[암호화]블록 암호화 Padding

Padding

데이터를 블럭으로 암호화 할때 평문이 항상 블럭 크기(일반적으로 64비트 또는 128비트)의 배수가 되지 않는다. 패딩은 어떻게 평문의 마지막 블록이 암호화 되기 전에 데이터로 채워지는가를 확실히 지정하는 방법이다. 복호화 과정에서는 패딩을 제거하고 평문의 실제 길이를 지정하게 된다.

 

■ PKCS#5
PKCS#5는 공개키 암호화의 표준이며, RSA 회사에 의해 발표되 독립적으로 규정된 표준이다.
패딩기법은 블럭의 나머지 부분을 바이트(정확히 otect) 수로 채운다. 예를 들어 128비트의 블록에서, 만약 블럭에 남는 다섯 개의 남은 평문 바이트가 있다면, 11의 값을 가진 11 바이트가 블록에 패딩된다. 블럭에 채워진 데이터는 16바이트(128비트)로 나누어지게 된다. 이 방법은 패딩이 복호화 뒤에 명백하게 제거되도록 하고, 평문의 원래 크기가 다시 저장 되도록 한다. 추가적으로 64비트의 블럭인 경우는 다섯개의 남은 평문이 있다면, 3의 값을 가진 3바이트가 블럭에 패딩된다. 블럭에 채워진 데이터는 8바이트(64비트)로 나누어지게 된다.
만약 평문이 블럭(64 또는 128비트 외 기타)으로 나누어지면, 패딩을 추가하지 않아도 되는 것 처럼 보이지만, 암호화를 수행 할때는 패딩이 항상 추가 된다.

 

 

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Mode

암호 모드는 평문의 블럭이 암호문의 블럭으로 암호화되는 방법을 결정하며, 그 역 또한 성립한다.
아래는 내용은 DES 암호 알고리즘의 이용하여 64비트(8바이트) 블럭암호를 했을 때 나타 낸것이다. 만약 128비트 암호(16바이트)를 사용 한다면 크기만 변경해 주면된다.

 

■ ECB Mode (Electronic Code Book)
가장 일반적인 형태이며 암호문 각각의 8바이트 블럭이 독립적이라는 것이다. 만약 암호문 한 블럭 에러가 발생했다면 에러가 발생한 블럭을 제외한 나머지 암호문 블럭은 복호화 할 수 있다. 아래그림에서 보면 만약 Block C2가 에러가 났더라도 Block C1과 그 외 Block Cn은 복호화 할 수 있다는 것이다. 단점은 보통 정형화 된 형식의 평문(인사말, 전송되는 데이터의 형식의 헤더 정보 등...) 또는 반복되는 평문이 있을 경우 암호문에서 반복되는 형식이 출력된다. 이것은 악의적이 누군가에 정보를 추측 할 수 있도록 하게 해준다. 

 

■ CBC Mode (Cipher Block Chaining)
평문의 첫번째 블럭(P1)이 초기화 벡터(IV: Initalization Vector)와 XOR을 수행하하고 나서 암호화를 수행하게 된다. 암호문(C1)은 평문의 다음 블럭(P2)의 XOR를 수행하게 되며 이것이 반복된다. 그리고 마지막 블럭에서는 패딩이 추가되어져서 수행된다. 복호화는 역으로 수행하면 된다. CBC 특징은 현재 생성된 암호문 블럭이 다음 생성된 암호문 브럭에 영향을 미치기 때문에 특정 암호문 블럭에 에러가 발생하면 그 다음 암호문에도 그 영향을 받게 된다. IV는 송신자가 값을 가지고 암호화를 수행하면 복호화하는 수신자도 IV값을 알고 있어야한다. 깨진 암호문의 해당블록과 다음블록의 평문까지 영향을 받는다.

문서를 전송하는데 적합하지만, 한번에 모든 블록을 전송해야 한다.(보통 8캐릭터). 전제 메시지에는 좋지만, 한번에 한 글자씩 보내는 방식에는 적합하지 않다.

 

■ PCBC Mode (Propagating Cipher Block Chaining)
PCBC는 CBC 모드와 유사하다. 아래 그림에서 보면 평문 블럭(P2)이 암호화 할 때, 이전의 평문 블럭(P1)과 암호문 블럭(C1)이 동시에 XOR 연산을 수행하고 암호화를 수행하게 된다. 그리고 마지막 블럭에서는 패딩이 추가되어져서 수행된다. 복호화는 역으로 수행하면 된다.

 

■ CFB Mode (Cipher FeedBack)
CFB는 블록암호가 스트림 암호처럼 한 바이트(8비트)를 암호화 하거나 복호화하는데 CFB8이라고 한다.

스트림 암호화처럼 동작하기 때문에 평문과 암호문의 길이가 같아져 패딩이 필요 없다.

스트림의 기본단위를 Bit단위로 설정할 수 있으며 Bit 단위에 따라 CFB8~CFB128로 쓰인다.

한번에 한 바이트 데이타를 암호화 해서 보내는 방식에 적합하다.
다음은 아래 그림처럼 작동 방법을 설명하고 있다.
Step 1. 8bytes 초기화 벡터(IV)에 값을 채우고, IV값을 암호화를 수행하여 Shift register값을 출력한다.
Step 2. 평문의 첫 8비트(Byte P1)와 shift register의 최좌단 8비트와 XOR를 수행하여 첫번째 암호문(Byte C1)을 출력한다.
Step 3. Shift register값을 왼쪽으로 8비트 이동시키고, 암호문의 8비트를 shift register에 값의 오른쪽에 채운다.
Step 4. shift register는 암호화를 수행한다.
Step 5. 평문의 다음 8비트(Byte P2)와 shift register의 최좌단 8비트를 XOR를 수행하여 다음 암호문(Byte C2)을 출력한다.
Step 6. 모든 평문의 길이만큼 Step 3~6까지 반복 수행하여 처리한다.

 

 

또 다른 그림

 

■ OFB Mode (Output FeedBack)
OFB는 암호문이 shift register값에 피드백 되지 않는 것을 제외하고는 CFB와 유사하다. shift register 출력 값 그 자체가 피드백 된다. 이것은 평문도 암호문도 암호화 되지 않는다. 단지 암호문은 shift register의 출력 값과 평문이 XOR 수행하여 출력 된다는 것이다.

스트림 암호화처럼 동작하기 때문에 평문과 암호문의 길이가 같아져 패딩이 필요 없다.

스트림의 기본단위를 Bit단위로 설정할 수 있으며 Bit 단위에 따라 CFB8~CFB128로 쓰인다.

 

또 다른 그림

 

 

■ CRT Mode (CounTeR)
블록을 암호화할 때마다 1씩 증가해 가는 카운터를 암호화 해서 키 스트림을 만든다. 즉 카운터를 암호화환 비트열과 평문블록과의 XOR을 취한 결과가 암호문 블록이 된다. CRT는 OFB와 같은 스트림 암호의 일종이며 암복호화는 완전히 같은 구조를 가지므로 구현이 간단하다. 비표와 블록번호로부터 카운터를 구할수 있기 때문에 블록의 순서를 임의로 암/복호화 할 수 있다.