[암호화] 비대칭암호화 - RSA 파일 암호화

RSA 파일 암호화

 

１     RSA 키 쌍 생성

 

２     공개 키로 파일을 암호화

가)    RSA 키의 인코딩

①     X.509를 사용하여 인코딩 사용(공개 키와 인증서를 전달할 때 사용하는 공개 형식)

②     개인 키는 PKCS#8로 인코딩

③     공개/개인 키든 getEncoded()를 호출하면 자동으로 인코딩 됨

나)    RSA 키의 디코딩

①     인코딩된 키의 스펙 객체를 생성

②     KeyFactory를 사용하여 적절한 키 타입의 인스턴스를 활성화

③     공개 키 디코딩

X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(“RSA”); PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);

 

④     개인 키의 디코딩

PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(“RSA”); PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);

 

다)    암호화된 파일 형식

①     포맷

키의 길이

암호화된 키

초기화백터(16바이트)

암호문서

 

라)    예제

private static void createKey(String password) throws Exception {              // RSA 키 쌍 생성              KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");              keyPairGenerator.initialize(1024);              KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();                           //공개키를 파일에 쓴다.              byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();              FileOutputStream fos = new FileOutputStream("c:\\publicKey");              fos.write(publicKeyBytes);              fos.close();                           // 개인 키를 암호화한 후에 파일에 쓴다.              byte[] privateKeyBytes = passwordEncrypt(password.toCharArray(), keyPair.getPrivate().getEncoded());              fos = new FileOutputStream("c:\\privateKey");              fos.write(publicKeyBytes);              fos.close();        }               private static byte[] passwordEncrypt(char[] password, byte[] plaintext) throws Exception {              // salt 생성              byte[] salt = new byte[9];              Random random = new Random();              random.nextBytes(salt);                           // PBE 키와 사이퍼 생성              PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password);              SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");              SecretKey key = keyFactory.generateSecret(keySpec);              PBEParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt, ITERATIONS);                           Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");              cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, paramSpec);                           byte[] cipherText = cipher.doFinal(plaintext);                           ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();              baos.write(salt);              baos.write(cipherText);                                        return baos.toByteArray();        }               private static void encrypt(String fileInput) throws Exception {              String publicKeyFileName = "c:\\publicKey";              // 공개 키가 저장된 파일로부터 keyByte의 바이트 배열을 생성한다.              FileInputStream fis = new FileInputStream(publicKeyFileName);              ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();                           int theByte = 0;              while((theByte = fis.read()) != -1)                     baos.writeTo(baos);              fis.close();                           byte[] keyBytes = baos.toByteArray();              baos.close();                           // 인코딩된 키를 RSA 공개 키의 인스턴스로 바꾼다.              X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);              KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");              PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);                           String fileOutput = fileInput + ENCRYPTED_FILENAME_SUFFIX;              DataOutputStream output = new DataOutputStream(new FileOutputStream(fileOutput));                           // RSA 공개 키를 이용하여 세션 키를 암호화할 사이퍼를 생성한다.              Cipher rsaCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");              rsaCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);                           // 세션 키 생성              KeyGenerator rijndaelKeyGenerator = KeyGenerator.getInstance("Rijndael");              rijndaelKeyGenerator.init(256);              Key rijndaelKey = rijndaelKeyGenerator.generateKey();                           // RSA 사이퍼를 이용하여 세션 키를 암호화 하고 파일에 저장한다.              // 키의 길이, 인코딩된 세션 키 형식이다.              byte[] encodedKeyBytes = rsaCipher.doFinal(rijndaelKey.getEncoded());              output.writeInt(encodedKeyBytes.length);              output.write(encodedKeyBytes);                           // 초기화 벡터              SecureRandom random = new SecureRandom();              byte[] iv = new byte[16];              random.nextBytes(iv);                           //IV를 파일에 쓴다              output.write(iv);                           //IV와 생성한 세션 키를 이용하여 파일의 내용을 암호화한다.              IvParameterSpec spec = new IvParameterSpec(iv);              Cipher symmetricCipher = Cipher.getInstance("Rijndael/CBC/PKCS5Padding");              symmetricCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, rijndaelKey, spec);              CipherOutputStream cos = new CipherOutputStream(output, symmetricCipher);                           FileInputStream input = new FileInputStream(fileInput);              theByte = 0;              while((theByte = input.read()) != -1)                     cos.write(theByte);                           input.close();              cos.close();              return;        }

 

３     개인 키로 복호화

가)    예제

private static byte[] passwordDecrypt(char[] password, byte[] ciphertext) throws Exception {              // salt를 읽는다. 개인키는 8byte salt를 사용했다.              byte[] salt = new byte[8];              ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(ciphertext);              bais.read(salt, 0 ,8);                           byte[] remainingCiphertext = new byte[ciphertext.length-8];              bais.read(remainingCiphertext, 0, ciphertext.length-8);                           //PBE 사이퍼를 생성하여 세션 키를 복원한다.              PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password);              SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");              SecretKey key = keyFactory.generateSecret(keySpec);              PBEParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt, ITERATIONS);              Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");                           // 키 복호화              cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, paramSpec);              return cipher.doFinal(remainingCiphertext);        }               private static void decrypt(String password, String fileInput) throws Exception {              String privateKeyFilename = "c:\\privateKey";              // 파일로부터 개인 키를 읽어들인다.              FileInputStream fis = new FileInputStream(privateKeyFilename);              ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();                           int theByte = 0;              while((theByte = fis.read()) != -1)                     baos.write(theByte);              fis.close();              byte[] keyByte = baos.toByteArray();              baos.close();                            // 암호화된 개인 키 바이트를 복원한다.              keyByte = passwordDecrypt(password.toCharArray(), keyByte);                           // RSA 개인 키를 복원한다.              PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyByte);              KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");              PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);                           // 개인 키를 이용하여 사이퍼를 생성하고 세션 키를 복호화한다              Cipher rsaCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");              DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream(fileInput));              byte[] encryptedKeyBytes = new byte[dis.readInt()];              dis.readFully(encryptedKeyBytes);                           rsaCipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);              byte[] rijndaelKeyByte = rsaCipher.doFinal(encryptedKeyBytes);                           SecretKey rijndaelKey = new SecretKeySpec(rijndaelKeyByte, "Rijndael");                           byte[] iv = new byte[16];              dis.readFully(iv);              IvParameterSpec spec = new IvParameterSpec(iv);                           Cipher cipher = Cipher.getInstance("Rijndael/CBC/PKCS5padding");              cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, rijndaelKey, spec);              CipherInputStream cis = new CipherInputStream(dis, cipher);                           FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileInput + DECRYPTED_FILENAME_SUFFIX);                           theByte = 0;              while((theByte = cis.read()) != -1)                     fos.write(theByte);                           cis.close();              fos.close();                           return;             }

 

나)    복호화 과정

 

４     세션 키 암호화를 사용해야 하는 이유

가)    해킹에 대비해, 개인 키를 저장할 때 암호화할 필요가 있다.

나)    세션 키를 사용하면 속도가 훨씬 빨라진다.

다)    RSA는 특정 메시지에 대해서 매우 취약하다.