🥇동급 최고: AES 암호화 표준의 역사

2020년 256월부터 3비트 키로 AES 하드웨어 암호화를 지원하는 WD My Book 외장 하드 드라이브의 공식 판매가 러시아에서 시작되었습니다. 법적 제한으로 인해 이전에는 이러한 장치를 해외 온라인 전자제품 매장이나 "회색" 시장에서만 구입할 수 있었지만 이제는 누구나 Western Digital의 독점적인 XNUMX년 보증을 통해 보호되는 드라이브를 구입할 수 있습니다. 이 중요한 행사를 기리기 위해 우리는 역사를 잠깐 살펴보고 Advanced Encryption Standard가 어떻게 등장했는지, 그리고 경쟁 솔루션에 비해 왜 그렇게 좋은지 알아보기로 결정했습니다.

오랫동안 미국의 대칭 암호화 공식 표준은 IBM이 개발한 DES(Data Encryption Standard)였으며 1977년 연방 정보 처리 표준(FIPS 46-3) 목록에 포함되었습니다. 이 알고리즘은 코드명 Lucifer라는 연구 프로젝트 중에 얻은 개발을 기반으로 합니다. 15년 1973월 XNUMX일 미국 국립표준국(National Bureau of Standards)이 정부 기관을 위한 암호화 표준을 만들기 위한 경쟁을 발표했을 때 미국 기업은 업데이트된 Feistel 네트워크를 사용하는 Lucifer의 세 번째 버전으로 암호화 경쟁에 뛰어들었습니다. 그리고 다른 경쟁자들과 마찬가지로 실패했습니다. 첫 번째 경쟁에 제출된 알고리즘 중 단 하나도 NBS 전문가가 공식화한 엄격한 요구 사항을 충족하지 못했습니다.

물론 IBM은 단순히 패배를 받아들일 수 없었습니다. 27년 1974월 17일 경쟁이 다시 시작되었을 때 미국 기업은 향상된 버전의 Lucifer를 제시하는 신청서를 다시 제출했습니다. 이번에는 배심원단이 단 한 건의 불만도 제기하지 않았습니다. IBM은 오류에 대한 유능한 작업을 수행한 후 모든 단점을 성공적으로 제거했으므로 불평할 것이 없었습니다. 압도적인 승리를 거둔 루시퍼는 이름을 DES로 바꾸고 1975년 XNUMX월 XNUMX일 연방 관보에 게재되었습니다.

그러나 새로운 암호화 표준을 논의하기 위해 1976년에 개최된 공개 심포지엄에서 DES는 전문가 커뮤니티로부터 심한 비판을 받았습니다. 그 이유는 NSA 전문가가 알고리즘을 변경했기 때문입니다. 특히 키 길이가 56비트로 줄어들었고(처음에는 Lucifer가 64비트 및 128비트 키 작업을 지원함) 순열 블록의 논리가 변경되었습니다. . 암호학자들의 말에 따르면 '개선'은 의미가 없었고, 국가안전보위부가 수정을 통해 추구한 것은 암호화된 문서를 자유롭게 열람할 수 있게 하는 것뿐이었다.

이러한 비난과 관련하여 미국 상원 산하에 특별위원회가 창설되었으며, 그 목적은 NSA 조치의 타당성을 확인하는 것이었습니다. 1978년 조사 결과 다음과 같은 보고서가 발표되었습니다.

NSA 대표자들은 DES 완성에 간접적으로만 참여했으며 그들의 기여는 순열 블록 작동의 변경에만 관련되었습니다.
DES의 최종 버전은 원본보다 해킹 및 암호화 분석에 더 강한 것으로 판명되었으므로 변경 사항이 정당했습니다.
56비트의 키 길이는 대부분의 애플리케이션에 충분합니다. 왜냐하면 이러한 암호를 해독하려면 최소한 수천만 달러의 비용이 드는 슈퍼컴퓨터가 필요하고 일반 공격자 및 심지어 전문 해커에게도 그러한 리소스가 없기 때문입니다. 걱정할 것이 없습니다.

위원회의 결론은 1990년 이스라엘 암호학자 Eli Biham과 Adi Shamir가 차등 암호 분석 개념을 연구하면서 DES를 포함한 블록 알고리즘에 대한 대규모 연구를 수행하면서 부분적으로 확인되었습니다. 과학자들은 새로운 순열 모델이 원래 모델보다 공격에 훨씬 더 강하다는 결론을 내렸습니다. 이는 NSA가 실제로 알고리즘의 여러 구멍을 막는 데 도움이 되었음을 의미합니다.

아디 샤미르

동시에 키 길이에 대한 제한이 문제로 드러났는데, 이는 매우 심각한 문제로, 1998년 공공 기관인 Electronic Frontier Foundation(EFF)이 DES Challenge II 실험의 일환으로 설득력 있게 입증했습니다. RSA 연구소의 후원으로 진행되었습니다. 슈퍼컴퓨터는 EFF의 공동 창립자이자 DES Challenge 프로젝트의 이사인 John Gilmore와 Cryptography Research의 창립자인 Paul Kocher가 만든 코드명 EFF DES Cracker인 DES 크래킹을 위해 특별히 제작되었습니다.

프로세서 EFF DES 크래커

그들이 개발한 시스템은 무차별 대입을 통해 단 56시간, 즉 224일 이내에 암호화된 샘플의 키를 성공적으로 찾을 수 있었습니다. 이를 위해 DES Cracker는 가능한 모든 조합의 약 10분의 250을 확인해야 했습니다. 즉, 가장 불리한 상황에서도 해킹에는 약 XNUMX시간, 즉 XNUMX일이 채 걸리지 않습니다. 동시에 설계에 소요된 자금을 고려하면 슈퍼컴퓨터 비용은 XNUMX만 달러에 불과했습니다. 오늘날 그러한 코드를 해독하는 것이 훨씬 더 쉽고 저렴하다는 것을 추측하는 것은 어렵지 않습니다. 하드웨어가 훨씬 더 강력해졌을 뿐만 아니라 인터넷 기술의 발전 덕분에 해커는 코드를 구입하거나 임대할 필요가 없습니다. 필요한 장비 - 바이러스에 감염된 PC의 봇넷을 만드는 것만으로도 충분합니다.

이 실험은 DES가 얼마나 쓸모없는지 명확하게 보여주었습니다. 그리고 그 당시 알고리즘은 데이터 암호화 분야 솔루션의 거의 50%에 사용되었으므로(동일한 EFF 추정에 따르면) 대안을 찾는 문제가 그 어느 때보다 시급해졌습니다.

새로운 도전 - 새로운 경쟁

공평하게 말하면 데이터 암호화 표준에 대한 대체품에 대한 검색은 EFF DES 크래커 준비와 거의 동시에 시작되었다고 해야 합니다. 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST)는 암호화 알고리즘 대회의 시작을 발표했습니다. 1997년에 암호화 보안에 대한 새로운 "최적 표준"을 식별하기 위해 설계되었습니다. 그리고 옛날에 비슷한 행사가 "우리 국민을 위해"만 열렸다면 30년 전의 실패한 경험을 염두에 두고 NIST는 대회를 완전히 공개하기로 결정했습니다. 모든 회사와 개인이 참가할 수 있습니다. 위치나 시민권에 관계없이 말이죠.

이러한 접근 방식은 지원자를 선정하는 단계에서도 정당화되었습니다. Advanced Encryption Standard 대회 참가를 지원한 작성자 중에는 세계적으로 유명한 암호학자(Ross Anderson, Eli Biham, Lars Knudsen)와 사이버 보안을 전문으로 하는 소규모 IT 회사(Counterpane)가 있었습니다. , 대기업(독일 Deutsche Telekom), 교육 기관(벨기에 KU Leuven), 그리고 자국 밖에서는 거의 들어본 적이 없는 스타트업 및 소규모 기업(예: 코스타리카의 Tecnologia Apropriada Internacional) 등이 있습니다.

흥미롭게도 이번에 NIST는 참여 알고리즘에 대한 두 가지 기본 요구 사항만 승인했습니다.

데이터 블록은 128비트의 고정 크기를 가져야 합니다.
알고리즘은 128, 192, 256비트의 세 가지 이상의 키 크기를 지원해야 합니다.

그러한 결과를 얻는 것은 상대적으로 간단했지만, 그들이 말했듯이 악마는 세부 사항에 있습니다. 더 많은 부차적 요구 사항이 있었고 이를 충족하는 것이 훨씬 더 어려웠습니다. 한편 NIST 검토자들은 이를 바탕으로 참가자를 선정했습니다. 승리 지원자가 충족해야 하는 기준은 다음과 같습니다.

제XNUMX자 채널을 통한 공격을 포함하여 대회 당시 알려진 모든 암호해독 공격을 견딜 수 있는 능력
약하고 동등한 암호화 키가 없음(동등이란 서로 상당한 차이가 있지만 동일한 암호로 이어지는 키를 의미함)
암호화 속도는 안정적이며 현재 모든 플랫폼(8비트에서 64비트까지)에서 거의 동일합니다.
다중 프로세서 시스템 최적화, 작업 병렬화 지원;
RAM 용량에 대한 최소 요구 사항
표준 시나리오(해시 함수, PRNG 등을 구성하기 위한 기초)에서 사용에 대한 제한이 없습니다.
알고리즘의 구조는 합리적이고 이해하기 쉬워야 합니다.

마지막 요점은 이상하게 보일 수 있지만 생각해 보면 이해가 됩니다. 왜냐하면 잘 구조화된 알고리즘은 분석하기가 훨씬 쉽고 "북마크"를 숨기는 것이 훨씬 더 어렵기 때문입니다. 개발자는 암호화된 데이터에 무제한으로 액세스할 수 있습니다.

고급 암호화 표준 대회 신청 접수는 15년 반 동안 지속되었습니다. 총 XNUMX개의 알고리즘이 참여했습니다.

Carlisle Adams와 Stafford Tavares가 만든 CAST-256을 기반으로 캐나다 회사 Entrust Technologies가 개발한 CAST-128;
한국 사이버 보안 회사인 Future Systems의 암호학자 임채훈이 만든 Crypton;
덴마크 수학자 Lars Knudsen이 처음 제안한 개념인 DEAL은 나중에 대회 참가를 신청한 Richard Outerbridge가 그의 아이디어를 개발했습니다.
파리 교육 학교, 프랑스 국립 과학 연구 센터(CNRS) 및 통신 회사인 France Telecom의 공동 프로젝트인 DFC;
일본 최대 통신회사인 Nippon Telegraph and Telephone의 후원으로 개발된 E2;
코스타리카 회사 Tecnologia Apropriada Internacional의 아이디어인 FROG;
애리조나 대학교의 미국 암호학자이자 수학자 Richard Schreppel이 발명한 HPC;
호주 암호학자 Lawrence Brown과 Jennifer Seberry가 만든 LOKI97;
독일 통신 회사인 Deutsche Telekom AG를 위해 Michael Jacobson과 Klaus Huber가 개발한 Magenta;
IBM의 MARS는 Lucifer의 저자 중 한 명인 Don Coppersmith가 참여했습니다.
Ron Rivest, Matt Robshaw 및 Ray Sydney가 AES 대회를 위해 특별히 작성한 RC6;
루벤 가톨릭 대학교의 Vincent Raymen과 Johan Damen이 만든 Rijndael;
캘리포니아 기업인 Cylink가 아르메니아 공화국 국립과학원과 함께 개발한 SAFER+;
Ross Anderson, Eli Beaham 및 Lars Knudsen이 만든 Serpent;
Twofish는 1993년 Bruce가 제안한 Blowfish 암호화 알고리즘을 기반으로 Bruce Schneier 연구 그룹이 개발했습니다.

5차 라운드 결과를 토대로 Serpent, Twofish, MARS, RC6, Rijndael 등 XNUMX개의 최종 후보가 선정되었습니다. 심사위원단은 나열된 알고리즘 중 하나를 제외하고 거의 모든 알고리즘에서 결함을 발견했습니다. 승자는 누구였나요? 음모를 조금 확장하고 먼저 나열된 각 솔루션의 주요 장점과 단점을 고려해 보겠습니다.

MARS

'전쟁의 신'의 경우 전문가들은 데이터 암호화 및 복호화 절차의 정체를 지적했지만 이점이 한계가 있었다. IBM의 알고리즘은 놀라울 정도로 전력을 많이 소모하므로 리소스가 제한된 환경에서 작업하는 데 적합하지 않습니다. 계산 병렬화에도 문제가 있었습니다. MARS가 효과적으로 작동하려면 32비트 곱셈 및 가변 비트 회전에 대한 하드웨어 지원이 필요했으며 이로 인해 지원되는 플랫폼 목록에 다시 제한이 발생했습니다.

MARS는 또한 타이밍 및 전력 공격에 상당히 취약한 것으로 밝혀졌고, 즉각적인 키 확장에 문제가 있었으며, 과도한 복잡성으로 인해 아키텍처 분석이 어려웠고 실제 구현 단계에서 추가적인 문제가 발생했습니다. 간단히 말해서, 다른 결선 진출자들에 비해 MARS는 진정한 아웃사이더처럼 보였습니다.

RC6

이 알고리즘은 이전에 철저하게 연구된 이전 RC5의 일부 변형을 물려받았으며, 단순하고 시각적인 구조와 결합되어 전문가에게 완전히 투명해졌으며 '북마크'의 존재를 제거했습니다. 또한 RC6는 32비트 플랫폼에서 기록적인 데이터 처리 속도를 보여줬으며 암호화 및 복호화 절차가 완전히 동일하게 구현되었습니다.

그러나 이 알고리즘에는 위에서 언급한 MARS와 동일한 문제가 있었습니다. 사이드 채널 공격에 대한 취약성, 32비트 작업 지원에 대한 성능 의존성, 병렬 컴퓨팅, 키 확장 및 하드웨어 리소스 요구에 대한 문제가 있었습니다. . 이런 점에서 그는 승자의 역할에 전혀 적합하지 않았습니다.

투 피쉬

Twofish는 매우 빠르고 저전력 장치 작업에 최적화되어 있으며 키 확장을 훌륭하게 수행했으며 여러 구현 옵션을 제공하여 특정 작업에 미묘하게 적응할 수 있었습니다. 동시에 "두 마리의 물고기"는 측면 채널을 통한 공격(특히 시간 및 전력 소비 측면에서)에 취약한 것으로 밝혀졌으며 다중 프로세서 시스템에 특히 친숙하지 않았으며 지나치게 복잡했습니다. , 키 확장 속도에도 영향을 미쳤습니다.

뱀

알고리즘은 간단하고 이해하기 쉬운 구조를 가지고 있어 감사를 크게 단순화했으며 하드웨어 플랫폼의 성능을 특별히 요구하지 않았고 즉시 키 확장을 지원했으며 상대적으로 수정이 쉬웠기 때문에 다른 알고리즘보다 눈에 띄게 되었습니다. 상대방. 그럼에도 불구하고 Serpent는 원칙적으로 최종 후보 중 가장 느렸으며 정보를 암호화하고 해독하는 절차도 근본적으로 달랐으며 구현에 근본적으로 다른 접근 방식이 필요했습니다.

레인달

Rijndael은 이상에 매우 가까운 것으로 나타났습니다. 알고리즘은 NIST 요구 사항을 완전히 충족하면서도 열등하지 않았으며 전체 특성 측면에서 경쟁사보다 눈에 띄게 우수했습니다. Reindal에는 두 가지 약점만 있었습니다. 매우 구체적인 시나리오인 키 확장 절차에 대한 에너지 소비 공격에 대한 취약성과 즉석 키 확장에 대한 특정 문제(이 메커니즘은 Serpent와 Twofish라는 두 경쟁사에 대해서만 제한 없이 작동했습니다) . 또한 전문가에 따르면 Reindal은 Serpent, Twofish 및 MARS보다 암호화 강도 마진이 약간 낮았지만 대부분의 부채널 공격 유형과 광범위한 공격에 대한 저항으로 상쇄되었습니다. 구현 옵션.

범주

뱀

투 피쉬

MARS

RC6

레인달

암호화 강도

암호화 강도 예비

소프트웨어로 구현 시 암호화 속도

소프트웨어로 구현 시 키 확장 속도

대용량 스마트 카드

리소스가 제한된 스마트 카드

하드웨어 구현(FPGA)

하드웨어 구현(특수 칩)

실행 시간 및 전원 공격으로부터 보호

키 확장 절차에 대한 전력 소모 공격으로부터 보호

스마트 카드 구현에 대한 전력 소비 공격으로부터 보호

즉석에서 키를 확장하는 기능

구현 옵션의 가용성(호환성 손실 없음)

병렬 컴퓨팅 기능

전체 특성 측면에서 Reindal은 경쟁자보다 머리와 어깨가 높았기 때문에 최종 투표 결과는 매우 논리적인 것으로 나타났습니다. 알고리즘은 압도적인 승리를 거두었고 찬성 86표, 반대 10표를 받았습니다. Serpent는 59표로 31위를 차지했고, Twofish는 6위를 차지했습니다. 23명의 심사위원이 이를 지지했습니다. 뒤를 이어 RC13가 83표를 얻었고, MARS는 찬성 XNUMX표, 반대 XNUMX표로 자연스럽게 꼴찌가 됐다.

2년 2000월 26일 Rijndael은 AES 대회의 우승자로 선언되었으며, 전통적으로 이름을 현재 알려진 고급 암호화 표준(Advanced Encryption Standard)으로 변경했습니다. 표준화 절차는 약 2001년 동안 지속되었으며, 197년 2003월 256일 AES는 FIPS XNUMX 지수를 받아 연방 정보 처리 표준 목록에 포함되었습니다. 새로운 알고리즘은 NSA에서도 높은 평가를 받았으며 XNUMX년 XNUMX월부터 미국에서는 국가안보국(NSA)은 XNUMX비트 키 암호화를 갖춘 AES가 일급 비밀 문서의 보안을 보장할 만큼 강력하다는 사실도 인정했습니다.

WD My Book 외장 드라이브는 AES-256 하드웨어 암호화를 지원합니다.

높은 신뢰성과 성능의 조합 덕분에 Advanced Encryption Standard는 전 세계적으로 빠르게 인정을 받아 세계에서 가장 인기 있는 대칭 암호화 알고리즘 중 하나가 되었으며 많은 암호화 라이브러리(OpenSSL, GnuTLS, Linux의 Crypto API 등)에 포함되었습니다. AES는 이제 기업 및 소비자 애플리케이션에서 널리 사용되고 있으며 다양한 장치에서 지원됩니다. 특히 AES-256 하드웨어 암호화는 Western Digital의 My Book 외장 드라이브 제품군에 사용되어 저장된 데이터를 보호합니다. 이러한 장치를 자세히 살펴보겠습니다.

WD My Book 데스크탑 하드 드라이브 제품군에는 4, 6, 8, 10, 12, 14테라바이트 등 다양한 용량의 7가지 모델이 포함되어 있어 필요에 가장 적합한 장치를 선택할 수 있습니다. 기본적으로 외장 HDD는 exFAT 파일 시스템을 사용하므로 Microsoft Windows 8, 8.1, 10, 10.13은 물론 Apple macOS 버전 XNUMX(High Sierra) 이상을 포함한 다양한 운영 체제와의 호환성을 보장합니다. Linux OS 사용자는 exfat-nofuse 드라이버를 사용하여 하드 드라이브를 마운트할 수 있습니다.

My Book은 USB 3.0과 역호환되는 고속 USB 2.0 인터페이스를 사용하여 컴퓨터에 연결됩니다. 한편으로는 USB SuperSpeed 대역폭이 5Gbps(즉, 640MB/s)로 충분하기 때문에 가능한 최고 속도로 파일을 전송할 수 있습니다. 동시에, 이전 버전과의 호환성 기능은 지난 10년 동안 출시된 거의 모든 장치에 대한 지원을 보장합니다.

주변 장치를 자동으로 감지하고 구성하는 플러그 앤 플레이 기술 덕분에 My Book에는 추가 소프트웨어 설치가 필요하지 않지만 각 장치와 함께 제공되는 독점 WD Discovery 소프트웨어 패키지를 사용하는 것이 좋습니다.

세트에는 다음 응용 프로그램이 포함됩니다.

WD 드라이브 유틸리티

이 프로그램을 사용하면 SMART 데이터를 기반으로 드라이브의 현재 상태에 대한 최신 정보를 얻고 하드 드라이브에 불량 섹터가 있는지 확인할 수 있습니다. 또한 Drive Utilities를 사용하면 My Book에 저장된 모든 데이터를 신속하게 삭제할 수 있습니다. 이 경우 파일이 지워질 뿐만 아니라 여러 번 완전히 덮어쓰게 되어 더 이상 불가능합니다. 절차가 완료된 후 복원합니다.

WD 백업

이 유틸리티를 사용하면 지정된 일정에 따라 백업을 구성할 수 있습니다. WD Backup은 Google Drive 및 Dropbox와의 작업을 지원하는 동시에 백업을 생성할 때 가능한 소스-대상 조합을 선택할 수 있다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 따라서 My Book에서 클라우드로 데이터 자동 전송을 설정하거나 나열된 서비스에서 필요한 파일과 폴더를 외장 하드 드라이브와 로컬 시스템 모두로 가져올 수 있습니다. 또한 Facebook 계정과 동기화하여 프로필에서 사진과 비디오의 백업 복사본을 자동으로 생성할 수 있습니다.

WD 시큐리티

이 유틸리티를 사용하면 비밀번호로 드라이브에 대한 액세스를 제한하고 데이터 암호화를 관리할 수 있습니다. 여기에 필요한 것은 비밀번호를 지정하는 것뿐입니다(최대 길이는 25자까지 가능). 그러면 디스크의 모든 정보가 암호화되며 비밀번호 문구를 아는 사람만 저장된 파일에 액세스할 수 있습니다. 편의성을 높이기 위해 WD Security를 사용하면 연결 시 자동으로 My Book의 잠금을 해제하는 신뢰할 수 있는 장치 목록을 생성할 수 있습니다.

WD Security는 암호화 보호 관리를 위한 편리한 시각적 인터페이스만 제공하는 반면, 데이터 암호화는 하드웨어 수준에서 외장 드라이브 자체에 의해 수행된다는 점을 강조합니다. 이 접근 방식은 다음과 같은 여러 가지 중요한 이점을 제공합니다.

PRNG가 아닌 하드웨어 난수 생성기는 높은 수준의 엔트로피를 달성하고 암호화 강도를 높이는 데 도움이 되는 암호화 키를 생성하는 역할을 합니다.
암호화 및 암호 해독 절차 중에 암호화 키는 컴퓨터의 RAM에 다운로드되지 않으며 처리된 파일의 임시 복사본이 시스템 드라이브의 숨겨진 폴더에 생성되지 않으므로 가로채기 가능성이 최소화됩니다.
파일 처리 속도는 클라이언트 장치의 성능에 전혀 영향을 받지 않습니다.
보호를 활성화하면 사용자 측의 추가 작업 없이 파일 암호화가 "즉시" 자동으로 수행됩니다.

위의 모든 사항은 데이터 보안을 보장하며 기밀 정보 도난 가능성을 거의 완전히 제거할 수 있습니다. 드라이브의 추가 기능을 고려하면 My Book은 러시아 시장에서 사용할 수 있는 최고의 보호 저장 장치 중 하나가 됩니다.

출처 : habr.com

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WD My Book 외장 드라이브는 AES-256 하드웨어 암호화를 지원합니다.

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