데이터 암호화의 기본: 대칭키(Symmetric key)와 비대칭키(Asymmetric key) 알고리즘 이해하기

현대 사회에서 데이터들의 보안은 날이 갈수록 중요해지고 있습니다. 이런 데이터 및 개인정보를 어떻게 안전하게 보호해야할지 고민이 커져가고 있는가운데, 가장 기본적으로 사용하고 있는 대칭키와 비대칭키 암호화 방식을 알아보려고합니다. 이 두 방식은 다양한 상황과 서로 다른 목적으로 사용됩니다. 

대칭키(Symmetric Key) 암호화

 

대칭키 암호화는 데이터를 암호화하고 복호화할 때 동일한 키를 사용하는 방식입니다. 이는 일상생활에서 사용하는 자물쇠 잠금 방식과 비슷합니다. 데이터를 암호화할 때 특정 키를 사용하면, 복호화할 때도 반드시 동일한 키가 필요합니다.

장점

• 속도가 빠르다: 대칭키는 상대적으로 연산이 간단해 대용량 데이터를 빠르게 암호화하고 복호화할 수 있다.
• 키 관리가 쉽다: 하나의 키만 있으면 되므로 관리가 간단하다.

단점

• 키 전달의 어려움: 힘들게 암호화한 데이터를 키가 유출되면 바로 데이터를 확인할 수 있기 때문에 상대방에게 키를 잘 숨겨서 전달하는 것이 중요하다. 하지만 그 키를 안전하게 상대방에게 전달하는 것이 어렵습니다. 키가 노출되면 데이터가 쉽게 해독될 수 있다는 단점이 있다.

대칭키 알고리즘

• DES(Data Encryption Standard)
• AES(Advanced Encryption Standard)

사용 예시

• 파일 암호화: 중요한 파일을 안전하게 보호하기 위해 대칭키로 파일을 암호화합니다. 나중에 파일을 열 때도 동일한 키로 복호화한다.
• 네트워크 통신 (TLS/SSL): 웹 브라우저와 서버 간의 안전한 통신에서, 초기 인증 과정에서는 비대칭키가 사용되지만 실제 데이터 전송은 빠른 속도를 위해 대칭키로 암호화됩니다. 대칭키에 사용할 키를 주고받을 때는 비대칭키 방식으로 키를 주고받은 후에 실제 데이터를 위해서는 대칭키 방식을 사용한다. 

 

비대칭키(Asymmetric Key) 암호화

비대칭키 암호화는 서로 다른 두 개의 키인 공개키(public key)와 개인키(private key)를 사용하는 방식이다. 여기서 공개키는 누구나 알 수 있지만, 개인키는 소유자만이 가지고 있어야 한다.

공개키로 암호화한 데이터는 오직 개인키로만 복호화할 수 있고, 그 반대의 경우(개인키로 암호화한 후에 공개키로 복호화) 에도 사용된다. 자세한 것은 사용예시를 통해 설명하도록 하겠다.

장점

• 키 전달이 안전하다: 공개키는 누구나 사용할 수 있으므로 키를 안전하게 공유할 수 있고, 데이터는 개인키로만 복호화할 수 있기 때문에 보안이 높다.
• 신원 보증과 무결성: 개인키로 서명한 데이터는 공개키로 복호화할 수 있어, 데이터의 출처와 변조 여부를 검증할 수 있다. 즉, 개인키로 암호화한것을 공개키로 복호화하는 과정속에서 개인이 실제 암호화한것이 맞는지 확인할 수 있다. 개인키는 자신만이 소유하고있기 때문에 그 개인키로 암호화 한것이 아니면 공개키로 복호화할 수 없기 때문이다.

단점

• 속도가 느리다: 비대칭키는 연산이 복잡해 대칭키에 비해 처리 속도가 느리다 따라서 대용량 데이터에는 적합하지 않습니다.

비대칭키 알고리즘

• RSA(Rivest-Shamir-Adleman)

사용 예시

1. 데이터 암호화 (공개키로 암호화, 개인키로 복호화) 이 방식은 주로 데이터를 안전하게 전달할 때 사용된다. 여기서 중요한 점은 공개키로 암호화한 데이터는 오직 그 공개키에 대응하는 개인키로만 복호화할 수 있다는 점이다.
   • 보안 이메일 전송: 예를 들어, A가 B에게 비밀 메시지를 보낸다고 할 때, 철수는 영희의 공개키를 사용해 메시지를 암호화합니다. 그러면 그 메시지는 오직 영희의 개인키로만 복호화할 수 있다. 이렇게 하면 메시지가 전달되는 과정에서 제3자가 데이터를 가로채더라도 영희의 개인키가 없으면 내용을 확인할 수 없기 때문이다.
2. 디지털 서명 (개인키로 암호화, 공개키로 복호화) 이 방식은 주로 데이터의 신원 확인 및 무결성을 보장할 때 사용된다. 즉, 개인키로 데이터를 암호화하면, 누구나 공개키로 해당 데이터를 복호화할 수 있지만, 이 데이터가 특정 개인키로 암호화되었다는 사실이 중요합니다. 이를 통해 데이터의 출처가 확인된다.

대칭키와 비대칭키의 조합

실제 암호화 시스템에서는 두 방식을 함께 사용하는 경우가 많다. 예를 들어, 웹 브라우저와 서버 간의 안전한 통신(TLS/SSL)을 할 때, 먼저 비대칭키를 사용해 세션 키(대칭키)를 안전하게 교환하고, 이후의 데이터 전송은 속도가 빠른 대칭키로 처리한다. 이렇게 하면 보안과 성능을 모두 충족시킬 수 있기 때문이다.

마무리

대칭키와 비대칭키는 각기 다른 상황에서 사용되며, 서로의 장단점이 다르다.

대칭키는 빠르고 효율적인 데이터 암호화를 제공하지만, 키 관리가 어려운 반면, 비대칭키는 보안성이 뛰어나지만 속도가 느리다. 이러한 특성들을 이해하고 적절히 조합하는 것이 효과적이다.