ECC (Elliptic Curve Cryptography) 비대칭키 암호화 알고리즘

ECC (Elliptic Curve Cryptography) 비대칭키 암호화 알고리즘

비대칭키 암호화 알고리즘 중 하나인 ECC (Elliptic Curve Cryptography)는 공개키 암호 방식으로, 데이터의 보안을 유지하면서도 기존의 RSA 등보다 더 작은 키 크기에서 높은 보안성을 제공합니다. ECC는 주로 모바일 기기나 IoT 장비처럼 자원이 제한된 환경에서 효율적인 암호화를 제공하는 것으로 잘 알려져 있습니다.

오늘은 ECC의 개념부터 ECC를 JAVA 및 Linux C 언어로 구현하는 예제를 함께 살펴보겠습니다.

ECC란 무엇인가?

ECC는 타원 곡선의 수학적 성질을 이용하여 공개키 암호화를 구현하는 알고리즘입니다. 기본적으로 타원 곡선 방정식은 다음과 같은 형태로 나타납니다:

y^2 = x^3 + ax + b

이 방정식에서 정의된 타원 곡선을 이용하여 키 쌍(공개키, 개인키)을 생성하고 암호화, 서명 등의 암호 연산을 수행합니다. 타원 곡선의 복잡한 구조는 타원 곡선 상의 특정 점을 추적하는 것을 매우 어렵게 만들어 강력한 보안성을 제공합니다.

ECC의 주요 특징

• 보안성과 효율성: ECC는 RSA에 비해 짧은 키 길이로 동일한 보안 수준을 제공합니다. 예를 들어, 256비트의 ECC 키는 3072비트 RSA 키와 유사한 보안성을 가집니다.
• 경량성: 작은 키 크기와 연산량 덕분에 ECC는 CPU와 메모리 사용량이 적습니다. 따라서 모바일, IoT 같은 자원 제한 환경에 적합합니다.

ECC를 활용한 암호화 및 서명

ECC는 주로 두 가지 주요 목적을 위해 사용됩니다:

1. 데이터 암호화: 비밀 메시지를 안전하게 전송하기 위해 ECC를 사용합니다.
2. 디지털 서명: 데이터의 무결성을 검증하고 송신자의 신원을 증명하기 위해 사용됩니다.

JAVA로 ECC 구현 예제

다음은 Java 언어를 사용하여 ECC를 구현하는 간단한 예제입니다. Java의 ECGenParameterSpec 클래스를 사용하여 ECC 키 쌍을 생성하고 데이터를 서명하는 방법을 보여줍니다.

import java.security.*;
import java.security.spec.ECGenParameterSpec;
import java.util.Base64;

public class ECCExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 키 쌍 생성
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC");
            ECGenParameterSpec ecSpec = new ECGenParameterSpec("secp256r1");
            keyPairGenerator.initialize(ecSpec);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

            PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
            PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

            System.out.println("Public Key: " + Base64.getEncoder().encodeToString(publicKey.getEncoded()));
            System.out.println("Private Key: " + Base64.getEncoder().encodeToString(privateKey.getEncoded()));

            // 데이터 서명
            Signature ecdsaSign = Signature.getInstance("SHA256withECDSA");
            ecdsaSign.initSign(privateKey);
            String message = "Hello, ECC!";
            ecdsaSign.update(message.getBytes("UTF-8"));
            byte[] signature = ecdsaSign.sign();
            System.out.println("Signature: " + Base64.getEncoder().encodeToString(signature));

            // 서명 검증
            Signature ecdsaVerify = Signature.getInstance("SHA256withECDSA");
            ecdsaVerify.initVerify(publicKey);
            ecdsaVerify.update(message.getBytes("UTF-8"));
            boolean isVerified = ecdsaVerify.verify(signature);
            System.out.println("Signature Verified: " + isVerified);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

위 코드에서는 secp256r1 타원 곡선을 사용하여 키 쌍을 생성하고, SHA256withECDSA 알고리즘을 이용해 메시지에 대한 디지털 서명을 생성하고 검증합니다.

Linux C 언어로 ECC 구현 예제

다음은 OpenSSL 라이브러리를 사용하여 ECC 키 쌍을 생성하고 서명을 수행하는 C 언어 예제입니다. 이 코드를 사용하려면 OpenSSL 라이브러리가 시스템에 설치되어 있어야 합니다.

#include <openssl/ec.h>
#include <openssl/ecdsa.h>
#include <openssl/obj_mac.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <string.h>

int main() {
    // 타원 곡선 키 생성
    EC_KEY *eckey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
    if (eckey == NULL) {
        printf("Error creating ECC key\n");
        return 1;
    }

    if (!EC_KEY_generate_key(eckey)) {
        printf("Error generating ECC key\n");
        EC_KEY_free(eckey);
        return 1;
    }

    // 공개키 출력
    PEM_write_EC_PUBKEY(stdout, eckey);

    // 서명할 메시지
    const char *message = "Hello, ECC!";
    unsigned int sig_len;
    unsigned char *signature = NULL;

    // 메시지 서명
    signature = ECDSA_do_sign((const unsigned char *)message, strlen(message), eckey);
    if (signature == NULL) {
        printf("Error signing message\n");
        EC_KEY_free(eckey);
        return 1;
    }

    // 서명 검증
    int verify_status = ECDSA_do_verify((const unsigned char *)message, strlen(message), signature, eckey);
    if (verify_status == 1) {
        printf("Signature Verified Successfully\n");
    } else {
        printf("Signature Verification Failed\n");
    }

    // 메모리 해제
    EC_KEY_free(eckey);
    return 0;
}

이 예제에서는 secp256k1 곡선을 사용하여 ECC 키 쌍을 생성하고 메시지를 서명 및 검증합니다. OpenSSL 라이브러리의 EC_KEY 구조체와 관련 함수들을 활용하여 키를 생성하고 서명을 수행합니다.

ECC의 장점과 활용 사례

장점

• 작은 키 크기: ECC는 RSA에 비해 훨씬 작은 키 크기로 동일한 보안 수준을 제공합니다. 이는 암호화된 데이터의 크기를 줄이고 연산 속도를 높이는 데 유리합니다.
• 높은 보안성: ECC는 타원 곡선의 복잡한 구조를 기반으로 하고 있어 현재까지 알려진 공격 방법들로부터 안전합니다.

활용 사례

• SSL/TLS: 많은 웹사이트에서 SSL/TLS 프로토콜을 통해 데이터 전송을 암호화하는데 ECC를 사용하고 있습니다.
• 디지털 서명: 디지털 서명 알고리즘으로서 ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)가 널리 사용되고 있습니다.
• IoT 기기: 제한된 자원을 가진 IoT 기기에서도 ECC는 높은 보안을 제공하면서도 적은 자원을 소모하기 때문에 많이 사용됩니다.

결론

ECC는 작은 키 크기에도 불구하고 높은 보안을 제공하는 암호화 기술로, 특히 자원이 제한된 환경에서 많이 사용됩니다. 오늘 소개한 Java와 Linux C 언어의 예제를 통해 ECC를 직접 구현해볼 수 있으며, 이를 통해 ECC의 강력한 보안성을 실감할 수 있을 것입니다.

앞으로도 '소프트웨어 공장'에서 유익한 암호화 기술과 소프트웨어 개발 관련 포스팅을 이어가겠습니다. 감사합니다!