6-2 Modes of Operation

Multiple Encryption

암호화를 두 번 적용하면 더 강력해지지않을까? 를 실현!

암호화를 두 번 적용 - 키가 두 개 존재

K1를 써서 나온 결과에 또 K2를 써서 암호화 두 번

C = E(K2, E(K1, P ))

P = D(K1, D(K2,C))

파훼법: Meet in the Middle Attack

중간 결과 X = E(K1, P ) = D(K2,C)

중간 결과가 같은 쌍을 찾는다

Triple-DES with two keys

세 번 돌리자!

그러나 세 번 돌리니까 너무 오래 걸림 ...ㅠㅠ

다른 방법!!! -> AES 표준

Modes of Operation

모든 Block Cipher에게 적용됨 ex) DES AES

1. ECB(Electronic CodeBook) Mode

암호화하려는 메시지를 여러 블록으로 나누어 각각 암호화함

어떤 입력이 들어오면 어떤 출력이 테이블처럼 나감

same input -> same output

만약 Plain text가 128bit보다 커진다면? 한 블록으로 안돼서 여러 블록으로 자를것
각각의 블록들에 대해 같은 key를 적용한다(key는 여러개의 서브키로...)
Permutation cipher처럼 입력과 출력이 대응되어 있음 : 같은 key를 넣고 같은 plaintext를 넣으면 같은 ciphertext가 나옴
병렬진행가능
블록모드
양이 많은 데이터를 암호화하는것은 추천하지않음. 짧은 데이터에서 사용됨
모든 블록이 같은 암호화 키를 사용하기 때문에 보안에 취약함

2. CBC (Cipher Block Chaining) Mode

각 블록은 암호화되기 전에 이전 블록의 암호화 결과와 XOR됨

block ciphering이 여러번 수행됨, xor사용
문제 : 에러가 전파됨
CBC로 쉽게 MAC (=MIC)을 구현할 수 있다

Message Actheticate Code

Message Integrity Code

블록 모드

암호화가 목적이 아닌 Integrity, Athentication이 목표일 때:

여러 C 1...n중 마지막 Cn만 취한다.

key를 가지고 Encryption을 순방향으로 돌린다. 돌려서 얻은게 C'n

Cn과 C'n이 같은지 확인한다

만약 P1...n중 뭐든 1bit라도 오류가 생겼다면 둘은 같지않다.

이걸로 올바른 key를 가진 사람에게서 데이터가 전송된 것이므로 Authentication 가능 & 데이터가 문제없이 전송됐는지 확인 가능 Integrity

3. CFB (Cipher FeedBack) Mode

암호화된 결과를(그림의 C) 피드백

CFB 모드에서는 암호 알고리즘이 생성하는 비트열을 키 스트림이라고 부름

키 스트림을 생성하기 위해 의사난수 생성기(암호 알고리즘)를 사용함

초기화 벡터(IV)가 의사난수 생성기의 seed에 해당

Block Cipher를 Stream Cipher처럼 사용 - 스트림 모드
실제로 block이 적용되는건 xor할때뿐
CBC Mode와 비슷해 보이지만 Stream Mode이다
Plain text가 생성되기 전까지 그 다음 key stream을 만들 수 없다. (Stall)
이를 개선한 것이 OFB. 피드백하는 부분이 바뀜
CBC처럼 에러가 전파됨 (MAC 구현 가능)
ECB, CBC 모드에서는 암호 알고리즘을 이용하여 평문 블록을 암호화했지만 CFB는 평문블록을 암호 알고리즘으로 직접 암호화하지않는다. (평문블록과 암호문블록 사이 암호화가 없음 )

📌 Tip!

Stream Mode인지 Block Mode인지 구별하려면?

Decryption을 할 때 Encrypt를 똑같이 사용한다면 Stream Mode이다
Block Mode는 블록 단위 별로 암호화하지만 Stream Mode는 블록으로 나누지않고 plain text자체를 한 번에 암호화 한다는 것을 기억!

4. OFB (Output FeedBack) Mode

암호 알고리즘(그림의 Encrypt)의 출력을 암호 알고리즘의 입력으로 피드백

CFB는 암호화된 결과를(그림의 C) 피드백

Block Cipher를 Stream Cipher처럼 사용
Stream Mode이다
Cipher에 피드백이 아니라 Output에 피드백
No Stalling (Preprocessing) : plaintext가 오기전에 쭉 해둘수있다
병렬화가 안됨. 결국 앞 단계에서 결과가 나와야 뒷 단계가 진행됨 (No Parallelism) 자원이 많아도 성능을 향상시키는데 한계가 존재
에러 전파가 안됨 (아웃풋을 피드백하는거라서)

5. CTR (Counter) Mode

Stream Mode
병렬화하면서 동시에 같은 블럭이 다른 블럭으로 나올 수 있게 되어있음(Plaintext가 같더라도 Ciphertext가 다르게 나온다)
카운터를 입력으로 줌. 카운터는 숫자 ex) 1
피드백이 없지만 Counter들끼리 연관되어있다 1, 2, 3 ...
Counter가 달라서 Plaintext이 같아도 다른 Ciphertext이 나옴
Random access : 꼭 첫번째 Plaintext부터 Encryption 안해도 됨. 150번째 P부터 하고싶다면 Counter를 150으로 시작하면된다

다섯가지 특징 비교

에러 전파 : cipher text의 오류가 계속 전파될 수 있는지. 즉, c가 다음 프로세스에 영향을 주는지를 체크
병렬 : p를 c로 도출하는 각 프로세스가 독립적일 수 있는지
Pre-processing

plaintext가 없어도 미리 복잡한 연산을 먼저 할 수 있는가

ECB, CBC,CFB 는 plain text가 있어야 Encrypt할 수 있으므로 불가

CTR : Confidentiality

CBC : MAC - Integrity, Authenticataion

CCM (CTR with CBC-MAC)

Mode, Block Cipher의 실제 사례를 봐보자!

IEEE 802.11 (WPA2/3)

무선 통신 표준

AES-CCMP

무선랜을 검색해보면 access point들 뜸.

WPA2를 이용해서 보호됨 : 암호를 입력해야 access가능

삼성 스마트폰, 애플 모두 무선랜에 접속가능. 표준이 있기 때문

TLS v1.3 (IETF RFC 8446)

Transport Layer Security

Transport층에 보안을 제공한다

AES 128bit
이전에는 SSL이라 불렸으나 버전이 올라가면서 TLS로 변경
https : http프로토콜을 TLS위에 올린 어플리케이션