인증 가능
  • 사전에 사용자 생체 정보를 DB에 저장 후, 인증 시 DB와 사용자로부터 추출된 생체 인증 정보 비교

멀티팩터 인증

• 단일 인증 방식의 취약점을 보완하기 위해 복수 개의 인증 기술 조합

 

전자서명

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• 공개키 암호 방식의 특성상 개인키를 가지고 하는 연산은 해당 사용자만이 가능하기에 사용자의 서명 인정 가능
• 송신자는 메시지 + 메시지 다이제스트(해쉬 값) + 전자서명을 함께 전달
• 수신자는 전자서명을 송신자의 공개키로 복호화 → 수신한 메시지로 계산한 메시지 다이제스트 값 비교
• 송신자의 인증, 부인 방지 및 메시지 무결성 확인
• 위조 방지, 사용자 인증, 부인 방지, 변조 방지, 재사용 방지가 주된 요건

순서	설명
1단계	송신자가 메시지에 해쉬 함수 적용 후 메시지 다이제스트 생성
2단계	송신자가 이를 자신의 개인키로 암호화해 전자서명 생성
3단계	송신자가 메시지와 전자서명을 수신자에게 전송
4단계	수신자는 수신한 전자서명을 송신자의 공개키로 복호화함으로써 메시지 다이제스트 추출
5단계	수신자는 메시지에 송신자와 동일한 해쉬 함수로 새로운 메시지 다이제스트 생성
6단계	수신자는 송신자에게 받은 메시지 다이제스트와 생성된 것을 비교 후, 동일하면 정당한 전자서명으로 판단

 

PKI

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• 암호화 및 복호화 키, 인증서를 안전하게 분배하기 위한 기반 구조
• 여러 응용 분야에서 인증서의 사용 및 암호화 통신을 용이하게 하는 객체들의 네트워크 구조

PKI 구성 요소

구성	세부내용
정책 승인 기관(PAA)	PKI 전반에 사용되는 정책, 절차 생성 후 수립 (행정안전부)
정책 인증 기관(PCA)	PAA에서 승인된 정책에 대한 세부 정책 수립 (한국인터넷진흥원)
인증기관(CA)	사용자 공개키 인증서 발행, 인증서 폐기 목록 관리
등록기관(RA)	CA의 업무 대행, 공인인증서 등록 신청서 접수 (은행, 증권사)
인증서 소유자	인증서 발급, 전자문서에 서명하고 암호화 하는 공개키 인증서의 소유자
사용자	CA의 공개키를 이용해 인증 경로 및 전자서명을 검증하는 사용자
공개키 인증서 & CRL 저장소	전자서명 검증 키와 소유자 관계를 증명해주는 전자적 파일 폐기된 인증서들의 목록을 관리하기 위한 CRL 저장소

PKI 운영

1. 사용자가 RA에서 가입 신청 및 신원 확인 후 RA에 인증서 발급 요청
2. RA는 CA에 발급 등록 요청 정보를 송신
3. CA는 CA의 개인키로 서명한 인증서를 발행하여 디렉토리 서버에 게시
4. 해당 인증서를 RA를 통해 사용자에게 전달
5. 사용자는 이를 금융 거래 및 전자 상거래 등에서 사용
6. 이때 금융기관에서는 공인인증기관을 통해 인증서 검증 수행

PKI에서의 전자서명 및 암호화

• 세션키
  • 메시지에 대해 비밀키 방식을 적용하기 위해 송신자가 생성한 일회용 비밀키
  • 이 키를 안전하게 전송하기 위해 수신자의 공개키로 암호화시켜 전달
  • 이 암호화시킨 세션키를 전자봉투라 칭함

공개키 인증서

• 공인인증서
  • NPKI 인증서: 일반 국민들이 금융거래 및 전자상거래에서 사용
  • GPKI 인증서: 행정기관에서 행정업무용으로 사용
• RSA 알고리즘의 전자서명키의 길이가 1,024 비트 → 2,048 비트로 증가
• 해쉬 함수는 SHA-1 → SHA-256으로 변경

인증서 유효성 검증 방법

1. CRL: 인증서 폐기 목록
   • CA로부터 폐기된 인증서 목록
   • 영구적인 폐기 / 임시적인 폐기 존재
   • 배포 시점으로부터 주기적으로 다운로드, 해당 주기가 길면 폐기된 인증서 사용 불가하고 너무 짧으면 인증서 사용 시마다 오버헤드 발생
2. OCSP: 온라인 인증서 상태 프로토콜
   • 사용자가 서버에 접근 시도 시 인증서 상태 정보를 실시간으로 요청하여 인증서 유효성 여부를 즉시 응답

 

접근통제 기술

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접근통제

• 누가 시스템에 접근하여 무슨 작업을 할 수 있는지를 통제하는 것

1. 식별
   • 시스템에 주체의 신원을 밝히는 과정
2. 인증
   • 시스템이 본인임을 주장하는 사용자를 인정하는 과정 (비밀번호, 인증서, OTP, 생체인식 등)
3. 인가
   • 인증된 사용자로부터 어떤 일을 할 수 있고, 어떤 객체에 접근할 수 있는가를 제어하는 과정

접근통제 정책

• 시스템 자원들을 보호하기 위해 조직이 희망하는 기본적인 원칙들의 표현

1. 최소권한정책
   • 시스템 주체는 필요한 최소 분량의 정보를 사용
2. 최대권한정책
   • 데이터 공유의 장점을 증대시키기 위해 적용하는 최대 가용성 원리에 기반

접근통제 정책의 종류

1. 강제적 접근통제(MAC)
   • 주체에게 보안 등급(Security Level)을 부여
   • 객체에게 보안 레이블(Security Label)을 부여
   • 사전에 정한 규칙에 따라 주체가 객체에 대해 접근 가능 여부를 판단하는 정책
   • 강력한 보안 체계 유지 But, 관리 효율성 저하
2. 임의적 접근통제(DAC)
   • 주체의 계정 또는 계정이 속한 그룹의 신원에 근거하여 객체에 대한 접근 제어
   • 객체의 소유자가 직접 접근 여부를 결정
   • 주로 유닉스, 리눅스의 시스템 접근통제로 사용
3. 역할기반 접근통제(RBAC)
   • 사전에 역할을 정의 후, 각 역할에 따라 접근이 가능한 객체를 매핑하여 주체에게 역할을 부여한 다음 접근 제어
   • 관리 효율성 향상 But, 보안성 저하

접근통제 매커니즘

접근통제 행렬

• 주체와 객체를 행과 열로 표현
• 행렬의 각 엔트리에는 접근 권한 표시
• ACL(Access Control List): 접근통제 행렬의 열, 객체를 기준으로 주체에 대한 접근 권한 관리
• CL(Capability List): 접근통제 행렬의 행, 주체를 기준으로 객체에 대한 접근 권한을 링크드리스트 형식으로 관리
• SL(Security Label): 객체에 부여된 보안 속성 정보의 집합

접근통제 모델

1. Bell-Lapadula 모델
   • MAC 정책 기반으로 설계된 모델로 기밀성 강조
   • 정보의 불법적인 파괴나 변조보다 기밀 유출 방지에 중점
2. Biba 모델
   • 무결성 보장 But, 기밀성 보장하지 않음
3. Clark and Wilson 모델
   • 비밀 노출 방지보다 변조 방지가 더 중요할 수 있다는 것에 기초
4. Chinese Wall 모델
   • 충돌을 야기하는 어떠한 정보의 흐름도 차단해야 한다는 모델
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