AES 암호화 알고리즘: 현대 정보 보안의 표준

AES란?

AES(Advanced Encryption Standard, 고급 암호화 표준)는 미국 국립표준기술연구소(NIST, National Institute of Standards and Technology)가 1977년 채택된 DES(Data Encryption Standard)의 보안 취약점을 해결하기 위해 새롭게 지정한 대칭키 블록 암호화 알고리즘입니다.

1997년, NIST는 DES를 대체할 새로운 암호화 표준을 공모하였고, 2000년 최종적으로 벨기에의 암호학자 Joan Daemen과 Vincent Rijmen이 개발한 Rijndael(레인달) 알고리즘이 AES로 선정되었습니다. 2001년 공식적으로 발표된 AES는 이후 미국 연방 정부 및 다양한 산업에서 필수적인 암호화 표준으로 자리 잡았습니다.

AES의 주요 특징

AES는 보안성과 성능을 모두 고려하여 설계된 대칭키 블록 암호화 알고리즘으로, 다음과 같은 특징을 가집니다.

• 고정된 블록 크기: AES는 128비트 블록 크기를 사용합니다. DES의 64비트 블록 크기보다 두 배 크며, 보다 강력한 보안을 제공합니다.

• 유연한 키 길이: AES는 128비트, 192비트, 256비트의 세 가지 키 길이를 지원하여 보안 강도를 조절할 수 있습니다.

• 반복적인 라운드 연산: 블록 데이터를 암호화하기 위해 여러 라운드를 거치며, 키 길이에 따라 라운드 횟수가 달라집니다.

• 보안성: 현재까지 실용적인 공격 방법이 알려지지 않았으며, 브루트포스 공격을 통한 해독이 거의 불가능합니다.

• 빠른 처리 속도: 하드웨어 및 소프트웨어 구현이 용이하며, DES보다 훨씬 빠르게 동작합니다.

AES의 동작 방식

AES는 입력 데이터를 128비트 블록으로 나누어 암호화하며, 선택한 키 길이에 따라 반복 연산(라운드)의 횟수가 다릅니다.

AES의 라운드 수

키 길이 (비트)	라운드 수
128	10
192	12
256	14

각 라운드는 다음 네 가지 주요 연산을 수행합니다.

AES의 주요 연산 과정

1. SubBytes (바이트 대체):

   • S-Box(Substitution Box)를 사용하여 각 바이트를 새로운 값으로 대체합니다.

   • S-Box는 고정된 16×16 테이블로, 입력 값을 특정한 규칙에 따라 변환합니다.

   • 이 과정은 비선형 변환을 추가하여 암호화의 복잡성을 증가시킵니다.

2. ShiftRows (행 이동):

   • AES의 128비트 블록은 4×4 행렬로 표현됩니다.

   • 첫 번째 행은 그대로 두고, 두 번째 행은 한 칸, 세 번째 행은 두 칸, 네 번째 행은 세 칸 왼쪽으로 이동합니다.

   • 이 과정은 데이터의 확산성을 높이는 역할을 합니다.

3. MixColumns (열 혼합) (128비트 블록에서 수행, 마지막 라운드에서는 제외):

   • Galois Field (GF(2^8)) 연산을 이용하여 열 단위의 데이터를 서로 혼합합니다.

   • 각 열의 값들이 서로 연산되어, 하나의 값 변경이 다른 값에 영향을 미치도록 합니다.

4. AddRoundKey (라운드 키 추가):

   • 각 라운드에서 생성된 서브 키를 현재 상태 값과 XOR 연산하여 적용합니다.

   • 이 과정은 키에 따라 데이터가 완전히 달라지도록 만드는 역할을 합니다.

이 과정이 지정된 라운드 수만큼 반복된 후, 최종적으로 암호화된 128비트 블록이 생성됩니다.

AES의 보안성

AES는 강력한 보안성을 자랑하며, 현재까지 실용적인 공격이 발견되지 않았습니다.

AES 공격 전 예방 방법

• 강력한 키 관리: AES 키를 정기적으로 변경하고, 안전한 키 저장소를 이용해 보호해야 합니다.

• 하드웨어 기반 보안 강화: TPM(신뢰할 수 있는 플랫폼 모듈) 같은 하드웨어 보안 장치를 사용하여 키를 보호합니다.

• 안전한 실행 환경 유지: 최신 보안 패치를 적용하고, 악성코드 감염을 방지하는 보안 솔루션을 사용합니다.

• 사이드 채널 공격 방어: 전력 분석이나 전자기 방출을 이용한 공격을 방지하기 위해 무작위화(Randomization) 기법을 도입합니다.

• 네트워크 보안 강화: 암호화된 데이터가 네트워크를 통해 전송될 때 도청당하지 않도록 VPN, SSL/TLS를 활용합니다.

AES 공격 후 대응 방법

• 이상 징후 탐지 및 분석: 네트워크 및 시스템 로그를 분석하여 공격 흔적을 확인합니다.

• 긴급 대응 및 차단: 공격이 감지되면 즉시 네트워크를 차단하고, 침해된 시스템을 격리합니다.

• 키 회수 및 재설정: 공격자가 키를 탈취했을 가능성이 있다면 즉시 키를 변경하고, 영향을 받은 데이터를 재암호화합니다.

• 법적 대응 및 보고: 침해 사고가 발생한 경우 법적 절차를 따르고, 필요 시 관련 기관(예: KISA, CERT)에 보고합니다.

• 보안 강화 및 재발 방지: 취약점을 분석하고, 재발 방지를 위한 추가적인 보안 조치를 시행합니다.

AES의 활용 분야

AES는 강력한 보안성과 빠른 성능 덕분에 다양한 분야에서 사용됩니다.

• 웹 보안: HTTPS(SSL/TLS) 프로토콜에서 데이터 암호화

• 네트워크 보안: VPN, 무선 보안(WPA2/WPA3)

• 파일 및 데이터 보호: 하드 드라이브 암호화(BitLocker, VeraCrypt 등)

• 클라우드 보안: 클라우드 저장소에서 데이터 보호 (Google Drive, OneDrive 등)

• 금융 및 전자거래: 신용카드 정보 보호, 온라인 뱅킹 암호화

• 스마트카드 및 IoT: 내장형 보안 칩 및 센서 네트워크 보호

결론

AES는 DES를 대체하여 현대 정보 보안의 표준이 되었으며, 강력한 보안성과 효율적인 성능을 제공하는 대칭키 암호화 알고리즘입니다. 128비트 블록 크기와 다양한 키 길이를 지원하며, 현재까지 실용적인 공격이 알려지지 않아 가장 신뢰할 수 있는 암호화 방식 중 하나로 자리 잡고 있습니다.

AES는 앞으로도 보안 기술의 핵심 요소로 지속적으로 활용될 것이며, 다양한 환경에서 암호화의 핵심 역할을 수행할 것입니다.

세션 하이재킹(Session Hijacking) 탐지 방법