컴퓨터 개론 √ 원리를 알면 IT가 맛있다 쉽게 배우는 컴퓨터 기본 원리 한빛미디어 교재출판부.

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1 컴퓨터 개론 √ 원리를 알면 IT가 맛있다 쉽게 배우는 컴퓨터 기본 원리 한빛미디어 교재출판부

2 Chapter 11. 보안과 암호화

3 학습목표 보안과 암호화의 개념에 대해 살펴본다. 시저 암호, 트리테미우스 암호, 비게네르 암호, 전치형 암호, 폴리비우스 암호 등 초기 암호화 방식에 대해 살펴본다. 공개키 암호화 방식에 대한 개념과 DH 비밀키 교환 방식 그리고 RSA 암호화 방식에 대해 살펴본다.

4 암호화 기술 Section 1: 보안과 암호화의 개요 보안 문제 발생: 해킹, 바이러스 등의 사이버 범죄나 개인정보 유출
필요 기능: 신원 확인, 정보 비밀성 유지, 무결성 유지 보안 주체 : 국가(1960년대 이전)  민간(1970년대 중반)

5 시저 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 시저 암호문의 예
시저 암호의 평문 문자와 암호 문자의 관계를 나타내는 암호화 표 암호문을 해석 평문(plaintext) : 암호화되지 않은 문장 암호문(ciphertext) : 암호화된 문장 암호화 : 평문을 암호문으로 바꾸는 과정 복호화 : 암호문을 평문으로 바꾸는 과정

6 시저 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 단어를 이용한 암호화
① 단어 JEJUEDUCATION에서 반복되는 문자가 있으면 처음 나오는 문자 외에는 모두 삭제. 그러면 다음과 같이 되는데, 이것이 키가 됨 ② 윗줄에 평문 문자인 알파벳을 순서대로 쓰고, 아랫줄에 키를 첫 번째 위치부터 씀

7 Section 2: 초기 암호화 방식 시저 암호 ③ 키에 속하는 문자를 제외한 알파벳의 나머지 문자를 순서대로 씀 : 암호화 표 ④ 완성된 암호화 표를 이용해서 평문을 암호문으로 바꾸면 다음과 같이 된다.

8 시저 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 숫자와 단어를 동시에 이용한 암호화
숫자 7과 단어 LINUXANDWINDOWS ① 단어 LINUXANDWINDOWS에서 처음 나오는 문자를 제외한 반복되는 문자를 삭제하여 단어 키를 구함. 결국 키는 7과 LINUXADWOS가 됨 ② 윗줄에 평문 문자인 알파벳을 쓰고, 아랫줄에 숫자 키인 7만큼 오른쪽으로 이동하여 단어 키를 씀

9 Section 2: 초기 암호화 방식 시저 암호 ③ 단어 키에서 사용된 문자를 제외한 알파벳의 나머지 문자를 순서대로 씀. 평문 문자 Z까지 채워 넣었으면 다시 A부터 시작한다. 모두 채우면 암호화 표 완성 ④ 완성된 암호화 표를 이용해서 평문을 암호문으로 변경

10 Section 2: 초기 암호화 방식 트리테미우스 암호

11 트리테미우스 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 동작 예 문자 C : 암호표에서 암호문 첫 번째 줄을 적용하여 C가 됨
문자 P : 암호문 두 번째 줄을 적용해 Q가 됨 문자 R : 암호문 세 번째 줄을 적용해 T가 됨 이런 과정을 거치면 다음과 같은 암호문 생성

12 비게네르 암호 Section 2: 초기 암호화 방식
트리테미우스 암호를 한 단계 발전시킨 것으로, 트리테미우스 암호의 i 번째 문자에 i 번째 줄에 있는 암호문을 적용하는 규칙성을 벗어난 암호화 방법 동작 예 암호화키 다음 문장을 암호화

13 Section 2: 초기 암호화 방식 비게네르 암호

14 비게네르 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 암호문 생성 문자 C : 7번째 줄의 암호문을 적용해 I가 됨
문자 P : 1번째 줄의 암호문을 적용해 P가 됨 문자 R : 11번째 줄의 암호문을 적용해 B가 됨 암호문 생성

15 전치형 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 원문의 문자 위치를 바꾸어 암호문을 생성하는 방법 동작 예
다음 문장을 암호화 4×6 행렬에 가로 방향으로 문장을 나열

16 전치형 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 가로 방향으로 읽지 말고, 첫 번째 열을 시작으로 세로 방향으로 읽어 표현
암호문 생성

17 전치형 암호 Section 2: 초기 암호화 방식
암호문을 더 해독하기 어렵게 하려면 4×6 행렬에 가로 방향으로 암호문을 나열 첫 번째 열을 시작으로 세로 방향으로 읽으면 새로운 암호문이 생성 반복해서 암호화하면 다음과 같이 더 복잡한 암호문이 생성

18 폴리비우스 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 문자를 숫자로 바꾸어 표현하는 암호화 기법 폴리비우스 암호표 암호화 예
문자 f는 2행 1열에 위치하므로 21로, 문자 p는 3행 5열이므로 35로 암호화 암호화 예

19 폴리비우스 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 알파벳순에 상관없이 나열하면 해독이 어려워짐
'information and communication technology'라는 문장을 이용해 만든 표 다음 문장 암호화

20 폴리비우스 암호 Section 2: 초기 암호화 방식 폴리비우스 암호화 방법에 전치형 암호를 결합
' '에 전치형 암호를 결합하는 방법

21 Section 3: 공개키 암호화 방식 비밀키 암호 방식 같은 암호화키를 이용해서 암호화하고 복호화한다.

22 Section 3: 공개키 암호화 방식 공개키 암호 방식 공개키를 이용해서 암호화하고 비밀키를 이용해서 복호화한다.

23 DH 비밀키 교환 방식 Section 3: 공개키 암호화 방식
두 사용자들 사이에 만나는 번거로움 없이 비밀키를 교환할 수 있는 방식으로 스탠포드 대학의 Diffie와 Hellman에 의해 개발 동작 예 ① 철수는 큰 소수 p, 베이스 g, 지수 x1 세 수를 선택한다. 계산을 쉽게 하기 위해 p는 43, g는 17, x1은 4로 선택한다. ② 다음 공식에 의해 y1을 생성한다(‘a mod b’는 ‘a를 b로 나눈 나머지’를 의미한다). y1은 15가 된다. p, g, y1은 공개하는 값이고, x1은 노출하면 안 되는 개인적인 값이다. ③ 철수는 p(=43), g(=17), y1(=15)을 영희에게 보낸다.

24 트리테미우스 암호 Section 3: 공개키 암호화 방식
④ 영희는 자신만의 지수 x2를 선택하는데, x2를 6이라 하자 다음 공식에 의해 y2를 생성한다. y2는 35가 된다. ⑤ 영희는 다음 공식에 의해 비밀키 s를 생성하는데, s는 11이 된다. ⑥ 영희는 y2(=35)를 철수에게 보낸다. ⑦ 철수도 다음 공식에 의해 비밀키 s를 생성하는데, s는 11이 된다. 철수와 영희는 11이란 비밀 키를 사용해 암호문을 만들고 해독

25 RSA 암호화 방식 Section 3: 공개키 암호화 방식
‘공개키로 암호화하고, 그와 다른 비밀 키로만 열 수 있는’ 암호화 알고리즘 MIT 공대 연구팀 소속의 세 학자 Rivest, Shamir, Adleman에 의해 개발 동작 원리 두 개의 큰 소수들의 곱과 추가 연산을 통해 공개 키와 비밀 키를 구함. 이 과정을 거쳐 키들이 생성되면 처음의 두 소수는 더 이상 중요하지 않고 버려도 무방 공개키는 모두에게 공개되는 키지만, 비밀키는 자신만이 가지고 있는 키로 남에게 공개되어서는 안 됨. 이런 비밀키는 공개 키에 의해 암호화된 메시지를 복호화하는 데 사용

26 Section 3: 공개키 암호화 방식 RSA 암호화 방식

27 RSA 암호화 방식 Section 3: 공개키 암호화 방식 공개 키와 비밀키 생성 과정
① 적당히 비슷하고 큰 소수 p, q를 선택한다 계산을 쉽게 하기 위해 간단한 소수 13(=p)과 11(=q)을 선택한다. ② 다음 공식에 의해 공개키 n을 생성한다. ③ 다음 공식에 의해 φ(n)를 구한다. ④ 다음 조건을 만족하는 e를 선택한다.

28 RSA 암호화 방식 Section 3: 공개키 암호화 방식
⑤ 다음 조건을 만족하는 d를 선택한다(수식 e*d≡1 (mod φ(n))은 “e*d를 φ(n)로 나누었을 때 나머지가 1이 된다.”는 의미다). ⑥ {n, e}가 공개 키고, {n, d}가 비밀 키다. p, q, φ(n)은 공개되지 않도록 한다. {143, 23}이 공개키가 되고,  {143, 47}이 비밀키가 된다.

29 RSA 암호화 방식 Section 3: 공개키 암호화 방식 암호화와 복호화
평문 문자가 m일 때, 공개키 {n, e}를 이용해 암호 문자 c를 구하는 수식 암호 문자 c를 비밀키 {n, d}를 이용해 복호화하는 수식 철수는 문자 ‘J’를 암호화해서 영희에게 보내고, 영희는 복호화하는 과정 ① 문자 ‘J’의 아스키코드 값은 (= 10진수 74)이고, 영희의 공개 키 {n, e}는 {143, 23}이므로 철수는 암호화 수식에 대입하여 암호 문 자 94를 구함

30 RSA 암호화 방식 Section 3: 공개키 암호화 방식 암호화와 복호화 ② 철수는 영희에게 암호 문자 94를 보냄
③ 암호 문자 94를 받은 영희는 자신의 비밀키 {n, d}가 {143, 47}이 므로 복호화하는 수식에 대입하여 74를 구해 평문 문자 ‘J’를 얻게 됨 제3자가 암호 문자 94를 가로챈다고 해도 영희의 공개키인 {143, 23}만 가지고는 복호화할 수 없음

31 Thank you