인증 & Hash Function

창고지기·2022년 5월 23일

보안

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정보보호의 목표

기밀성: 인가된 사용자만 접근가능(수동적인 공격으로부터 보호)
- 위협요소: 키를 보유하지 않은 사람이나 프로세스에게 노출, 트래픽 분석
무결성: 전달되는 메시지가 임의로 변경되면 안됨, 인가된 사용자에의해 인가된 방법으로 진행되어야함(by 메시지 인증)
인증: 송신자 인증
- 위협요소
  - 위장(송신자와 다른 사람이 송신자인 척)
  - 내용 수정(메시지 내용의 변경)
  - 순서 수정(메시지 순서의 변경)
  - 시간 수정(메시지 지연, 재전송)
부인봉쇄: 수신자가 수신 부인, 발신자가 발신 부인하지 못하도록 하는 것

메시지 인증

메시지의 무결성을 기술적으로 증명하는 기법으로 다음과 같은 함수들이 존재한다
(1) 메시지 암호화: 메시지 전체를 암호화
(2) 메시지 인증코드(MAC): 고정된 길이의 값을 만드는 메시지 및 비밀키의 공개함수
(3) 해쉬함수: 임이의 길이를 고정된 길이의 해쉬로 대응 시키는 공개함수

메시지 암호화

비밀키 암호화 (관용 암호화)
- 기밀성 제공
  - 공유한 키를 바탕으로 암/복호화
- 단순한 인증
  - 키를 공유한 사람만 암호문 생성 가능
- 서명 미제공
  - 수신자의 위조, 송신자의 부인 가능
공개키 암호화 (관용 암호화)
- 기밀성 제공
  - 공유한 키를 바탕으로 암/복호화
- 인증 미제공
  - 누구나 공개키에 접근 가능

MAC (Message Authentication Code)

메시지에 암호학적 점검감 MAC 추가
- MAC
  - 비밀키를 사용해 생성된 작은 크기의 data block
  - MAC = $C_k(M)$
수신측에서 계산한 MAC이 송신측에서 보낸 MAC과 비교하여 인증
- 비밀키를 송/수신자만 알고 있다고 가정하면 메시지 인증 가능 (기밀성 가정)
  - 메시지 내용 인증
  - 사용자 인증 (출처)
  - 메시지 순서 인증 (일련번호 사용시)
- 메시지 인증
  - A,B만 아는 $K_1$ 을 통해서 MAC
- 기밀성 제공
  - A,B만 아는 $K_2$ 을 통해서 메시지+MAC을 암/복호

Hash Function

MAC의 변형중 하나인 'one-way hash function' $H$ (임의의 길이를 고정된 길이의 해쉬값으로)

One-way hash function $H$
- $H$ 자체는 쉽게 계산이 가능해야하고, 그 역은 어려워야한다
- 동일한 해쉬값을 가지는 입력을 찾기 힘들어야한다.
  - 뒤에서 2nd-preimage resistance, coillision resistance
- $H$ 는 MD(Message Digest)라 불리기도 한다.
MDC(Modification Detection Code)
교재에서는 Manipulation Detection Code라 되어있는 걸 발견했는데 비슷한 의미인듯
- 키값이 없는 함수
- 일방향 해쉬 함수, 충돌 회피 해쉬 함수의 특징을 가진다
  - 일방향:
    - compression
    - ease of compute
    - preimage resistance
    - 2nd-preimage resistance
  - 충돌 회피 함수:
    - compression
    - ease of compute
    - 2nd-preimage resistance
    - collision resistance

Construction of Hash Function

CBC 모드와 비슷함

메시지를 잘라서, 함수에 넣은 결과를 누적시키는 방식

임의의 길이 $\rightarrow$ 고정길이(+ 고유특성)

1bit 변화가 생기면 결과는 전혀 다른 값이 됨

Hash Function

Bitwise-XOR
- 2개 이상의 변환에 취약/ 보안에 취약 (2개의 비트의 변화를 찾아내지 못함)
- 같은 출력값을 찾기 쉬움(collison)
- Can be improved by rotating the hash code after each block is XORed into it (???)
MD5
- 128bit 알고리즘
- UNIX 등에서 패스워드를 저장하는데 사용
SHA,SHA-1
- Secure Hash Algorithm
- 160bit 알고리즘
- MD5에서 다이제스트의 길이가 더 길어지게 확장
해쉬 함수의 안정성은 hash value의 길이에 좌우 (길이가 길면 더 다양한 값이 나옴, 그렇다고 너무 길면 안됨)

MD5

입력: 임의의 길이 메시지

출력: 128비트 메시지 다이제스트

입력처리: 512비트 블록단위 처리

Process

패딩 비트의 부가 (메시지의 길이를 512의 배수로 맞춤 단 64비트는 제외하고, 1000000...의 형식)
ex) 480bit message $\rightarrow$ 960 message(padded) + 64 = 1024
메시지 길이의 부가: 위에서 남겨둔 64bit에 메시지 길이를 기록 (여기까지가 전처리 단계)
MD 버퍼의 초기화: Little endian 형태로 4개의 레지스터에 값을 초기화 (4*32)
ex) $A=67452301\rightarrow A:01\space23\space45\space67$
512bit(16 word) 블록의 메시지 처리: 4개 round, $T[i]$ = 행렬 T에서 [i]번째 32비트 단어
출력

전체 과정

1 round X[k]: q번째 512비트 블록 중에서 K번째 32비트 단어