암호화의 작동 방식: 디지털 개인 정보 보호 가이드

암호화는 읽을 수 있는 정보(평문으로 알려진)를 수학적 알고리즘과 키라고 불리는 비밀 값을 사용하여 암호문으로 불리는 읽을 수 없는 형식으로 변환하는 프로세스입니다. 일치하는 키를 가진 사람만 프로세스를 역으로 수행하여 원본 데이터를 복구할 수 있습니다. 이 단일 메커니즘은 보안 메시징에서 온라인 뱅킹까지, 오늘날 사람들이 「디지털 개인 정보 보호」라고 부르는 대부분의 기초가 됩니다.

두 가지 기본 유형: 대칭형 및 비대칭형

암호 시스템은 일반적으로 두 가지 범주로 분류됩니다. 대칭형 암호화는 단일 비밀 키를 사용하여 데이터를 잠금 및 잠금 해제합니다. 프라이버시 회사 Proton에 따르면, 송신자와 수신자는 이미 동일한 키를 가지고 있어야 합니다. 이렇게 하면 대칭형 암호화는 빠르지만 실제적인 문제가 생깁니다. 키 자체를 어떻게든 차단되지 않도록 공유해야 합니다.

비대칭형 암호화는 그 문제를 수학적으로 연결된 두 개의 키를 사용하여 해결합니다. 공개 키는 공개적으로 공유할 수 있으며, 개인 키는 비밀로 유지됩니다. 한 키로 암호화된 데이터는 다른 키로만 해독할 수 있으므로 미리 비밀을 교환할 필요가 없습니다. 트레이드오프는 속도입니다. Proton에 따르면 비대칭형 암호화는 기본 수학이 훨씬 더 복잡하기 때문에 대칭형 암호화보다 약 1,000배 느립니다.

이러한 트레이드오프로 인해 대부분의 실제 시스템은 하이브리드 접근 방식을 사용합니다. 비대칭형 암호화는 개방형 네트워크를 통해 일회용 대칭형 키를 교환하기 위해 간단하게 사용되며, 그 다음 빠른 대칭형 알고리즘이 실제 대량 데이터를 처리합니다. 이 조합은 HTTPS 웹 사이트 연결, 가상 사설 네트워크(VPN) 및 암호화된 이메일에 전력을 공급합니다. Proton이 설명합니다.

AES: 대부분의 일상적인 암호화 뒤에 있는 표준

가장 널리 사용되는 대칭형 알고리즘은 고급 암호화 표준(AES)입니다. 이는 미국 국립표준기술연구소(NIST)에 의해 2001년 11월 26일에 연방 정보 처리 표준(FIPS) 197로 공개되었습니다. AES는 128, 192 또는 256 비트의 키 길이를 지원하며 128비트 블록에서 데이터를 처리합니다. NIST는 이를 전자 데이터를 보호하는 데 사용할 수 있는 FIPS 승인 알고리즘으로 설명하며, 전 세계 정부 및 상용 시스템에서 사용됩니다.

「끝에서 끝으로」 암호화란 무엇인가

모든 암호화가 동일한 수준의 보호를 제공하는 것은 아닙니다. HTTPS에서 사용되는 TLS 프로토콜과 같은 표준 「전송 중」 암호화는 데이터가 장치와 서버 간에 이동하는 동안에만 데이터를 보호하지만, 데이터는 해당 서버에 도착한 후에도 읽을 수 있습니다. 엔드투엔드 암호화(E2EE)는 더 나아갑니다. IBM에 따르면 데이터는 전송 중에 암호화되어 있으며 수신자의 장치에서만 해독되므로 메시지를 전달하는 서비스 제공자도 해당 콘텐츠를 읽을 수 없습니다.

IBM은 E2EE를 4단계로 작동하는 것으로 설명합니다. 알고리즘은 메시지를 암호문으로 변환합니다. 암호문은 네트워크를 통해 이동하며 모든 차단자에게 무작위 문자처럼 보입니다. 수신자의 장치는 개인 키 또는 공유 키를 사용하여 원본 메시지를 복원합니다. 그런 다음 전송 중에 데이터가 변조되지 않았는지 확인하기 위해 데이터의 무결성을 확인합니다. IBM은 WhatsApp, Signal 및 Apple의 iMessage와 같은 메시징 플랫폼, 그리고 1Password 및 Bitwarden과 같은 비밀번호 관리자를 엔드투엔드 암호화를 적용하는 서비스의 예로 나열합니다.

양자 컴퓨터가 암호화 표준을 변경하는 이유

규제 기관은 이미 미래의 위협에 준비하고 있습니다. 충분히 강력한 양자 컴퓨터는 이론적으로 오늘날의 비대칭형 암호화가 의존하는 수학적 문제를 깨뜨릴 수 있습니다. 2024년 8월 13일, NIST는 NIST의 컴퓨터 보안 리소스 센터(CSRC)에 따르면 고전적인 컴퓨터와 양자 컴퓨터의 공격 모두에 저항하기 위해 특별히 구축된 3가지 새로운 연방 정보 처리 표준을 승인했습니다.

3가지 표준은 FIPS 203(모듈 격자 기반 키 캡슐화 메커니즘 표준, CRYSTALS-Kyber 제출에서 파생); FIPS 204(모듈 격자 기반 디지털 서명 표준, CRYSTALS-Dilithium에서 파생); 그리고 FIPS 205(상태 비저장 해시 기반 디지털 서명 표준, SPHINCS+에서 파생)입니다. NIST의 CSRC는 표준이 「양자 컴퓨터의 미래 공격에 저항하기 위해 설계되었으며, 현재 표준의 보안을 위협하며, 키 교환 및 데이터가 변조되지 않았음을 확인하는 데 사용되는 디지털 서명 모두를 포함합니다」라고 명시합니다.

이것이 일상적인 프라이버시에 의미하는 바

대부분의 사람들에게 실질적인 요점은 암호화가 이미 기본적으로 일상적인 디지털 생활의 대부분을 보호한다는 것입니다. HTTPS는 웹 브라우징을 보호하고, AES는 파일 및 Wi-Fi 트래픽을 보호하며, E2EE는 많은 인기 있는 메시징 앱을 보호합니다. 포스트 양자 표준으로의 지속적인 전환은 주로 개별 사용자가 자신을 구성해야 하는 것이 아니라 표준 본문, 장치 제조업체 및 서비스 제공자가 관리하는 배경 인프라 변경입니다.