암호화에서 CBC 모드란 무엇인가?
암호화 기법에서 CBC(Cipher Block Chaining) 모드는 보안성을 높이기 위해 널리 사용되는 블록 암호 운영 모드입니다. 이 모드는 이전 암호문 블록을 현재 평문 블록과 결합하여 암호화 과정을 진행하므로, 동일한 평문 블록이 동일한 암호문을 생성하지 않습니다. CBC는 주로 AES(Advanced Encryption Standard) 또는 DES(Data Encryption Standard)와 같은 블록 암호 알고리즘과 함께 사용됩니다.
CBC 모드의 작동 방식
CBC 모드는 각 평문 블록을 암호화하기 전에 이전 암호문 블록과 XOR 연산을 수행하는 방식으로 작동합니다. 첫 번째 블록은 이전 암호문이 없으므로 초기화 벡터(IV)를 사용합니다.
암호화 과정의 상세 설명
암호화 과정은 다음과 같은 단계로 이루어져 있습니다:
- 초기화 벡터(IV) 선택: 무작위로 생성된 IV가 첫 번째 평문 블록의 암호화에 사용됩니다. 이로 인해 동일한 평문이 여러 번 암호화되더라도 결과 암호문은 달라집니다.
- XOR 연산: 현재 평문 블록은 이전 암호문 블록(또는 첫 번째 블록의 경우 IV)과 XOR 연산을 수행합니다.
- 블록 암호화: XOR 연산의 결과는 AES 또는 DES와 같은 블록 암호 알고리즘을 사용하여 암호화됩니다.
- 블록별 반복: 암호화된 출력은 다음 평문 블록의 XOR 연산을 위한 암호문 블록이 됩니다.
복호화 과정의 상세 설명
복호화는 암호문 블록을 복호화하고, 복호화된 결과를 이전 암호문 블록(또는 첫 번째 블록의 경우 IV)과 XOR 연산하여 원래의 평문을 복원하는 역순으로 진행됩니다.
CBC 모드의 장점과 단점
- 장점: CBC는 평문의 구조를 명확히 드러내지 않고, IV를 통해 암호문을 무작위로 생성합니다. 따라서 동일한 평문을 여러 번 암호화하더라도 결과가 달라집니다.
- 단점: 각 암호문 블록이 이전 블록에 의존하기 때문에 암호화와 복호화는 순차적으로 수행되어야 하며, 이는 병렬 처리 효율성을 제한합니다. 또한, IV가 예측 가능하거나 노출될 경우, 공격자가 평문 정보를 추출할 수 있는 가능성이 있습니다.
CBC 패딩과 패딩 오라클 공격
CBC는 고정 크기 블록으로 작동하므로, 평문 길이가 블록 크기의 배수가 아닐 경우 패딩이 필요합니다. 일반적인 패딩 방식은 PKCS#7으로, 마지막 블록을 전체 블록 크기로 맞추기 위해 추가 바이트를 첨가합니다. 그러나 패딩을 잘못 처리할 경우 패딩 오라클 공격과 같은 취약점이 발생할 수 있습니다. 이 공격에서는 공격자가 조작된 암호문을 시스템에 전송하고, 오류 메시지를 분석하여 평문을 점진적으로 추출합니다.
실용적인 CBC 모드의 응용
CBC는 여러 보안 애플리케이션에서 널리 사용되었으나, TLS 1.2의 BEAST 및 Lucky 13과 같은 취약점으로 인해 TLS 1.3에서는 제거되었습니다. 디스크 암호화 및 데이터베이스 암호화에서도 사용되었으나, XTS 모드와 같은 최신 접근 방식을 선호하는 경우가 많습니다.
결론
CBC 모드는 반복된 암호문 패턴을 제거하여 보안을 향상시키지만, 순차 처리 제약 및 패딩 관련 취약성 같은 과제를 동반합니다. 최근의 암호화 발전으로 인해, 내장된 무결성 검증 기능과 공격 저항성을 가진 인증 암호화 모드(AES-GCM 등)가 CBC보다 선호되고 있습니다.
