Blowfish 대칭키 암호화 알고리즘

Blowfish는 Bruce Schneier에 의해 설계된 빠르고 강력한 대칭키 블록 암호화 알고리즘입니다. 대칭키 암호화 방식이므로 암호화와 복호화에 동일한 키를 사용합니다. 이 글에서는 Blowfish 알고리즘의 작동 원리를 간단히 설명하고, Java 및 Linux C 언어를 사용하여 Blowfish 알고리즘을 구현하는 예제를 제공합니다.

Blowfish 알고리즘 개요

Blowfish는 64비트 블록 크기를 가지며, 키 길이는 32비트에서 448비트까지 설정할 수 있습니다. Blowfish는 DES와 같은 기존 암호화 방식의 단점을 극복하기 위해 설계되었으며, 특히 성능과 보안 측면에서 많은 개선이 있었습니다.

Blowfish는 Feistel 구조를 사용하며, 데이터를 여러 라운드에 걸쳐 반복적으로 치환하고 전치하는 방식으로 암호화를 수행합니다. 총 16번의 라운드가 적용되며, 각 라운드는 키에 의해 결정된 Subkey를 사용합니다. Blowfish의 Subkey는 P 배열과 4개의 S 박스로 구성되며, 이들은 암호화 초기 단계에서 설정됩니다.

Java 언어로 Blowfish 구현

Java에서 Blowfish를 구현하기 위해, Java Cryptography Extension(JCE) 라이브러리를 활용할 수 있습니다. Java의 Cipher 클래스를 사용하여 간단하게 Blowfish 암호화를 구현할 수 있습니다.

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class BlowfishExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 키 생성
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("Blowfish");
            keyGenerator.init(128); // 키 길이를 설정 (128비트)
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();

            // 암호화할 데이터
            String plainText = "Hello, Blowfish!";

            // 암호화
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("Blowfish");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
            byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes());
            String encryptedText = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
            System.out.println("Encrypted: " + encryptedText);

            // 복호화
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
            byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedText));
            String decryptedText = new String(decryptedBytes);
            System.out.println("Decrypted: " + decryptedText);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

설명

• KeyGenerator: KeyGenerator 클래스를 사용하여 Blowfish 키를 생성합니다.
• Cipher 클래스: Cipher 클래스를 통해 암호화 및 복호화를 수행합니다. getInstance("Blowfish")로 Blowfish 알고리즘을 사용할 수 있습니다.
• Base64 인코딩: 결과를 Base64로 인코딩하여 사람이 읽을 수 있는 형식으로 출력합니다.

이 코드는 간단한 암호화 및 복호화 예제를 보여주며, Blowfish 키를 생성하고 입력 문자열을 암호화하고 복호화하는 과정을 설명합니다.

Linux C 언어로 Blowfish 구현

Linux 환경에서 Blowfish 알고리즘을 사용하려면 OpenSSL 라이브러리를 활용할 수 있습니다. OpenSSL은 Blowfish를 포함한 여러 암호화 알고리즘을 지원합니다.

아래는 Linux C 언어를 사용하여 OpenSSL 라이브러리로 Blowfish 암호화를 구현한 예제입니다.

#include <openssl/blowfish.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define KEY_LENGTH 16 // 128비트 키 길이

int main() {
    // 암호화할 데이터
    unsigned char plainText[] = "Hello, Blowfish!";
    unsigned char key[KEY_LENGTH] = "examplekey123456";
    unsigned char encrypted[1024];
    unsigned char decrypted[1024];

    // 암호화 초기화
    BF_KEY bfKey;
    BF_set_key(&bfKey, KEY_LENGTH, key);

    // 암호화
    int i;
    for (i = 0; i < strlen((char*)plainText); i += 8) {
        BF_ecb_encrypt(plainText + i, encrypted + i, &bfKey, BF_ENCRYPT);
    }
    printf("Encrypted: ");
    for (i = 0; i < strlen((char*)plainText); i++) {
        printf("%02X", encrypted[i]);
    }
    printf("\n");

    // 복호화
    for (i = 0; i < strlen((char*)plainText); i += 8) {
        BF_ecb_encrypt(encrypted + i, decrypted + i, &bfKey, BF_DECRYPT);
    }
    decrypted[strlen((char*)plainText)] = '\0';
    printf("Decrypted: %s\n", decrypted);

    return 0;
}

설명

• OpenSSL Blowfish: OpenSSL 라이브러리의 BF_KEY 구조체와 BF_set_key 함수를 사용하여 Blowfish 키를 설정합니다.
• ECB 모드 암호화: BF_ecb_encrypt 함수를 사용하여 데이터를 암호화합니다. 여기서는 ECB 모드를 사용했지만, 실제 응용에서는 보안성 강화 위해 CBC 등의 다른 모드를 사용하는 것이 좋습니다.

C 언어에서는 암호화 과정에서 직접 바이트 단위로 데이터를 처리하며, 이를 통해 암호화된 데이터를 출력합니다. OpenSSL의 BF_ecb_encrypt를 사용하여 각 8바이트 블록을 암호화하고 복호화합니다.

Blowfish의 장점과 단점

Blowfish는 높은 성능과 유연한 키 길이로 인해 많은 응용 프로그램에서 사용되었습니다. 그러나 64비트 블록 크기로 인해 데이터가 클 경우 보안에 취약해질 수 있습니다. 이는 주로 "Birthday 공격"이라 불리는 방식으로 인해 발생하며, 이러한 이유로 AES와 같은 더 큰 블록 크기를 사용하는 알고리즘으로 대체되기도 했습니다.

장점

• 빠른 속도: Blowfish는 소프트웨어 환경에서 매우 빠르게 동작합니다.
• 유연한 키 길이: 32비트에서 448비트까지 키 길이를 자유롭게 설정할 수 있습니다.

단점

• 64비트 블록 크기: 64비트 블록 크기는 많은 양의 데이터를 처리할 때 보안상 취약점이 될 수 있습니다.
• 키 설정 시간: Blowfish는 다른 알고리즘에 비해 초기 키 설정 시간이 상대적으로 길 수 있습니다.

결론

Blowfish는 강력하고 빠른 대칭키 암호화 알고리즘으로, 여전히 일부 응용 프로그램에서 널리 사용되고 있습니다. 이 글에서는 Blowfish의 기본적인 작동 원리와 Java 및 Linux C 언어를 활용한 구현 예제를 살펴보았습니다. Blowfish의 성능과 유연성 덕분에 다양한 환경에서 유용하게 사용될 수 있지만, 64비트 블록 크기의 한계로 인해 현대의 암호화 요구 사항에는 일부 제약이 있을 수 있습니다.

암호화에 관심이 있는 분들은 위의 예제를 직접 실행해 보고, 다양한 키 길이와 데이터로 실험해 보는 것을 추천드립니다. 이를 통해 대칭키 암호화의 기본 개념과 구현 방법을 깊이 있게 이해할 수 있을 것입니다.