Chapter 9. 공개키의 탄생

• 공개된 라인을 통한 키 교환

• 비밀키 배달 문제

  • 비밀키/시리얼 번호 쌍 데이터베이스 만들기
  • 암호화된 비밀키/시리얼 번호 쌍 데이터베이스 만들기

암호시스템의 분류

암호시스템

• 공개키 암호 시스템

  • 인수분해 문제(Integer Factorization Problems; IFP)

    • RSA
    • Rabin
    • Goldwasser-Micali

  • 이산대수 문제(Discrete Logarithm Problems; DLP)

    • DH(Diffie-Hellman)

    • ECC

      • ECDLP(DLP over EC group)에 기반
    • DSS

  • 타원곡선 이산대수문제(Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem; ECDLP)

    • Elliptic Curve ElGamal(Elliptic Curve Diffie Hellman)

• 대칭키 암호 시스템

  • DES
  • IDEA
  • RC5
  • 기타 등등...

공개키 암호

• Diffie-Hellman: 1976, New Directions in Cryptography
• Rivest, Shamir, Adleman: RSA
• ElGamal, Rabin algorithm: 암호화, 전자서명
• 실제로는 혼합형(hybrid) 암호시스템 사용

Diffie-Hellman 키 교환법

• 새로운 해결책 : Diffie-Hellman 키 교환법

  • 해커가 비밀키를 알기 위해 더 많은  시간이 걸리도록 수학을 기반으로 만듬
  • 처음 개발된 이 공개키 암호 시스템(DH)은 SSL, IPSec에서 사용
  • 공개된 라인에서도 비밀키를 교환할 수 있게 됨

• 교환 방법

  • 

  • 예

    •  

DH 방법의 문제점

• 인증(Authentication) 기능이 불가능

• 비밀키 교환을 하는데 있어서 불편

  • RSA 방법이 인증 문제, 키 교환 문제 모두 해결

Chapter 10. 공개키를 사용하면서 얻는 기밀성

• 기밀성 보장(Confidentiality)

  • 공개키로 암호화된 메시지는 공개키에 관계된 개인키로만 복호화
  • 해커는 공개키로 복호화하는 것이 불가능하며, 개인키를 알아내기도 어렵다.

공개키 분배

• 공개키가 알려지더라도 상관없게 설계됨(오히려 적극적으로 알림)
• 공개키 분배가 비밀키보다 쉽다.(전자게시판 등에 광고)

양방향 기밀성 유지

• 메시지를 공개키로 암호화
• 공개키로 암호화된 메시지는 개인키로만 복호화

Chapter 11. 공개키를 만드는 수학적 트릭

• 모듈라 인버스

  • 곱셈에 대한 인버스: 인버스 관계가 있는 두 수를 곱했을 때 1이 되는 경우
  • 예) 8 과 1/8

모듈라 수학(Modular Math)

• 대부분의 공개키 암호 시스템(RSA도 포함)은 나머지 연산을 사용하는 모듈라 수학을 사용
• 나누는 수 :  Modulus
• 나머지 : Residue (몫은 중요하지 않음)
• 모듈라 수학을 사용하면 숫자가 줄어듬

공개키를 만들기 위해 모듈라 인버스 만들기

• 예) 메시지가 4라고 가정

  • 모듈러스 10에 대한 인버스 쌍(7과 3)
    4 * 7 mod 10 = 8 (암호화)
    8 * 3 mod 10 = 4 (복호화)
• 대부분의 공개키 암호 시스템은 역으로 계산하는 것이 어렵다는 것을 이용하여 보안성 강화

공개키 알고리즘의 수학적 기반

• 인수분해 문제(Integer Factorization Problem)

  • 큰 수(768비트 이상)를 인수 분해하는 시간이 많이 필요
  • 대표적인 알고리즘 : RSA
  • 복호화할 때 빠름(암호화할 때 연산량이 많기 때문)

• 이산 대수 문제(Discrete Logarithm Problem)

  • 대표적인 알고리즘 : DSA, KCDSA, Diff-Hellman

• 타원곡선 이산 대수 문제(Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem)

  • 대표적인 알고리즘 : ECC(ECDSA, ECKCDSA)
  • 암호화할 때 빠름(복호화할 때 연산량이 많기 때문)

RSA(Rivest-Shamir-Adleman)

Chapter 12. 개인키를 사용하여 전자 서명하기

• 옛날: 종이에 자신임을 나타낼 수 있는 서명
• 요즘: 기밀성 유지보다 인증이란 방법에 더 관심

• 개인키(Private Key)로 인증과 무결성 제공

  • 전자서명 : 개인키로 암호화하는 것

공개키 암호시스템

• 공개키로 암호화 / 개인키로 복호화

  • 기밀성 제공

• 개인키 암호화 (서명하기) / 공개키 복호화(서명 확인)

  • 개인키를 사용한 인증 - 전자서명
  • 전자서명 - 인증, 데이터 무결성, 부인방지 제공

개인키 인증 방법

• RSA

  • Rivest, Shamir, Adleman이 만든 공개키 알고리즘
  • 널리 사용되고 있는 독보적인 공개키 암호화 알고리즘
  • 개인키나 공개키로 암호화하는 것에 모두 수학적으로 안전
  • 컴퓨터의 처리량이 많아지게 되면 더 큰 소수 요구
  • 공개적으로 알고리즘을 깨도록 허락
  • 기밀성 서비스 - 공개키로 암호화
  • 전자인증 - 개인키로 암호화
  • RSA의 서명 및 서명확인(검증) 과정
  •  
    

• DSA(Digital Signature Algorithm)

  • DSA는 전자서명을 통해 인증, 무결성, 부인 방지 제공
  • 기밀성 유지에는 사용되지 않음
  • 1990년대에 NIST에 의해 제안, US FIPS에 의해 채택
  • FIPS Pub 186-1에 의해 DSS(Digital Signature Standard)라고 명명 - 미국표준 서명 알고리즘

• RSA와 DSA의 차이

  • RSA는 전자 서명시에 원래 메시지가 필요
  • RSA는 원문을 개인키로 암호화해야 서명이 가능하나 DSA는 그렇지 않다
  • DSA는 전자서명 여부에 따라 예, 아니오로 간단하게 사용
  • 속도 : RSA가 DSA보다 빠르지만, 미리 계산된 값이 있다면 DSA가 RSA보다 빠르다
• KCDSA - 대한민국 표준 서명 알고리즘
• ECDSA / ECKCDSA - DSA / KCDSA에 ECC 적용

 공개키(또는 개인키로) 인증

• 부인 방지

  • 개인키로 서명하고, 다른 사람들이 서명한 사람의 공개키로 서명을 확인
• 양방향 인증

• 공개키, 개인키

  • 모든 공개키 암호 알고리즘 방법은 공개키와 개인키를 가진다
  • 개인키는 항상 비밀로서 유지, 공유 불가

• 서명하기 전에 메시지 압축

  • 서명하는 것은 너무 느리기 때문에, 메시지암호화 하기전에 줄일 필요

    • MD(Message Digest)

      • 해시함수 형태

 Virtual Private Network(VPN)

VPN 출현 배경

• 작업환경의 변화

  • 사용자 정보의 공유를 위한 네트워크 확장
  • 작업환경의 이동성/휴대용 PC, 재택 근무용 PC
  • 통제 불가능한 사용자 증가

• 네트워크 확장 요구

  • 전용회선 사용 증가로 인한 비용 증가
  • PSTN을 이용한 원격 접속에 따른 비용 증가
  • 독자적인 사설망 구축 및 관리 비용 증가

• 인터넷 기술 활용

  • 값싼 인터넷 기술 활용
  • Local ISP를 이용한 가상 사설망 설치의 용이성
• 강력한 네트워크 보안 요구

VPN 구성도

VPN 특징

• 공중통신망을 활용한 독자적인 망 구축

  • 동일한 네트워크를 사용하여 다수의 독립망 구성
  • 인터넷의 개발적, 분산된 하부구조 활용
• 특정 그룹 및 사용자간의 통제된 네트워크 접속

• 원격 사용자 그룹을 포함한 독자적 보안망 구축

  • ISP에 POP(Points of Presence)으로 연결
• 서비스 품질 보장

• 차별화된 보안 등급 구분

  • 차별화된 인증 기능
  • 다양한 데이터 암호/복호화

Chapter 21. IPSec 개요

• 설계목표

  • IP 계층 또는 그 상위 계층 프로토콜 보호

    • 기밀성
    • 데이터 근원 인증
    • 비연결형 무결성
    • 재전송 공격 방지
    • 제한된 트래픽 흐름 기밀성
    • 접근 제어

• 보안 메커니즘

  • AH(인증헤더; Authentication Header)
  • ESP(캡슐화 보안 페이로드; Encapsulating Security Payload)

  • 키 관리 절차

    • 수동식
    • 자동식: IKE(Internet Key Exchange), KINX, ...

IPSec

• Internet Protocol Security Protocol
• IETF IPSec working group 제안

• 계층 2/3, 3에서 동작

  • IPv4, IPv6에서 수용

• 정보보호 서비스

  • AH(Authentication Header), ESP(Encapsulation Security Payload)

    • SA: Security Parameter Negotiation 통해 서비스
  • 기밀성
  • 사용자 인증
  • 무결성
  • 접근제어 Packet Filtering

• Host-to-Host, Host-to-GW, GW-to-GW Security 지원

  • 양방향 tunnel 형성
• PKI 기반의 키 교환 메커니즘 이용

IPSec의 작동 위치

• IPSec은 IP 수준에서 작동, 모든 IP 데이터그램을 처리

  • 모든 응용 프로그램을 투명하게 보호
  • 네트워크를 사용하는 모든 장치에 구현 가능
  • 종단간 또는 연결부의 보안 제공
• IPv6에서는 필수사항
• IPv4에서는 선택 사항이므로 IPSec을 구현한 제품 필요

IPSec의 두 부분

• Part1: User Authentication, SA협상과 세션키 교환(IKE 사용)
• Part2: 전송되는 데이터의 기밀성(세션키를 이용하여 암호화)과 무결성을 위해 를 제공(AH, ESP)

SA(Security Association)

• 데이터 교환전에 통일되야 할 보안요소들의 정의

• IPSec 서비스를 제공하는 송신자와 수신자 사이에서 협상

  • 보안 서비스와 메커니즘을 정의하는 파라미터들의 집합

    • 보안 서비스 종류(AH or ESP)
    • 암호 알고리즘
    • 세션키 교환방법
    • 세션키 교환 주기(세션키 수명) 등

• 트래픽에 보안 서비스를 제공하는 일방향 연결

  • 보안 서비스는 ESP나 AH 중 하나

    • 두 가지 서비스를 모두 받기 위해선 두 개의 SA가 필요
  • 양 방향 통신에선 각 방향별로 SA 필요(두 SA의 내용이 다를 수 있음)

SA 협상 및 키의 관리

• 수동식

  • 소규모의 정적인 환경에 적합
  • 일반적으로 대칭 키를 사용

• 자동식

  • 대규모의 동적인 환경 지원
  • 재전송 공격 방지, 사용자별/세션별 키 제공 등에 필요
  • 기본 프로토콜: IKE

IPSec Part 1: IKE

• 자동식으로 SA 협상과 키 교환 이루어짐
• P2P 방식: 서버 없어도 됨
• ISAKMP 프레임워크 + Oakley 키 교환 절차
• DoS에 대한 제한적 방어
• Man-in-the-middle 공격 방지

• 협상항목

  • Encryption / Authentication / Hash Algorithms
  • Diffie-Hellman 그룹
  • 키 재료

IKE의 두 단계 프로토콜

• Phase 1:

  • IKE의 Phase 2를 위한 SA-1(암호화 매개변수) 협상

    • Phase 2에서 사용할 암호화 키 및 인증 키 발생
    • Phase 2를 안전하게 만들기 위한 암호화 매개변수(SA-1) 교환

• Phase 2:

  • 실제 데이터 전송시(part2)에서 데이터 보호를 위한 SA-2 협상

    • SA-2: AH와 ESP를 위한 SA임
  • 세션키 협상

IPSec Part2: AH, ESP

• 실제 전송하려는 데이터가 암호화, 인증되는 부분

• 양방향 각각의 보안을 위하여 SA를 각 방향당 하나씩 설정

  • 1쌍의 SA 필요
  • A → B 위한 SA, B → A 위한 SA

보호모드(Security Mode)

• Transport Mode

  • 데이터그램의 내용만 보호
  • 터미널 장비에만 사용
  • Host 마다 IPsec이 구현
  •  

• Tunnel Mode

  • 원본 패킷을 새로운 패킷으로 캡슐화
  • Routing문제로 인해 Gateway에서 필수(터미널 장비에서도 사용가능)
  • 패킷이 Gateway를 통과할 수 있도록 외부 헤더의 주소를 Gateway 주소로 대치
  • 통신자들의 IP 주소 은폐
  • 대부분의 경우 선호
  • 보통 Router에 IPSec구현(내부에서 공격 위험)
  •  
  • ESP 프로토콜이 가장 강력한 보안 제공
  • VPN의 많은 벤더들이 IPSec 중 터널모드에서 ESP 프로토콜 사용
  • Host-to-Gateway, Gateway-to-Gateway간 통신에 사용
  • IP헤더부분에 대해서도 보안기능 제공

AH

• 인증(Authentication) 제공
• 기밀성(Confidentiality)은 제공하지 않음
• Message Digest(MD5, SHA-1), MAC(Message Authentication Code) 사용
•  

ESP

• 기밀성(Confidentiality) 제공
• 데이터 근원지 인증(Authentication)
• 메시지 인증(Integrity) 서비스
• 재전송 공격 방지(Anti-replay protection)
•