Twofish 대칭키 암호화 알고리즘

Twofish 대칭키 암호화 알고리즘

대칭키 암호화 알고리즘 중 하나인 Twofish는 Bruce Schneier와 그의 팀에 의해 개발된 알고리즘으로, AES(Advanced Encryption Standard) 최종 후보로 선정된 강력한 암호화 방식입니다. 오늘 포스팅에서는 Twofish의 특징과 JAVA 및 Linux C 언어로 구현한 예제를 통해 어떻게 이 알고리즘이 작동하는지 알아보겠습니다.

Twofish 암호화 알고리즘 개요

Twofish는 대칭키 블록 암호로, 블록 크기는 128비트이며, 키 길이는 128비트, 192비트, 256비트 중 선택할 수 있습니다. 이 알고리즘은 Feistel 구조를 기반으로 하며, 빠르고 효율적인 암호화와 복호화를 제공합니다. Twofish의 핵심 개념은 확장된 키 스케줄링, Pseudo-Hadamard 변환(PHT), S-박스(S-Box)를 사용한 복잡한 데이터 변환입니다.

특히 Twofish는 고성능을 자랑하며, 소형 하드웨어 장치에서의 효율성도 뛰어나기 때문에 다양한 환경에서 활용될 수 있습니다. 이 알고리즘은 AES의 경쟁 후보였으며, 강력한 보안성과 유연성 덕분에 여전히 많은 시스템에서 사용되고 있습니다.

Twofish의 주요 특징

1. 블록 크기: Twofish는 128비트의 블록 크기를 가집니다. 이는 데이터를 128비트 단위로 암호화하거나 복호화합니다.
2. 키 길이: 128비트, 192비트, 256비트의 키 길이를 지원하여 보안성을 향상시킵니다.
3. Feistel 구조: Feistel 네트워크 기반으로 설계되어 암호화와 복호화 과정이 유사하며, 이를 통해 효율적인 구현이 가능합니다.
4. S-박스: 사용자 키에 따라 동적으로 생성되는 S-박스를 사용하여 암호화 과정에서 높은 복잡도를 제공합니다.
5. Pseudo-Hadamard 변환: 데이터 블록 간에 혼합을 수행하여 데이터를 복잡하게 만듭니다.

JAVA로 구현한 Twofish 암호화 예제

JAVA에서 Twofish를 구현하기 위해서는 Bouncy Castle과 같은 외부 라이브러리를 사용할 수 있습니다. Bouncy Castle은 다양한 암호화 알고리즘을 지원하는 라이브러리로, 쉽게 Twofish 알고리즘을 사용할 수 있게 해줍니다.

먼저 Maven 프로젝트에 Bouncy Castle 라이브러리를 추가합니다:

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
    <version>1.70</version>
</dependency>

다음으로, Twofish를 사용하여 데이터를 암호화하고 복호화하는 JAVA 코드를 작성해 보겠습니다:

import org.bouncycastle.crypto.engines.TwofishEngine;
import org.bouncycastle.crypto.paddings.PaddedBufferedBlockCipher;
import org.bouncycastle.crypto.params.KeyParameter;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

public class TwofishExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String plainText = "Hello, Twofish!";
        String key = "ThisIsASecretKey";

        byte[] encrypted = encrypt(plainText, key);
        System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));

        String decrypted = decrypt(encrypted, key);
        System.out.println("Decrypted: " + decrypted);
    }

    public static byte[] encrypt(String plainText, String key) throws Exception {
        TwofishEngine engine = new TwofishEngine();
        PaddedBufferedBlockCipher cipher = new PaddedBufferedBlockCipher(engine);
        KeyParameter keyParam = new KeyParameter(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        cipher.init(true, keyParam);
        byte[] input = plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        byte[] output = new byte[cipher.getOutputSize(input.length)];
        int len = cipher.processBytes(input, 0, input.length, output, 0);
        len += cipher.doFinal(output, len);
        return output;
    }

    public static String decrypt(byte[] cipherText, String key) throws Exception {
        TwofishEngine engine = new TwofishEngine();
        PaddedBufferedBlockCipher cipher = new PaddedBufferedBlockCipher(engine);
        KeyParameter keyParam = new KeyParameter(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        cipher.init(false, keyParam);
        byte[] output = new byte[cipher.getOutputSize(cipherText.length)];
        int len = cipher.processBytes(cipherText, 0, cipherText.length, output, 0);
        len += cipher.doFinal(output, len);
        return new String(output, 0, len, StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

위 코드에서는 PaddedBufferedBlockCipher를 사용하여 데이터를 암호화하고 복호화합니다. TwofishEngine은 Twofish 알고리즘을 구현하는 엔진입니다.

Linux C 언어로 구현한 Twofish 암호화 예제

Linux 환경에서는 Twofish 알고리즘을 사용하기 위해 OpenSSL 라이브러리나 다른 암호화 라이브러리를 사용할 수 있습니다. 하지만 이 예제에서는 Twofish의 간단한 구현을 위해 libtomcrypt라는 라이브러리를 사용하겠습니다.

설치 및 설정

먼저, libtomcrypt를 설치해야 합니다. Linux 환경에서 libtomcrypt를 설치하려면 다음 명령을 사용합니다:

sudo apt-get install libtomcrypt-dev

Twofish 암호화 C 코드 예제

다음은 C 언어로 Twofish를 사용하여 데이터를 암호화하고 복호화하는 간단한 코드 예제입니다:

#include <tomcrypt.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    unsigned char key[16] = "ThisIsASecretKey";
    unsigned char plaintext[16] = "Hello, Twofish!";
    unsigned char ciphertext[16];
    unsigned char decrypted[16];

    symmetric_key skey;
    int err;

    // Twofish 키 설정
    if ((err = twofish_setup(key, 16, 0, &skey)) != CRYPT_OK) {
        printf("Error setting up key: %s\n", error_to_string(err));
        return -1;
    }

    // 암호화
    if ((err = twofish_ecb_encrypt(plaintext, ciphertext, &skey)) != CRYPT_OK) {
        printf("Error encrypting: %s\n", error_to_string(err));
        return -1;
    }

    printf("Encrypted: ");
    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        printf("%02x ", ciphertext[i]);
    }
    printf("\n");

    // 복호화
    if ((err = twofish_ecb_decrypt(ciphertext, decrypted, &skey)) != CRYPT_OK) {
        printf("Error decrypting: %s\n", error_to_string(err));
        return -1;
    }

    printf("Decrypted: %s\n", decrypted);

    return 0;
}

위 코드에서는 twofish_setup을 통해 키를 설정하고, twofish_ecb_encrypt와 twofish_ecb_decrypt 함수를 통해 데이터를 암호화하고 복호화합니다. 이 코드에서는 ECB(Electronic Codebook) 모드를 사용하고 있으며, 이 모드는 기본적으로 안전한 암호화 방식은 아니므로 실제 구현에서는 CBC(Chain Block Chaining) 모드와 같은 더 안전한 모드를 사용하는 것이 좋습니다.

마무리

이번 포스팅에서는 Twofish 암호화 알고리즘의 개요와 특징을 살펴보고, JAVA와 Linux C 언어로 구현한 예제를 통해 실제로 어떻게 Twofish를 사용할 수 있는지 알아보았습니다. Twofish는 강력한 대칭키 암호화 알고리즘으로, 성능과 보안성 모두 우수한 특징을 가지고 있어 다양한 응용 프로그램에서 사용될 수 있습니다.

Bouncy Castle과 libtomcrypt와 같은 라이브러리를 사용하면 암호화를 더욱 쉽게 구현할 수 있으며, 각 언어의 특성을 고려해 필요한 경우 적절히 사용할 수 있습니다. 앞으로도 다양한 암호화 알고리즘에 대해 다루며 여러분의 보안 지식을 더욱 넓혀 보겠습니다.