암호학 기초

왜 암호를 쓰는가?
무엇을 보호하는가?
어떤 암호 방식이 있는가?
각 방식은 어디에 쓰이는가?

암호학은 정보를 권한 없는 사람이 이해하거나 변조하지 못하도록 암호화, 해시, 전자서명, 키 관리 등의 기술을 이용하여 기밀성, 무결성, 인증, 부인방지를 제공하는 학문과 기술이다.

암호학 = 정보를 숨기고, 바뀌지 않았는지 확인하고, 누가 보냈는지 증명하는 기술

평문 + 키 + 암호 알고리즘 → 암호문
암호문 + 키 + 복호 알고리즘 → 평문

암호화는 권한 없는 사용자가 내용을 이해할 수 없도록 평문을 암호문으로 변환하는 과정이다.

평문: 정보보안기사 합격
암호문: A8x#91kP...

복호화는 암호화된 데이터를 올바른 키를 이용해 원래의 평문으로 복원하는 과정이다.

암호화는 복호화가 가능하다.
해시는 원칙적으로 복호화가 불가능하다.

Hello → SGVsbG8=

인코딩은 보안 기능이 아니라 표현 방식 변환이다.

암호화 = 기밀성 보호

해시 = 무결성 확인, 비밀번호 저장 등에 사용

인코딩은 데이터 표현 형식을 바꾸는 것으로 보안 목적의 암호화가 아니며, 암호화는 키를 이용해 평문을 암호문으로 변환하고 복호화가 가능하다. 해시는 임의 길이 데이터를 고정 길이 값으로 변환하는 일방향 함수로, 원칙적으로 원문 복원이 불가능하다.

대칭키 암호는 암호화와 복호화에 동일한 비밀키를 사용하는 암호 방식이다.

대칭키 = 같은 키로 잠그고 같은 키로 푼다

A와 B가 같은 비밀키를 공유한다.
A가 비밀키로 암호화한다.
B가 같은 비밀키로 복호화한다.

AES = 대표적인 대칭키 암호

빠르다.
대량 데이터 암호화에 적합하다.
구현이 비교적 효율적이다.

키를 안전하게 전달해야 한다.
사용자가 많아지면 키 관리가 복잡하다.
키가 유출되면 암호화와 복호화가 모두 위험해진다.

대칭키 암호는 암호화와 복호화에 같은 키를 사용하므로 속도가 빠르고 대량 데이터 암호화에 적합하다. 그러나 송신자와 수신자가 동일한 키를 안전하게 공유해야 하므로 키 분배와 키 관리가 어렵다.

공개키 암호는 공개키와 개인키 한 쌍을 사용하여 암호화, 복호화, 전자서명, 키 교환 등에 활용되는 암호 방식이다.

공개키 = 남에게 공개 가능
개인키 = 본인만 보관

RSA
ECC

RSA = 대표적인 공개키 암호
ECC = 타원곡선 기반 공개키 암호

공개키 암호로 대칭키를 안전하게 교환한다.
실제 데이터는 대칭키로 빠르게 암호화한다.

대칭키 암호는 암호화와 복호화에 같은 키를 사용하여 속도가 빠르고 대량 데이터 암호화에 적합하지만 키 분배가 어렵다. 공개키 암호는 공개키와 개인키 쌍을 사용하여 키 분배 문제를 완화하고 전자서명과 인증에 활용되지만 대칭키 방식보다 속도가 느리다.

해시 함수는 임의 길이의 입력 데이터를 고정 길이의 해시값으로 변환하는 일방향 함수로, 데이터 무결성 검증과 비밀번호 저장 등에 사용된다.

해시 = 데이터의 지문

일방향성
고정 길이 출력
충돌 저항성
무결성 검증

비밀번호는 단순 해시만으로는 부족하다.
솔트와 적절한 비밀번호 해시 방식을 적용해야 한다.

해시 함수는 임의 길이 데이터를 고정 길이 해시값으로 변환하는 일방향 함수이다. 원본 데이터가 변경되면 해시값도 달라지므로 파일이나 메시지의 무결성 검증에 활용되며, 비밀번호 저장 시에는 솔트를 함께 적용해야 한다.

암호화는 기밀성 보호를 위해 평문을 암호문으로 변환하고 올바른 키로 복호화할 수 있는 방식이다. 반면 해시는 임의 길이 데이터를 고정 길이 해시값으로 변환하는 일방향 함수로, 원칙적으로 원문 복원이 불가능하며 무결성 검증에 사용된다.

MAC은 메시지와 비밀키를 이용해 생성되는 값으로, 메시지의 무결성과 송신자 인증을 확인하는 데 사용된다.

HMAC은 해시 함수와 비밀키를 이용하여 메시지의 무결성과 인증을 제공하는 메시지 인증 코드 방식이다.

전자서명은 송신자가 자신의 개인키로 메시지 또는 메시지 해시값에 서명하고, 수신자가 송신자의 공개키로 이를 검증하여 인증, 무결성, 부인방지를 제공하는 기술이다.

전자서명 = 이 문서를 누가 만들었고, 바뀌지 않았는지 증명하는 기술

전자서명 = 인증 + 무결성 + 부인방지

1. 송신자가 메시지를 작성한다.
2. 메시지의 해시값을 계산한다.
3. 송신자의 개인키로 해시값에 서명한다.
4. 메시지와 서명값을 수신자에게 보낸다.
5. 수신자는 메시지의 해시값을 다시 계산한다.
6. 송신자의 공개키로 서명값을 검증한다.
7. 두 해시값이 일치하면 무결성과 서명자를 확인할 수 있다.

개인키로 서명
공개키로 검증

암호화는 기밀성을 제공하기 위해 데이터를 알아볼 수 없게 변환하는 기술이고, 전자서명은 송신자의 개인키로 서명하여 서명자 인증, 데이터 무결성, 부인방지를 제공하는 기술이다.

암호키는 안전한 난수로 생성하고, 안전하게 분배·저장해야 하며, 용도별로 분리하고 주기적으로 교체해야 한다. 특히 개인키와 대칭키가 유출되면 복호화나 서명 위조가 가능하므로 접근통제와 안전한 보관이 필요하다.

인증서는 공개키와 소유자의 신원 정보를 인증기관이 전자서명하여 보증한 전자 문서이다.

소유자 정보
공개키
발급자 정보
유효기간
서명 알고리즘
인증기관의 전자서명

PKI는 공개키 암호 기술을 안전하게 사용하기 위해 인증기관, 인증서, 등록기관, 인증서 폐지 목록 등을 통해 공개키와 사용자 신원을 관리하는 기반 구조이다.

PKI = 공개키가 진짜 누구의 것인지 믿을 수 있게 해주는 체계

대칭키는 빠르지만 키 분배가 어렵다.
공개키는 키 분배에 유리하지만 느리다.

공개키 암호로 대칭키를 안전하게 교환한다.
이후 실제 데이터는 빠른 대칭키 암호로 암호화한다.

하이브리드 암호 방식은 공개키 암호로 대칭키를 안전하게 교환하고, 실제 데이터는 속도가 빠른 대칭키 암호로 암호화하는 방식이다. 이를 통해 공개키 암호의 키 분배 장점과 대칭키 암호의 속도 장점을 함께 활용할 수 있다.

대칭키 = 빠른 암호화
공개키 = 키 교환과 전자서명
해시 = 무결성
전자서명 = 인증·무결성·부인방지
인증서 = 공개키 신뢰 보증

1. 브라우저가 서버에 접속한다.
2. 서버는 인증서를 제시한다.
3. 브라우저는 인증서를 검증해 서버 신원을 확인한다.
4. 공개키 암호 또는 키 교환 방식으로 대칭키를 안전하게 만든다.
5. 이후 실제 웹 데이터는 대칭키로 빠르게 암호화된다.
6. 메시지 무결성 검증으로 데이터 변조 여부를 확인한다.

암호학은 기밀성, 무결성, 인증, 부인방지 등의 보안 속성을 제공한다. 기밀성은 허가받은 사람만 정보를 볼 수 있게 하는 것이고, 무결성은 데이터가 위변조되지 않았음을 보장하며, 인증은 신원을 확인하고 부인방지는 행위자가 나중에 자신의 행위를 부인하지 못하게 하는 것이다.

대칭키 암호는 암호화와 복호화에 같은 비밀키를 사용하는 방식으로 속도가 빠르고 대량 데이터 암호화에 적합하지만 키 분배가 어렵다. 공개키 암호는 공개키와 개인키 한 쌍을 사용하는 방식으로 키 분배 문제를 완화하고 전자서명과 인증에 활용될 수 있으나 대칭키 방식보다 속도가 느리다.

암호화는 기밀성 보호를 위해 평문을 암호문으로 변환하고, 올바른 키를 이용해 다시 복호화할 수 있는 방식이다. 해시는 임의 길이 데이터를 고정 길이 해시값으로 변환하는 일방향 함수로, 원칙적으로 원문 복원이 불가능하며 데이터 무결성 검증과 비밀번호 저장에 활용된다.

전자서명은 송신자가 자신의 개인키로 메시지 또는 메시지 해시값에 서명하고, 수신자가 송신자의 공개키로 이를 검증하는 기술이다. 전자서명은 서명자 인증, 데이터 무결성, 부인방지를 제공한다.

해시 함수는 임의 길이 데이터를 고정 길이의 해시값으로 변환하는 일방향 함수이다. 원문이 조금만 변경되어도 해시값이 달라지므로 데이터 무결성 검증에 활용되며, 비밀번호 저장 시에는 원문 대신 솔트를 적용한 해시값을 저장하는 데 사용된다.

대칭키 암호는 속도가 빨라 대량 데이터 암호화에 적합하지만 키 분배가 어렵고, 공개키 암호는 키 분배에 유리하지만 연산 속도가 느리다. 하이브리드 암호 방식은 공개키 암호로 대칭키를 안전하게 교환하고 실제 데이터는 대칭키로 암호화하여 두 방식의 장점을 함께 활용한다.

암호학은 기밀성, 무결성, 인증, 부인방지 등의 보안 속성을 제공한다.

암호화는 평문을 암호문으로 변환하는 과정이고, 복호화는 암호문을 다시 평문으로 복원하는 과정이다.

인코딩은 데이터 표현 형식을 변환하는 것이며, 기밀성을 제공하는 암호화가 아니다.

대칭키 암호는 암호화와 복호화에 같은 키를 사용하여 속도가 빠르지만 키 분배가 어렵다.

공개키 암호는 공개키와 개인키 한 쌍을 사용하여 키 분배 문제를 완화하지만 대칭키보다 속도가 느리다.

해시 함수는 임의 길이 데이터를 고정 길이 해시값으로 변환하는 일방향 함수이며, 무결성 검증에 사용된다.

암호화는 키가 있으면 복호화가 가능하지만, 해시는 원칙적으로 원문 복원이 불가능하다.

전자서명은 송신자의 개인키로 서명하고 송신자의 공개키로 검증하며, 인증·무결성·부인방지를 제공한다.

MAC/HMAC은 비밀키를 이용해 메시지의 무결성과 인증을 제공하지만, 전자서명처럼 강한 부인방지를 제공하기는 어렵다.

암호키는 안전하게 생성, 분배, 저장, 교체, 폐기해야 하며 키가 유출되면 암호 시스템 전체가 위험해질 수 있다.

인증서는 공개키와 소유자의 신원 정보를 인증기관이 보증한 전자 문서이다.

하이브리드 암호 방식은 공개키 암호로 대칭키를 안전하게 교환하고, 실제 데이터는 대칭키 암호로 암호화하는 방식이다.

1. 암호학이 제공하는 주요 보안 속성 4가지를 쓰시오.
2. 기밀성이란 무엇인가?
3. 무결성이란 무엇인가?
4. 인증이란 무엇인가?
5. 부인방지란 무엇인가?
6. 평문과 암호문의 차이를 쓰시오.
7. 암호화와 복호화의 차이를 쓰시오.
8. 인코딩과 암호화의 차이를 쓰시오.
9. 대칭키 암호란 무엇인가?
10. 공개키 암호란 무엇인가?
11. 대칭키 암호의 장점과 단점을 쓰시오.
12. 공개키 암호의 장점과 단점을 쓰시오.
13. 대칭키 암호와 공개키 암호의 차이를 쓰시오.
14. 해시 함수란 무엇인가?
15. 해시 함수의 주요 특징 3가지를 쓰시오.
16. 암호화와 해시의 차이를 쓰시오.
17. MAC 또는 HMAC은 무엇인가?
18. 전자서명이란 무엇인가?
19. 전자서명이 제공하는 보안 속성 3가지를 쓰시오.
20. 전자서명에서 개인키와 공개키는 각각 어떻게 사용되는가?
21. 키 관리가 중요한 이유는 무엇인가?
22. 인증서란 무엇인가?
23. PKI란 무엇인가?
24. 하이브리드 암호 방식이 필요한 이유는 무엇인가?

25. 허가받지 않은 사람이 문서 내용을 볼 수 없게 하고 싶다.
26. 파일이 다운로드 중 변조되었는지 확인하고 싶다.
27. 계약서 작성자가 나중에 작성 사실을 부인하지 못하게 하고 싶다.
28. 대용량 파일을 빠르게 암호화하고 싶다.
29. 상대방과 안전하게 대칭키를 교환하고 싶다.
30. 비밀번호 원문을 저장하지 않고 검증하고 싶다.
31. Base64로 변환했지만 누구나 다시 원문을 확인할 수 있다.
32. 송신자의 개인키로 서명하고 수신자가 공개키로 검증한다.
33. 공개키가 실제 서버의 것인지 신뢰할 수 있게 확인하고 싶다.
34. 공개키 암호와 대칭키 암호의 장점을 함께 활용하고 싶다.

35. 암호학이 제공하는 주요 보안 속성을 설명하시오.

36. 대칭키 암호와 공개키 암호의 차이를 설명하시오.

37. 암호화와 해시의 차이를 설명하시오.

38. 전자서명의 개념과 제공하는 보안 속성을 설명하시오.

39. 해시 함수의 특징과 용도를 설명하시오.

40. 하이브리드 암호 방식의 필요성을 설명하시오.