대칭 키 암호

3. 종류

대칭 키 암호는 암호화하는 단위에 따라 스트림 암호와 블록 암호로 나눌 수 있다. 스트림 암호는 연속적인 비트/바이트를 계속해서 입력받아 암호화 비트/바이트를 생성하며, 블록 암호는 정해진 한 단위(블록)를 입력받아 암호화 블록을 생성한다.

3. 1. 블록 암호

3. 2. 스트림 암호

4. 특징

대칭 키 암호 방식은 공개 키 암호 방식에 비해 처리 속도가 빠르다는 장점이 있지만, 암호화와 복호화에 동일한 키를 사용하므로 키 전달 및 관리에 주의해야 한다^[34]。

4. 1. 키 관리 문제

5. 구현

투피쉬, 서펜트, AES(Rijndael), 카멜리아, 살사20, 차차20, 블로우피쉬, 캐스트5, 쿠즈네치크, RC4, DES, 3DES, 스키프잭, 세이퍼, IDEA 등 다양한 대칭 키 암호 알고리즘이 존재한다.^[10]

많은 현대 블록 암호는 호르스트 가이슬이 제안한 구조를 기반으로 한다. 가이슬 구조는 자체적으로는 가역적이지 않은 다른 함수로부터 가역적 함수를 구축하는 것을 가능하게 한다.

공통 키 암호는 방식에 따라 블록 암호와 스트림 암호로 크게 나뉘며, 스트림 암호가 로직 양이 적고 처리가 빠르다고 여겨진다.^[33] 대표적인 공통 키 암호로는 블록 암호에 분류되는 IDEA, AES, Camellia^[34], 스트림 암호에 분류되는 RC4, MUGI가 있다.^[33]

6. 활용

대칭 키 암호는 암호화 외에도 암호화 기본 요소를 구현하는 데 널리 사용된다.

메시지가 암호화되었다고 해서 암호화 과정 중에 변경되지 않았음을 보장하는 것은 아니다. 따라서 암호문이 변경되었는지 수신자가 확인할 수 있도록 메시지 인증 코드를 암호문에 추가하기도 한다. AEAD 암호(예: AES-GCM)는 메시지 인증 코드를 포함하여 암호화와 인증을 함께 제공한다.

대칭 키 암호는 추가적인 당사자를 포함하지 않고는 부인 방지 목적으로 사용할 수 없다.^[11]

블록 암호를 기반으로 해시 함수를 구축할 수도 있다. 일방향 압축 함수에서 이러한 방법에 대한 설명을 참조하라.

7. 보안

대칭 키 암호는 역사적으로 기지 평문 공격, 선택 평문 공격, 차분 암호 분석, 선형 암호 분석 등에 취약했다. 각 라운드에 대한 함수를 신중하게 구성하면 성공적인 공격 가능성을 크게 줄일 수 있다. 또한 키 길이를 늘리거나 라운드 수를 늘려 보안을 강화할 수 있지만, 처리 속도가 느려지는 경향이 있다.^[12]

7. 1. 양자 컴퓨터 위협

8. 키 관리

대칭 키 암호 방식은 발신자와 수신자가 같은 비밀 키를 공유해야 한다. 공개 키 암호 방식에 비해 처리 속도가 빠르다는 장점이 있지만, 키 전달에 주의해야 한다는 단점이 있다^[34]。 암호화 방식이 알려져 있다면 키만으로 누구나 복호화할 수 있기 때문이다.

암호화하는 측과 복호화하는 측이 동일한 키를 가져야 하므로, 키가 유출될 가능성은 키 보유자가 많을수록 높아진다^[32]。 상대방에 따라 각각 개별적인 키를 가지면 되지만, 관리해야 할 키의 개수는 상대방 수만큼 증가한다. 구체적으로 2명이 주고받는 경우에는 1 종류의 키만 있으면 되지만, 3명은 3 종류, 4명은 6 종류, 5명은 10 종류로 늘어난다^[34]。 ''n'' 명 사이에서 필요한 키의 개수는 $n(n-1)/2$ 이다.

8. 1. 키 교환

8. 2. 키 생성

9. 상호 암호 (Reciprocal cipher)

상호 암호는 평문을 암호화하는 과정과 암호문을 복호화하는 과정이 동일한 암호이다. '''자기 상호 암호'''라고도 한다.^[21][22]

실질적으로 모든 기계식 암호기는 각 입력된 문자에 대해 수학적 대합인 상호 암호를 구현한다. 암호화용 기계와 복호화용 기계, 두 종류의 기계를 설계하는 대신, 모든 기계가 동일하며 같은 방식으로 설정(키잉)될 수 있다.^[23]

상호 암호의 예는 다음과 같다.

• 아트바쉬 암호
• 보퍼 암호^[24]
• 에니그마 기계^[25]
• 마리 앙투아네트와 악셀 폰 페르센은 자기 상호 암호로 통신했다.^[26]
• 포르타 다중 알파벳 암호는 자기 상호 암호이다.^[27]
• 퍼플 암호^[28]
• RC4
• ROT13
• XOR 암호
• 바트서야나 암호

참조

_[1] 논문 Applying Encryption Algorithms for Data Security in Cloud Storage, Kartit, et al. https://books.google[...] 2016-02
_[2] 서적 Introduction to cryptography: principles and applications Springer
_[3] 서적 Finite fields and applications https://books.google[...] American Mathematical Society
_[4] 웹사이트 Demystifying symmetric and asymmetric methods of encryption https://www.geeksfor[...] Geeks for Geeks 2017-09-28
_[5] 간행물 Security Component Fundamentals for Assessment http://dx.doi.org/10[...] Elsevier 2021-12-06
_[6] 논문 Algorithms for Lightweight Key Exchange 2017-06-27
_[7] 논문 Post-quantum cryptography http://www.nature.co[...] 2017-09-14
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_[9] 서적 Introduction to Modern Cryptography https://web.cs.ucdav[...]
_[10] 웹사이트 Symmetric-Key Cryptography http://www.cs.cornel[...] 2017-02-05
_[11] 웹사이트 ISO/IEC 13888-2:2010 http://www.iso.org/c[...] 2020-02-04
_[12] 서적 Hack proofing your network Syngress 2002
_[13] 서적 Post-Quantum Cryptography
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_[25] 문서 The Mechanization of Ciphers http://vc.airvectors[...] 2018
_[26] 문서 Decrypted Secrets: Methods and Maxims of Cryptology https://books.google[...] 2006
_[27] 문서 Coding for Data and Computer Communications https://books.google[...] 2006
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_[30] 문서
_[31] 웹사이트 きょうつう‐かぎあんごう〔‐かぎアンガウ〕【共通鍵暗号】の意味 https://dictionary.g[...] "[[NTT레조넌트]]" 2017-10-02
_[32] 웹사이트 秘密鍵暗号 http://www.sophia-it[...] "[[웨브리오]]" 2017-10-02
_[33] 간행물 스트림 암호의 현황과 과제 https://doi.org/10.1[...]
_[34] 웹사이트 共通鍵暗号方式 https://xtech.nikkei[...] "[[닛케이BP]]" 2017-10-02
_[35] 간행물 공통키 암호의 발전 https://doi.org/10.1[...]
_[36] 웹사이트 シーザー暗号 https://kotobank.jp/[...] 朝日新聞社 2017-10-02
_[37] 서적
_[38] 문서