암호학적 전환: 대칭에서 비대칭 효율성으로

Source: Dev.to

대칭 암호화: 속도의 악마

대칭 암호화는 데이터 보안의 주력 엔진입니다. 하나의 비밀 키가 평문 암호화와 암호문 복호화 모두에 사용됩니다. AES‑256(Advanced Encryption Standard)과 같은 최신 알고리즘이 업계 표준입니다.

장점

• 성능: 연산 비용이 낮으며, 비트 연산 및 치환을 하드웨어 수준에서 최소 지연으로 수행할 수 있습니다.
• 처리량: 데이터베이스, 파일 시스템, 스트리밍 미디어 등 대용량 데이터를 암호화하는 데 이상적입니다.

과제: 키 배포 문제

문제는 알고리즘이 아니라 물류에 있습니다. 두 당사자가 통신하려면 비밀 키를 모두 보유해야 합니다. 신뢰할 수 없는 네트워크에서 그 키를 안전하게 공유하는 것은 쉬운 일이 아니며, 안전한 키 교환이 없으면 데이터는 보호될 수 없습니다.

비대칭 암호화: 신뢰의 인프라

비대칭 암호화(공개키 암호)는 수학적으로 연관된 키 쌍, 즉 공개키와 개인키를 사용해 배포 문제를 해결합니다.

• 공개키는 자유롭게 배포할 수 있으며, 누구든지 이를 사용해 데이터를 암호화할 수 있습니다.
• 해당 개인키를 보유한 사람만이 데이터를 복호화할 수 있습니다.

대칭 암호화를 보완하는 방식

비밀을 사전에 공유하지 않아도 두 당사자가 안전한 채널을 구축할 수 있습니다. 클라이언트는 서버의 공개키를 요청하고, 메시지를 암호화한 뒤 전송하면 해당 서버만이 이를 읽을 수 있다는 확신을 가집니다.

단점

비대칭 알고리즘은 수학적으로 복잡하고, 소수 인수분해(RSA)나 타원곡선(ECC) 등 복잡한 수론에 의존합니다. 대용량 페이로드(예: 10 GB 파일)를 암호화하려면 대칭 암호화에 비해 수십 배에서 수백 배 정도 느려지며 CPU에 큰 부담을 줍니다.

하이브리드 솔루션: 실제 구현 (TLS)

실제 현장에서는 엔지니어가 하이브리드 암호 시스템으로 두 방식을 결합합니다. 가장 흔한 예가 HTTPS에서 사용되는 SSL/TLS 핸드셰이크입니다.

워크플로우

1. 핸드셰이크용 비대칭(키 교환):
   브라우저는 서버의 공개키를 사용해 작은 “프리‑마스터 시크릿”을 안전하게 전송합니다. 데이터 크기가 매우 작아 비대칭 암호화의 연산 비용이 무시할 수준입니다.
2. 피벗:
   양측은 공유된 비밀로부터 대칭 세션 키를 도출합니다.
3. 세션용 대칭(데이터 전송):
   이후 모든 애플리케이션 데이터(HTML, JSON, 이미지 등)는 대칭 세션 키로 암호화되어 높은 성능을 유지하면서 보안을 확보합니다.

요약

• **대칭 암호화(AES)**는 양측이 이미 비밀을 공유하고 있는 경우, 데이터‑정지(at‑rest) 혹은 대용량 데이터‑전송에 사용합니다.
• **비대칭 암호화(RSA/ECC)**는 신원 검증(디지털 서명) 및 대칭 키의 초기 안전 교환에 사용합니다.
• 하이브리드 접근이 최선의 표준입니다: 키 교환에는 비대칭 암호화를, 대량 데이터 전송에는 대칭 암호화를 활용합니다.