🔐 암호화 — 대칭키 · 비대칭키 · AES-256

🛡️ 정보보안 3대 요소 (CIA)

요소	의미	깨지면
기밀성 Confidentiality	인가된 사람만 정보를 볼 수 있음	도청 · 유출
무결성 Integrity	인가된 사람만 수정 가능하고, 전송 중 변조되지 않음 기출 2회	위조 · 변조
가용성 Availability	필요할 때 언제든 사용 가능	서비스 중단 · DDoS

여기에 인증(Authentication) 과 부인방지(Non-repudiation) 를 더해 5요소로 보기도 한다.

🔑 대칭키 vs 비대칭키

구분	대칭키 (비밀키)	비대칭키 (공개키)
키	암호화·복호화에 같은 키	암호화·복호화에 다른 키 (공개키 / 개인키)
속도	빠름 대용량 데이터에 적합	느림 (수백~수천 배)
키 배송	문제 있음 — 키를 안전하게 전달해야 함	해결 — 공개키는 공개해도 됨
필요한 키 개수 n명이 통신할 때	n(n−1)2 개 10명 → 45개	2n 개 10명 → 20개
대표 알고리즘	AES · DES · 3DES · IDEA SEED · ARIA · RC4	RSA · ECC · DSA ElGamal · Diffie-Hellman
주 용도	실제 데이터 암호화	키 교환 · 전자서명 · 인증

⚠ 기출 — "암호화·복호화 종류가 다른 것은?" → RSA. IDEA · DES · AES는 모두 대칭키, RSA만 비대칭키 다.

      실제로는 둘을 섞어 쓴다 (하이브리드) — HTTPS/TLS는 비대칭키로 세션키를 안전하게 주고받은 뒤,
      실제 데이터는 빠른 대칭키(AES) 로 암호화한다. 비대칭의 안전성과 대칭의 속도를 모두 취하는 방식.
    

🔁 동작 방식 — 버튼을 눌러 흐름을 비교해 보세요

🎯 어느 키로 잠그느냐에 따라 목적이 달라진다 — 시험 최다 출제

암호화에 쓴 키	복호화할 수 있는 키	얻는 것	의미
받는 사람의 공개키	받는 사람의 개인키	기밀성	그 사람만 열 수 있다 → 비밀 전송 기출
보내는 사람의 개인키	보내는 사람의 공개키 = 누구나 열 수 있음	인증 · 부인방지 · 무결성	그 사람이 보낸 게 증명된다 → 전자서명
① 내 개인키로 서명 → ② 상대 공개키로 암호화		기밀성 + 부인방지	둘 다 필요할 때. 서명 먼저, 암호화 나중 기출

💡 헷갈리지 않는 법 — "잠그는 키의 짝만 열 수 있다" 는 원칙 하나만 기억하면 된다.
· 비밀로 보내고 싶다 → 받는 사람만 열 수 있어야 하니 받는 사람의 공개키로 잠근다
· 내가 보냈다고 증명하고 싶다 → 나만 잠글 수 있어야 하니 내 개인키로 잠근다

🧮 필요한 키 개수 계산기

통신 참여자 수 n

🔑 대칭키 — 블록 암호 vs 스트림 암호

구분	블록 암호	스트림 암호
단위	일정 크기 블록 단위 (64 · 128비트)	비트 / 바이트 단위
방식	치환·전치를 반복(라운드)	키 스트림을 만들어 평문과 XOR
속도	보통	매우 빠름
예	AES · DES · 3DES · IDEA SEED · ARIA	RC4 · A5/1 · LFSR 기반
주 용도	파일 · 데이터 저장 암호화	무선 통신 · 실시간 스트리밍

🔐 비대칭키 알고리즘 4종

알고리즘	수학적 근거	암호화	전자서명	키 교환	특징
RSA	소인수분해의 어려움	O	O	O	가장 널리 쓰임. 이름은 설계자 3인(Rivest·Shamir·Adleman)의 머리글자
ECC	타원곡선 이산대수	O	O	O	짧은 키로 같은 안전성 → 모바일 · IoT · 스마트카드에 유리
Diffie-Hellman	이산대수	X	X	O	키 교환 전용 — 안전하지 않은 경로로 공통 비밀키를 만들어 내는 최초의 방식
DSA	이산대수	X	O	X	전자서명 전용 표준 (미국 DSS)

⚠ 자주 나오는 함정 — Diffie-Hellman은 "키 교환" 이지 암호화 알고리즘이 아니고, DSA는 "전자서명" 전용이라 암호화에 못 쓴다. 셋 다 되는 것은 RSA와 ECC 뿐이다.

📏 같은 안전성을 내려면 키가 얼마나 필요한가

비대칭키는 대칭키보다 훨씬 긴 키 가 있어야 같은 수준의 안전성을 낸다. 그래서 대칭키 128비트(AES-128)와 맞먹으려면 RSA는 3072비트 가 필요하다.

대칭키 (AES)	RSA	ECC	비고
80비트	1,024	160	현재 부적합
112비트	2,048	224	현재 최소 권장
128비트 (AES-128)	3,072	256	표준 권장
192비트	7,680	384	상위 등급
256비트 (AES-256)	15,360	512	최고 등급 — RSA는 사실상 비현실적

      💡 ECC가 뜨는 이유 — 같은 128비트 안전성에 RSA는 3,072비트가 필요한데 ECC는 256비트면 된다.
      키가 1/12 로 짧아 연산량·전력·저장공간이 적게 들어 모바일과 IoT 에 적합하다.
    

⭐ AES — Advanced Encryption Standard

      AES 는 노후화된 DES를 대체하기 위해 미국 NIST가 공모해 2001년 표준(FIPS 197) 으로 채택한 대칭키 블록 암호.
      원래 알고리즘 이름은 Rijndael(라인달) 로, 벨기에의 Joan Daemen과 Vincent Rijmen이 설계했다.
      현재 전 세계에서 사실상 표준 으로 쓰인다.
    

항목	내용
블록 크기	128비트 (16바이트) 고정 — 키 길이와 무관하게 항상 128비트
키 길이	128 / 192 / 256 비트 세 가지
라운드 수	10 / 12 / 14 회 (키 길이에 따라)
구조	SPN (Substitution-Permutation Network) DES는 Feistel 구조 — 자주 비교 출제
상태(State)	4 × 4 바이트 행렬로 데이터를 놓고 변환
표준	NIST FIPS 197 (2001년)

🧮 키 길이별 비교 — 버튼을 눌러 확인해 보세요

🔄 한 라운드에서 일어나는 일 — 4단계

① SubBytes

바이트 치환
S-box 표를 보고 각 바이트를 다른 값으로 바꾼다

비선형성 확보

② ShiftRows

행 이동
2·3·4행을 각각 1·2·3칸 왼쪽으로 순환 이동

확산(Diffusion)

③ MixColumns

열 혼합
각 열을 행렬 연산으로 섞는다

마지막 라운드에서는 생략

④ AddRoundKey

라운드 키 XOR
키 스케줄로 만든 라운드 키와 XOR

실제 비밀이 개입하는 단계

💡 암기 — 치환 → 행 이동 → 열 섞기 → 키 XOR 을 라운드 수만큼 반복한다. 마지막 라운드에서만 MixColumns를 생략하는 것이 포인트. 라운드 키는 키 스케줄로 (라운드 수 + 1)개 만들어진다 → AES-256이면 15개.

⚙️ 블록 암호 운영 모드

      AES는 128비트씩 만 암호화한다. 그보다 긴 데이터를 어떻게 이어 붙일지 정한 것이 운영 모드 다.
      같은 AES-256이라도 모드를 잘못 고르면 안전하지 않다.
    

모드	방식	특징	평가
ECB Electronic Codebook	블록마다 독립적으로 암호화	같은 평문 블록 → 같은 암호문 → 원본 패턴이 그대로 드러남	사용 금지
CBC Cipher Block Chaining	앞 블록 암호문과 XOR 후 암호화. IV 필요	패턴 노출 없음. 순차 처리라 병렬 불가	널리 쓰임
CTR Counter	카운터를 암호화해 평문과 XOR	병렬 처리 가능, 스트림처럼 동작, 길이 제약 없음	우수
GCM Galois/Counter	CTR + 인증 태그(GMAC)	기밀성 + 무결성 + 인증을 동시에 제공. TLS 1.3 표준	현재 권장
CFB / OFB	블록 암호를 스트림처럼 사용	블록 단위로 맞출 필요 없음	제한적

⚠ ECB를 쓰면 안 되는 이유 — 같은 평문이 항상 같은 암호문이 되므로, 이미지를 ECB로 암호화하면 원본 윤곽이 그대로 보인다. 실무·시험 모두 "ECB는 안전하지 않다"가 정답.

📉 DES → 3DES → AES

알고리즘	키 길이	블록	구조	상태
DES (1977)	56비트 실제 키 56 / 표기 64	64비트	Feistel 16라운드	폐기 — 전수조사로 해독 가능
3DES	112 / 168비트	64비트	Feistel DES 3회	느림 — 과도기 대안
AES (2001)	128 / 192 / 256	128비트	SPN 10/12/14라운드	현재 표준

🇰🇷 국산 암호 알고리즘

알고리즘	블록 / 키	특징
SEED	블록 128 / 키 128	KISA 개발. 국내 금융·공공에서 오래 사용된 국가 표준
ARIA	블록 128 / 키 128·192·256	국가보안기술연구소. AES와 같은 파라미터, SPN 구조. 국가 표준(KS)
HIGHT	블록 64 / 키 128	경량 암호 — RFID·센서 등 저사양 기기용
LEA	블록 128 / 키 128·192·256	고속 경량 암호. 모바일·IoT 환경

✍ 해시 함수와 전자서명

해시	출력 길이	상태
MD5	128비트	충돌 발견 — 사용 금지
SHA-1	160비트	충돌 발견 — 폐기
SHA-256	256비트	현재 표준 (SHA-2 계열)
SHA-3	가변	차세대 표준

해시는 단방향 — 복호화가 불가능하다. 무결성 검증과 비밀번호 저장에 쓴다. 암호화(양방향)와 혼동하지 말 것.

      📖 기출 2022-1회 — A가 B에게 전자서명 + 암호화해서 보낼 때 순서는?

        ① 서명 : A의 비밀키 로 서명  →  누가 보냈는지 증명(부인방지)

        ② 암호화 : B의 공개키 로 암호화  →  B만 열 수 있음(기밀성)

        정답 : A의 비밀키 → B의 공개키

키 선택 한 줄 정리
• 상대의 공개키로 암호화 → 기밀성 (상대만 열 수 있다) 기출
• 내 개인키로 암호화(서명) → 부인방지 · 인증 (내가 보낸 게 증명된다)

      📝 시험 포인트

      • AES = 대칭키, RSA = 비대칭키 (DES · 3DES · IDEA · SEED · ARIA도 대칭키)

      • AES 블록은 항상 128비트, 키만 128/192/256으로 달라진다

      • 키 길이별 라운드 = 10 / 12 / 14 — AES-256은 14라운드

      • AES는 SPN 구조, DES는 Feistel 구조

      • 마지막 라운드는 MixColumns 생략

      • ECB 모드는 사용 금지, 현재 권장은 GCM

      • 대칭키 개수 n(n−1)2, 비대칭키 개수 2n

      • 전자서명 후 암호화 = A의 비밀키 → B의 공개키