암호화 공격 기법과 보안 대책 - 브루트포스 공격, 중간자 공격, 사이드채널 공격

안녕하세요, '소프트웨어 공장' 블로그에 오신 것을 환영합니다. 오늘은 암호화 알고리즘을 공격하는 대표적인 기법과 이에 대한 보안 대책에 대해 다루려고 합니다. 브루트포스 공격, 중간자 공격, 사이드채널 공격 등의 주요 공격 기법들을 이해하고, 이에 대한 대처 방법을 살펴보겠습니다. 또한, 각 공격 기법에 대한 Java와 Linux C 언어로 구현된 예제를 함께 제공하니, 암호화의 원리와 보안의 중요성을 실습을 통해 체득해 보시기 바랍니다.

1. 브루트포스 공격 (Brute Force Attack)

브루트포스 공격이란?

브루트포스 공격은 가능한 모든 키를 대입하여 암호를 해독하는 방법입니다. 이는 계산 능력과 시간이 많이 필요하지만, 언젠가는 반드시 암호를 풀 수 있다는 특징을 가지고 있습니다. 컴퓨터의 성능이 점차 향상되면서 충분히 약한 암호는 브루트포스 공격에 취약해질 수 있습니다.

보안 대책

• 키 길이 증가: 키의 길이를 길게 설정하여 가능한 키의 개수를 기하급수적으로 늘립니다.
• 키 스트레칭 (Key Stretching): 반복적인 해시 계산을 통해 키 생성 과정을 복잡하게 만듭니다.
• 로그인 시도 제한: 일정 횟수 이상 로그인 시도를 실패할 경우 일정 시간 동안 접속을 차단합니다.
• 다양한 비밀번호 조합 사용: 비밀번호에 대문자, 소문자, 숫자, 특수문자를 포함하여 복잡성을 높입니다.
• 이중 인증 (Two-Factor Authentication): 비밀번호 이외에 추가적인 인증 수단을 사용하여 보안을 강화합니다.

Java로 간단한 브루트포스 공격 구현 예제

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class BruteForceExample {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        String targetHash = "5d41402abc4b2a76b9719d911017c592"; // "hello"의 MD5 해시
        String charset = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";

        bruteForce(targetHash, charset, "");
    }

    public static void bruteForce(String targetHash, String charset, String currentGuess) throws NoSuchAlgorithmException {
        if (currentGuess.length() > 5) {
            return;
        }

        if (md5(currentGuess).equals(targetHash)) {
            System.out.println("Password found: " + currentGuess);
            return;
        }

        for (int i = 0; i < charset.length(); i++) {
            bruteForce(targetHash, charset, currentGuess + charset.charAt(i));
        }
    }

    public static String md5(String input) throws NoSuchAlgorithmException {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        byte[] hash = md.digest(input.getBytes());
        StringBuilder hexString = new StringBuilder();
        for (byte b : hash) {
            hexString.append(String.format("%02x", b));
        }
        return hexString.toString();
    }
}

Linux C로 간단한 브루트포스 공격 구현 예제

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/md5.h>

void md5(const char *str, char *output) {
    unsigned char digest[MD5_DIGEST_LENGTH];
    MD5((unsigned char*)str, strlen(str), digest);
    for (int i = 0; i < MD5_DIGEST_LENGTH; i++) {
        sprintf(&output[i*2], "%02x", (unsigned int)digest[i]);
    }
}

void bruteForce(const char *targetHash, const char *charset, char *currentGuess, int length) {
    if (length > 5) {
        return;
    }

    char hash[33] = {0};
    md5(currentGuess, hash);
    if (strcmp(hash, targetHash) == 0) {
        printf("Password found: %s\n", currentGuess);
        return;
    }

    for (int i = 0; i < strlen(charset); i++) {
        char nextGuess[6] = {0};
        snprintf(nextGuess, sizeof(nextGuess), "%s%c", currentGuess, charset[i]);
        bruteForce(targetHash, charset, nextGuess, length + 1);
    }
}

int main() {
    const char *targetHash = "5d41402abc4b2a76b9719d911017c592"; // "hello"의 MD5 해시
    const char *charset = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    char currentGuess[6] = "";

    bruteForce(targetHash, charset, currentGuess, 0);
    return 0;
}

Java로 간단한 보안 대책 구현 예제: 키 스트레칭

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;

public class KeyStretchingExample {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        String password = "securepassword";
        byte[] salt = generateSalt();
        String stretchedKey = keyStretching(password, salt, 10000);
        System.out.println("Stretched Key: " + stretchedKey);
    }

    public static String keyStretching(String password, byte[] salt, int iterations) throws NoSuchAlgorithmException {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        md.update(salt);
        byte[] hashed = md.digest(password.getBytes());

        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            md.reset();
            hashed = md.digest(hashed);
        }

        StringBuilder hexString = new StringBuilder();
        for (byte b : hashed) {
            hexString.append(String.format("%02x", b));
        }
        return hexString.toString();
    }

    public static byte[] generateSalt() {
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
        byte[] salt = new byte[16];
        sr.nextBytes(salt);
        return salt;
    }
}

Linux C로 간단한 보안 대책 구현 예제: 타이밍 공격 완화

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

int secure_compare(const char *a, const char *b) {
    int result = 0;
    size_t length = strlen(a);
    if (strlen(b) != length) {
        return 0;
    }

    for (size_t i = 0; i < length; i++) {
        result |= (a[i] ^ b[i]);
        usleep(10); // 일정한 시간 지연을 추가하여 타이밍 공격 완화
    }

    return result == 0;
}

int main() {
    const char *correctPassword = "securepassword";
    const char *userInput = "securepassword";

    if (secure_compare(correctPassword, userInput)) {
        printf("Password match!\n");
    } else {
        printf("Password does not match!\n");
    }

    return 0;
}

2. 중간자 공격 (Man-in-the-Middle Attack)

중간자 공격이란?

중간자 공격은 두 통신 당사자 사이에 공격자가 끼어들어 통신 내용을 가로채거나 조작하는 공격 방식입니다. 네트워크 보안이 취약한 상황에서 주로 발생하며, 암호화되지 않은 HTTP 연결에서 많이 발생합니다.

보안 대책

• 암호화된 통신: SSL/TLS를 사용하여 통신 내용을 암호화합니다.
• 공인 인증서 사용: 신뢰할 수 있는 인증 기관에서 발급한 인증서를 사용하여 상대방의 신원을 검증합니다.
• 공유 키 사용 금지: 공개키 기반의 암호화 방식을 사용하여 대칭 키 교환의 안전성을 높입니다.
• 네트워크 모니터링: 네트워크 트래픽을 모니터링하여 이상 징후를 감지하고 대응합니다.
• VPN 사용: 안전한 통신을 위해 VPN을 사용하여 데이터가 암호화된 터널을 통해 전송되도록 합니다.

3. 사이드채널 공격 (Side-Channel Attack)

사이드채널 공격이란?

사이드채널 공격은 암호화 알고리즘의 약점을 직접 공략하는 대신, 실행 중인 시스템의 물리적 정보(예: 전력 소비, 소요 시간, 전자기 방사 등)를 분석하여 암호 키를 알아내는 공격 기법입니다.

보안 대책

• 랜덤화: 암호화 연산에 무작위 요소를 추가하여 공격자가 일관된 정보를 얻지 못하게 합니다.
• 타이밍 공격 완화: 연산 시간을 일정하게 유지하여 타이밍 정보를 통한 분석을 어렵게 만듭니다.
• 전자기 차폐: 전자기 정보를 차단하여 물리적 정보 유출을 방지합니다.
• 파워 분석 저항 회로: 전력 소비를 일정하게 유지하거나 무작위화하여 파워 분석 공격을 어렵게 만듭니다.
• 디지털 서명 사용: 물리적 정보 유출 방지를 위해 디지털 서명을 사용하여 무결성을 보장합니다.

결론

암호화 공격 기법은 시간이 지남에 따라 점점 발전하고 있습니다. 브루트포스, 중간자, 사이드채널과 같은 대표적인 공격 기법을 이해하고, 이에 대한 적절한 보안 대책을 마련하는 것이 중요합니다. 위에서 소개한 Java와 Linux C의 간단한 예제는 이러한 공격을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 앞으로도 더 나은 보안을 위해 항상 학습하고 대비하는 것이 중요합니다.

오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 다음 포스팅에서는 더욱 흥미로운 주제를 가지고 돌아오겠습니다.