완전 순방향 비밀성이란 무엇입니까?

암호화에서 일부 암호는 약어 PFS로 표시될 수 있습니다. 이것은 Perfect Forward Secrecy의 약자입니다. 일부 구현에서는 단순히 PFS를 FS로 지칭할 수 있습니다. 이 약어는 Forward Secrecy 또는 Forward Secure를 의미합니다. 어쨌든 그들은 모두 같은 것에 대해 이야기합니다. Perfect Forward Secrecy의 의미를 이해하려면 암호화 키 교환의 기본 사항을 이해해야 합니다.

암호화 기본 사항

안전하게 통신하기 위한 이상적인 솔루션은 대칭 암호화 알고리즘을 사용하는 것입니다. 이들은 빠르고 비대칭 알고리즘보다 훨씬 빠릅니다. 그러나 그들에게는 근본적인 문제가 있다. 메시지를 암호화하고 해독하는 데 동일한 키가 사용되기 때문에 안전하지 않은 채널을 통해 키를 보낼 수 없습니다. 따라서 먼저 채널을 확보할 수 있어야 합니다. 이것은 실제로 비대칭 암호화를 사용하여 수행됩니다.

참고: 실행 불가능할 경우 대역 외 보안 채널을 사용하는 것도 가능하지만 해당 채널을 보호하는 데 어려움이 있습니다.

안전하지 않은 채널을 보호하기 위해 Diffie-Hellman 키 교환이라는 프로세스가 수행됩니다. Diffie-Hellman 키 교환에서 한 당사자인 Alice는 자신의 공개 키를 다른 당사자인 Bob에게 보냅니다. 그런 다음 Bob은 개인 키를 Alice의 공개 키와 결합하여 비밀을 생성합니다. 그런 다음 Bob은 자신의 공개 키를 Alice에게 보내고 Alice는 자신의 개인 키와 결합하여 동일한 비밀을 생성할 수 있도록 합니다. 이 방법에서 양 당사자는 공개 정보를 전송할 수 있지만 전송하지 않고도 동일한 비밀을 생성하게 됩니다. 그런 다음 이 비밀을 빠른 대칭 암호화 알고리즘의 암호화 키로 사용할 수 있습니다.

참고: Diffie-Hellman 키 교환은 기본적으로 인증을 제공하지 않습니다. Man in the Middle 또는 MitM 위치에 있는 공격자는 Alice와 Bob 모두와 보안 연결을 협상하고 해독된 통신을 조용히 모니터링할 수 있습니다. 이 문제는 PKI 또는 공개 키 인프라를 통해 해결됩니다. 인터넷에서 이는 신뢰할 수 있는 인증 기관이 웹 사이트 인증서에 서명하는 형식을 취합니다. 이렇게 하면 사용자가 예상하는 서버에 연결하고 있는지 확인할 수 있습니다.

표준 Diffie-Hellman의 문제

인증 문제는 해결하기 쉽지만 이것이 유일한 문제는 아닙니다. 웹 사이트에는 인증 기관에서 서명한 인증서가 있습니다. 이 인증서에는 서버에 개인 키가 있는 공개 키가 포함되어 있습니다. 이 비대칭 키 세트를 사용하여 안전하게 통신할 수 있지만 개인 키가 손상되면 어떻게 됩니까?

관심이 있고 악의적인 당사자가 암호화된 데이터를 해독하려는 경우 어려움을 겪을 것입니다. 최신 암호화는 단일 암호화 키를 추측하는 데 합리적인 기회를 갖는 데 최소한 수백만 년이 걸리는 방식으로 설계되었습니다. 그러나 암호화 시스템은 키만큼만 안전합니다. 따라서 공격자가 예를 들어 서버를 해킹하여 키를 손상시킬 수 있는 경우 암호화에 사용된 모든 트래픽을 해독하는 데 사용할 수 있습니다.

이 문제에는 분명히 몇 가지 큰 요구 사항이 있습니다. 첫째, 키가 손상되어야 합니다. 공격자는 해독하려는 암호화된 트래픽도 필요합니다. 일반 공격자에게 이것은 상당히 어려운 요구 사항입니다. 그러나 공격자가 악의적인 ISP, VPN 공급자, Wi-Fi 핫스팟 소유자 또는 국가인 경우 어느 시점에서 해독할 수 있는 방대한 양의 암호화된 트래픽을 캡처할 수 있는 좋은 위치에 있습니다.

여기서 문제는 공격자가 서버의 개인 키를 사용하여 비밀을 생성하고 이를 사용하여 암호화에 사용된 모든 트래픽을 해독할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 공격자는 웹 사이트에 대한 모든 사용자의 수년간의 네트워크 트래픽을 한 번에 해독할 수 있습니다.

완전 순방향 비밀성

이에 대한 해결책은 모든 것에 동일한 암호화 키를 사용하지 않는 것입니다. 대신 임시 키를 사용하려고 합니다. 완전 순방향 보안은 서버가 각 연결에 대해 새로운 비대칭 키 쌍을 생성하도록 요구합니다. 인증서는 여전히 인증에 사용되지만 키 협상 프로세스에는 실제로 사용되지 않습니다. 개인 키는 지워지기 전에 비밀을 협상할 수 있을 만큼만 메모리에 보관됩니다. 마찬가지로 비밀은 지워지기 전에 사용 중인 동안만 유지됩니다. 특히 긴 세션에서는 재협상될 수도 있습니다.

팁: 암호 이름에서 Perfect Forward Secrecy를 특징으로 하는 암호는 일반적으로 DHE 또는 ECDHE로 레이블이 지정됩니다. DH는 Diffie-Hellman의 약자이고 끝에 있는 E는 Ephemeral을 의미합니다.

각 세션에 대해 고유한 비밀을 사용함으로써 개인 키가 손상될 위험이 크게 줄어듭니다. 공격자가 개인 키를 손상시킬 수 있는 경우 현재 및 향후 트래픽을 해독할 수 있지만 이를 사용하여 과거 트래픽을 대량으로 해독할 수는 없습니다.

이와 같이 완전한 순방향 보안은 포괄적인 네트워크 트래픽 캡처에 대한 광범위한 보호를 제공합니다. 서버가 손상된 경우 일부 데이터가 해독될 수 있지만 모든 기록 데이터가 아니라 현재 데이터만 있습니다. 또한 손상이 감지되면 공격자가 해독할 수 있는 총 수명 트래픽의 상대적으로 적은 양만 남기고 문제를 해결할 수 있습니다.

결론

Perfect Forward Secrecy는 포괄적인 과거 감시로부터 보호하는 도구입니다. 방대한 양의 암호화된 통신을 수집하고 저장할 수 있는 공격자는 개인 키에 액세스할 수 있는 경우 이를 해독할 수 있습니다. PFS는 각 세션이 고유한 임시 키를 사용하도록 합니다. 이는 공격자가 모든 과거 트래픽이 아닌 현재 트래픽을 해독할 수 있는 "오직" 능력을 제한합니다.