메시지 인증 코드를 사용하면 자신에게 도착한 메시지가 송신자에게 보낸 그대로인지를 확인 할 수 있다. 즉, 메시지 인증코드를 사용하면 메시지가 ‘변경’되지는 않았는지, 누군가 거짓 송신자로 ‘위장’을 하고 있지 않은지를 확인할 수 있는 것이다.
인증
- 일방향 해쉬함수 (→ 무결성 )
- 메시지 인증 코드 (→ 무결성 + 인증)
- 디지털 서명
01. 메시지 인증 코드
올바른 송금 의뢰
- 엘리스 : 은행 A의 고객
- 밥 : 은행 B의 고객
- A은행에 앨리스로부터 송금 의뢰가 도착
”나의 계좌 앨리스### 에서 B 은행의 계좌 밥###으로 1억 원을 송금 바랍니다.
A은행은 메시지 출처를 인증하고, 통신 중 내용 변경 유무에 대해 무결성을 보장해야 한다.
- 무결성 : 데이터의 정확성과 일관성을 유지하고, 데이터에 결손과 부정합이 없음을 보증하는 것
메시지 인증 이란?
- 메시지가 올바른 송신자로부터 온것이다 → 무결성과 인증에 대한 위협 : 멜로리에 의한 메시지 변경 또는 앨리스로 위장
메시지 인증 코드
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무결성을 확인하고, 메시지에 대한 인증을 위한 코드
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Message Authentication Code , MAC
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입력 : 메시지, 공유하는 키 / 출력 : 고정 비트 길이의 코드
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일방향 해시는 키를 사용하지 않지만, 메시지 인증 코드는 키를 사용하는 차이점이 있다.
메시지 인증 코드 적용 순서
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앨리스와 수신자 A은행 : 사전에 키(K) 공유
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앨리스 : 송금 의뢰 메시지(M) 작성 → MAC값()을 계산
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앨리스 : 수신자 A은행으로 송금 의뢰 메시지와 MAC값을 전송
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수신자 A 은행 : 수신한 송금 의뢰 메시지를 기초로해서 MAC값을 계산
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수신자 A 은행 : 앨리스로부터 수신한 MAC 값과 자신이 계산한 MAC 값을 비교
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수신자 A 은행 :
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인증 성공 : 2개의 MAC 값이 동일하면 송금 의뢰가 틀림없이 앨리스로부터 온 것이라고 판단
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인증 실패 : 2개의 MAC 값이 동일하지 않으면 앨리스로부터 온것이 아니라고 판단
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메시지 인증 코드의 키 배송 문제
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대칭 암호때의 키 배송 문제와 같은 문제가 메시지 인증 코드에서도 발생
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키 배송 문제를 해결하는 방법
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공개 키 암호
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Diffie-Hellman 키 교환
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키 배포 센터
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키를 안전한 방법으로 별도로 보내기
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02. 메시지 인증 코드 이용 예
SWIFT
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SWIFT는 Society for Worldwide Internet Financial Telecommunication(국제은행간 통신협회)로 1973년에 설립된 단체이며, 설립 당시 15개국이 참가하였고, 현재 200개국 11,000 이상의 금융 기관이 서비스를 이용한다
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은행과 은행은 SWIFT를 통해 거래 메시지를 교환하여 무결성을 확인하고 메시지 인증 코드를 사용한다.
IPsec
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인터넷 기반의 통신 프로토콜인 IP에 보안 기능을 첨가한 것 이다.
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통신 내용 인증과 무결성을 위해 메시지 인증 코드를 이용한다.
SSL/TLS
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웹에서 온라인 쇼핑을 할 때 사용되는 통신 프로토콜이다.
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통신 내용의 인증과 무결성 확인을 위해 메시지 인증 코드를 이용한다.
03. 메시지 인증 코드의 실현 방법
일방향 해시 함수를 이용한 실현
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SHA-3인 Keccak와 같은 일방향 해시 함수를 이용하여 메시지 인증 코드를 실현
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HMAC(Hash-based Message Authentication Code)
블록 암호를 이용한 실현
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AES와 같은 블록 암호를 사용해 메시지 인증 코드를 실현
- 블록 암호 키를 메시지 인증 코드의 공유 키로 사용
- CBC 모드로 메시지 전체를 암호화
- 메시지 인증 코드에서는 복호화를 할 필요가 없으므로 최종 블록 이외는 폐기
- 최종 블록을 MAC 값으로 이용
그 밖의 방법으로 실현
- 스트림 암호
- 공개 키 암호
04. 인증 암호
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인증 암호 : 대칭 암호와 메시지 인증 코드를 조합하여 기밀성 • 무결성 • 인증을 동시에 충족시키는 구조
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Encrypt-then-MAC
- 평문을 대칭 암호로 암호화한 후 암호문의 MAC 값을 계산
- 메시지 인증 코드 입력에 암호문을 부여
- 선택 암호문 공격을 막을 수 있다.
선택 암호문 공격 : 적당한 암호문을 위조하여 정보를 얻어내려는 공격
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Encrypt-and-MAC
- 평문을 대칭 암호로 암호화하고, 그 와는 별도로 평문의 MAC값을 얻는 방법
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MAC-then-Encrypt
- 미리 평문의 MAC 값을 얻고, 평문과 MAC 값 양쪽을 정리하여 대칭 암호로 암호화 하는 방법
GCM (Galois/Counter Mode)
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인증 모드의 일종
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AES와 같은 128비트 블록 암호를 CTR 모드로 이용하여 MAC값을 얻기 위하여 덧셈고 곱셈을 반복하는 해시 함수를 사용
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CTR 모드는 1씩 늘어가는 숫자를 암호화하기 때문에 각 블록을 병렬로 처리하여 실행 속도를 높일 수가 있음
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CTR모드와 MAC 값 생성에 공통 키를 사용하기 때문에 키 관리도 편리하다
GMAC
GCM을 메시지 인증 코드 전용으로 사용
05. HMAC
HMAC (Hash-based Message Authentication Code)
: 일방향 해쉬 함수를 이용하여 메시지 인증 코드를 구성하는 방법
HMAC의 일방향 해쉬 함수는 모듈형으로 골라서 사용하며, 새 표준인 SHA-3 KECCAK을 사용해 HMAC 작성 가능하다.
HMAC의 순서
- 키에 대한 패딩
- 패딩한 키와 ipad의 XOR
- 메시지 결합
- 해시 값 계산
- 패딩한 키와 opad의 XOR
- 해시 값과 결합
- 해시 값 계산
칼럼 HMAC의 의사 코드
hash(opadkey || hash(ipadkey ||message))
ipadkey = key ⊕ipad
opadkey= key ⊕opad
ipadkey 가 내부이고 opadkey가 외부인지 알 수 있다
06. 메시지 인증 코드에 대한 공격
재전송 공격 (replay)
: 보존해 둔 정당한 MAC값을 반복해서 송신하는 공격
재전송 공격 방어
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순서 번호
- 송신 메시지에 매회 1씩 증가하는 번호 (순서번호, sequence number) 를 붙이기
- 마지막 통신시 순서번호를 저장
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타임스탬프
- 송신 메시지에 현재 시각 넣기
- 송수신자 사이의 동기화 필요
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비표(nonce)
- 송산자에게 일회용의 랜덤한 값을 전송
- 메시지와 비표를 합해 MAC값을 계산
- 비표 값은 통신 때 마다 교체
키 추측 공격
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메시지 인증 코드에 대한 공격
- 전사 공격 - 약한 충돌 내성을 깬다
- 생일 공격 - 강한 충돌 내성을 깬다
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MAC값만 획득한 공격자가 키를 추측하지 못하도록 해야 한다
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해시 함수의 일방향성
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해시 함수의 충돌 내성
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키 생성에 의사 난수 생성기 사용
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07. 메시지 인증 코드로 해결 할 수 없는 문제
제3자에 대한 증명
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앨리스로부터 메시지를 받은 밥이 ‘이 메시지는 앨리스가 보낸 것이다’ 라는 것을 제 3자인 검증자 빅터에게 증명할 수 없다
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이유
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일단 키를 빅터에게 알려줘야 한다.
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앨리스와 밥 모두 키를 가지고 있으므로 둘 중 누가 작성했는지 말 할 수 없다.
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부인 방지
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밥이 MAC 값이 딸린 메시지를 받았고, ‘이 메시지는 앨리스로부터 온 것이다’ 라는 걸 확실히 알 수 있다. 하지만 앨리스가 전송 자체를 부정할 경우 제3자는 이 사실을 증명할 수 없다.
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부인 : 앨리스가 송신자체를 부정
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메시지 인증코드로는 부인방지가 불가능하다
[정리]
메시지 인증 코드는 메시지를 인증하고 무결성을 확인하는 기술이다. 송신자와 수신자가 공유하는 키를 사용하여 ‘거짓행세’ 나 ‘조작’ 이 행하여지고 있는지 아닌지를 확인 할 수있다. 메시지 인증 코드는 일방향 해시 함수나 대칭 암호 등을 이용해 만들수 있다. 메시지 인증 코드에서는 송신자와 수신자가 키를 공유하고 있기 때문에 ‘제3자에게 증명하기’ 와 ‘부인방지’를 보장 할 수 없는 문제가 있다.
참고한 도서 ⌜알기 쉬운 정보보호개론 3판⌟ 인피니티북스
