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국내 개발 암호화 알고리즘, 보안이 요구되는 다양한 분야에서 활용 확대될 듯
[보안뉴스= 손승일 한국인터넷정보학회 이사] 암호화는 그 의미가 명확하지 않도록 메시지를 부호화하는 과정이며, 복호화는 암호화된 메시지를 본래의 형태로 변환하는 과정이다. 메시지 원래의 형태를 평문(Plaintext)이라 하며, 암호화된 형태를 암호문(Ciphertext)이라 부른다.
암호는 과거에는 군사적인 용도 등의 비밀 통신을 위해 주로 사용했으나 현재는 인터넷 기반의 사회, 경제 활동의 안전성, 신뢰성, 프라이버시 보호 등을 위한 핵심 기술로서 메일전송, 사용자 인증, 전자상거래, IoT 등에 널리 사용되고 있다.
대칭형 암호 시스템은 암호화를 위해 사용되는 송신자가 보유하고 있는 키와 복호화를 위해 사용될 수신자의 키가 동일한 시스템이다. 대칭형 블록 암호 알고리즘으로는 DES(Data Encryption Standard), Triple DES, IDEA(International Data Encryption Algorithm), SKIPJACK, MISTY 및 AES(Advanced Encryption Standard) 암호 알고리즘 등 다양하게 발표됐다.
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여기에서는 암호의 중요성이 증대되고 있는 시대적 추세에 발맞춰 국내에서 개발된 블록 암호 알고리즘을 소개하고자 한다. 현재까지 국내의 자체 연구로 개발된 블록 암호는 SEED 암호, HIGHT 암호, ARIA 암호 및 LEA 암호가 있다.
먼저 SEED 블록 암호는 민간 부분인 인터넷, 전자상거래, 무선 통신 등의 환경에서 민감한 정보의 보호와 개인 프라이버시 등을 보호하기 위해 1999년 2월 한국정보보호센터(현 한국정보보호진흥원)에서 개발된 블록 암호 알고리즘이다.
전체 구조는 Feistel 구조로 이루어져 있으며, 128비트의 평문 블록과 128비트 키를 입력값으로 사용해 총 16라운드를 거쳐 최종적으로 128비트 암호문을 도출한다. 최초 개발된 SEED 암호는 128비트의 키만을 지원했기 때문에 SEED-128이라 부른다. 그러나 AES, Camellia(일본의 암호 표준중의 하나) 등 국외 블록 암호 알고리즘은 128/192/256비트의 키를 지원함으로써 암호 알고리즘 적용 환경에 따라 보안 강도를 다양하게 제공할 수 있다.
하지만 국내 블록 암호알고리즘 SEED-128은 128비트 키만을 지원하므로 활용 분야가 제한적이었다. 이에 국내 암호 알고리즘의 활용성 강화를 위해 2009년 256비트의 키를 지원하는 블록 암호알고리즘 SEED-256을 추가적으로 개발해 발표했다. 이는 128비트의 평문과 256비트 키를 사용해 24라운드를 거쳐 128비트 암호문을 생성한다.
두 번째는 2004년 개발된 ARIA 블록 암호 알고리즘이다. ARIA라는 이름은 Academy(학계), Research Institute(연구소), Agency(정부 기관)의 첫 글자들을 딴 것이다. ARIA 블록 암호는 128비트 평문 블록을 처리하는 알고리즘으로 128, 192, 256비트 암호화 키를 사용한다. 경량 환경 및 하드웨어에서의 효율성 향상을 위해 개발됐으며, ARIA가 사용하는 대부분의 연산은 XOR과 같은 단순한 바이트 단위 연산으로 구성되는 SPN(Substitution-Permutation Network) 구조를 갖는다.
ARIA는 차분 공격, 선형 공격과 같은 보안 공격에 비교적 안정적이다. 키의 크기에 비례해 AES와 유사하게 12, 14 혹은 16번의 라운드 함수를 반복 수행한다. 우정사업본부는 최근 일반적인 암호화 대상 항목인 주민등록번호, 외국인등록번호, 여권번호, 운전면허번호 등 고유 식별번호 외에 성명, 주소, 전화번호, 이메일 등 두개 이상의 정보를 조합하여 개인을 식별할 수 있는 개인신상정보까지 ARIA-256을 적용해 암호화했다.
세 번째는 HIGHT 암호 알고리즘이다. HIGHT(HIGh security and light weigHT)는 RFID, USN 등과 같이 저전력·경량화를 요구하는 컴퓨팅 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 2005년 KISA, ETRI 부설연구소 및 고려대가 공동으로 개발한 64비트 블록암호 알고리즘이다.
HIGHT는 초경량 블록 암호 알고리즘으로 128비트 마스터키, 64비트 평문으로부터 64비트 암호문을 도출한다. 제한적 자원을 갖는 환경에서 구현될 수 있도록 8비트 단위의 기본적인 산술 연산들인 XOR, 덧셈, 순환 이동만으로 SEED, AES 등 기타 알고리즘보다 간단한 알고리즘 구조로 설계됐다.
안전성과 효율성을 동시에 고려하는 정교한 설계 논리에 기반하고 있다. 2010년 HIGHT는 ISO/IEC 국제표준으로 최종 승인(FDIS)됐다. 이 알고리즘은 휴대형 기기 및 모바일 환경에 적합하도록 암호화 작업에 소요되는 메모리 등 하드웨어 자원 및 전력 소비를 최소화하고, 안전성과 효율성을 동시에 고려해서 특수설계된 것이다.
마지막으로 2013년도 개발된 LEA(Lightweight Encryption Algorithm)는 빅데이터, 클라우드 등 고속 환경 및 모바일기기 등 경량 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 개발된 128비트 블록암호 알고리즘이다.
블록암호 LEA는 128비트 데이터 블록을 암호화하는 알고리즘으로 128, 192, 256비트 비밀키를 사용할 수 있으며 요구되는 안전성 기준에 따라 용도가 구분될 수 있다. LEA의 라운드 함수는 32비트 단위의 ARX(Addition, Rotation, XOR) 연산만으로 구성되어 있어 이들 연산을 지원하는 범용 32비트 소프트웨어 플랫폼에서 고속으로 동작한다. 또한, 라운드 함수 내부의 ARX(Addition, Rotation, XOR) 연산 배치는 충분한 안전성을 보장하는 것과 동시에 S-box의 사용을 배제하여 경량 구현이 가능하도록 했다.
LEA-128은 24회의 라운드 함수를 수행하고, LEA-192는 28회의 라운드 함수를 수행하며, LEA-256은 32회의 라운드 함수를 수행한다. LEA 암호는 오늘날 가장 많이 쓰이는 AES(Advanced Encryption Standard) 암호보다 1.5~2배 빠른 성능을 갖는 것으로 확인됐다. 다양한 정보보안 서비스에서 대용량 데이터를 빠르게 처리하거나 스마트폰 보안 등 저전력(Low Power) 암호 모듈로 널리 활용될 수 있을 것으로 예견되고 있다. 국내 보안기업인 이스트소프트는 압축 프로그램인 ‘알집(버전 10.5)’에 암호화 기능으로 LEA를 적용했다고 발표한 바 있다.
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국내에서 개발한 암호화 알고리즘들은 향후에 보안이 요구되는 다양한 분야에서 활용이 확대될 것으로 예상된다.
필자 소개_한국인터넷정보학회 손승일 이사는 연세대학교 전자공학과를 나와 동대학원에서 석사 및 박사학위를 취득했다. 현재는 한신대학교 정보통신학부 교수로 재직중이다. 다양한 블록 암호 알고리즘들을 HDL 기반으로 설계했으며, 해쉬 함수 등에도 많은 관심을 가지고 있다.
[보안뉴스= 손승일 한국인터넷정보학회 이사] 암호화는 그 의미가 명확하지 않도록 메시지를 부호화하는 과정이며, 복호화는 암호화된 메시지를 본래의 형태로 변환하는 과정이다. 메시지 원래의 형태를 평문(Plaintext)이라 하며, 암호화된 형태를 암호문(Ciphertext)이라 부른다.
암호는 과거에는 군사적인 용도 등의 비밀 통신을 위해 주로 사용했으나 현재는 인터넷 기반의 사회, 경제 활동의 안전성, 신뢰성, 프라이버시 보호 등을 위한 핵심 기술로서 메일전송, 사용자 인증, 전자상거래, IoT 등에 널리 사용되고 있다.
대칭형 암호 시스템은 암호화를 위해 사용되는 송신자가 보유하고 있는 키와 복호화를 위해 사용될 수신자의 키가 동일한 시스템이다. 대칭형 블록 암호 알고리즘으로는 DES(Data Encryption Standard), Triple DES, IDEA(International Data Encryption Algorithm), SKIPJACK, MISTY 및 AES(Advanced Encryption Standard) 암호 알고리즘 등 다양하게 발표됐다.
여기에서는 암호의 중요성이 증대되고 있는 시대적 추세에 발맞춰 국내에서 개발된 블록 암호 알고리즘을 소개하고자 한다. 현재까지 국내의 자체 연구로 개발된 블록 암호는 SEED 암호, HIGHT 암호, ARIA 암호 및 LEA 암호가 있다.
먼저 SEED 블록 암호는 민간 부분인 인터넷, 전자상거래, 무선 통신 등의 환경에서 민감한 정보의 보호와 개인 프라이버시 등을 보호하기 위해 1999년 2월 한국정보보호센터(현 한국정보보호진흥원)에서 개발된 블록 암호 알고리즘이다.
전체 구조는 Feistel 구조로 이루어져 있으며, 128비트의 평문 블록과 128비트 키를 입력값으로 사용해 총 16라운드를 거쳐 최종적으로 128비트 암호문을 도출한다. 최초 개발된 SEED 암호는 128비트의 키만을 지원했기 때문에 SEED-128이라 부른다. 그러나 AES, Camellia(일본의 암호 표준중의 하나) 등 국외 블록 암호 알고리즘은 128/192/256비트의 키를 지원함으로써 암호 알고리즘 적용 환경에 따라 보안 강도를 다양하게 제공할 수 있다.
하지만 국내 블록 암호알고리즘 SEED-128은 128비트 키만을 지원하므로 활용 분야가 제한적이었다. 이에 국내 암호 알고리즘의 활용성 강화를 위해 2009년 256비트의 키를 지원하는 블록 암호알고리즘 SEED-256을 추가적으로 개발해 발표했다. 이는 128비트의 평문과 256비트 키를 사용해 24라운드를 거쳐 128비트 암호문을 생성한다.
두 번째는 2004년 개발된 ARIA 블록 암호 알고리즘이다. ARIA라는 이름은 Academy(학계), Research Institute(연구소), Agency(정부 기관)의 첫 글자들을 딴 것이다. ARIA 블록 암호는 128비트 평문 블록을 처리하는 알고리즘으로 128, 192, 256비트 암호화 키를 사용한다. 경량 환경 및 하드웨어에서의 효율성 향상을 위해 개발됐으며, ARIA가 사용하는 대부분의 연산은 XOR과 같은 단순한 바이트 단위 연산으로 구성되는 SPN(Substitution-Permutation Network) 구조를 갖는다.
ARIA는 차분 공격, 선형 공격과 같은 보안 공격에 비교적 안정적이다. 키의 크기에 비례해 AES와 유사하게 12, 14 혹은 16번의 라운드 함수를 반복 수행한다. 우정사업본부는 최근 일반적인 암호화 대상 항목인 주민등록번호, 외국인등록번호, 여권번호, 운전면허번호 등 고유 식별번호 외에 성명, 주소, 전화번호, 이메일 등 두개 이상의 정보를 조합하여 개인을 식별할 수 있는 개인신상정보까지 ARIA-256을 적용해 암호화했다.
세 번째는 HIGHT 암호 알고리즘이다. HIGHT(HIGh security and light weigHT)는 RFID, USN 등과 같이 저전력·경량화를 요구하는 컴퓨팅 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 2005년 KISA, ETRI 부설연구소 및 고려대가 공동으로 개발한 64비트 블록암호 알고리즘이다.
HIGHT는 초경량 블록 암호 알고리즘으로 128비트 마스터키, 64비트 평문으로부터 64비트 암호문을 도출한다. 제한적 자원을 갖는 환경에서 구현될 수 있도록 8비트 단위의 기본적인 산술 연산들인 XOR, 덧셈, 순환 이동만으로 SEED, AES 등 기타 알고리즘보다 간단한 알고리즘 구조로 설계됐다.
안전성과 효율성을 동시에 고려하는 정교한 설계 논리에 기반하고 있다. 2010년 HIGHT는 ISO/IEC 국제표준으로 최종 승인(FDIS)됐다. 이 알고리즘은 휴대형 기기 및 모바일 환경에 적합하도록 암호화 작업에 소요되는 메모리 등 하드웨어 자원 및 전력 소비를 최소화하고, 안전성과 효율성을 동시에 고려해서 특수설계된 것이다.
마지막으로 2013년도 개발된 LEA(Lightweight Encryption Algorithm)는 빅데이터, 클라우드 등 고속 환경 및 모바일기기 등 경량 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 개발된 128비트 블록암호 알고리즘이다.
블록암호 LEA는 128비트 데이터 블록을 암호화하는 알고리즘으로 128, 192, 256비트 비밀키를 사용할 수 있으며 요구되는 안전성 기준에 따라 용도가 구분될 수 있다. LEA의 라운드 함수는 32비트 단위의 ARX(Addition, Rotation, XOR) 연산만으로 구성되어 있어 이들 연산을 지원하는 범용 32비트 소프트웨어 플랫폼에서 고속으로 동작한다. 또한, 라운드 함수 내부의 ARX(Addition, Rotation, XOR) 연산 배치는 충분한 안전성을 보장하는 것과 동시에 S-box의 사용을 배제하여 경량 구현이 가능하도록 했다.
LEA-128은 24회의 라운드 함수를 수행하고, LEA-192는 28회의 라운드 함수를 수행하며, LEA-256은 32회의 라운드 함수를 수행한다. LEA 암호는 오늘날 가장 많이 쓰이는 AES(Advanced Encryption Standard) 암호보다 1.5~2배 빠른 성능을 갖는 것으로 확인됐다. 다양한 정보보안 서비스에서 대용량 데이터를 빠르게 처리하거나 스마트폰 보안 등 저전력(Low Power) 암호 모듈로 널리 활용될 수 있을 것으로 예견되고 있다. 국내 보안기업인 이스트소프트는 압축 프로그램인 ‘알집(버전 10.5)’에 암호화 기능으로 LEA를 적용했다고 발표한 바 있다.
필자 소개_한국인터넷정보학회 손승일 이사는 연세대학교 전자공학과를 나와 동대학원에서 석사 및 박사학위를 취득했다. 현재는 한신대학교 정보통신학부 교수로 재직중이다. 다양한 블록 암호 알고리즘들을 HDL 기반으로 설계했으며, 해쉬 함수 등에도 많은 관심을 가지고 있다.
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원병철기자 기사보기
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