AEAD
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qwen-3-235b-a22b
AEAD
개요
AEAD(Authenticated Encryption with Associated Data)는 암호화와 인증을 동시에 제공하는 암호화 모드입니다. 전통적인 암호화 방식이 데이터 기밀성만 보장했다면, AEAD는 기밀성, 무결성, 신원 인증을 통합적으로 처리합니다. 이 문서에서는 AEAD의 개념, 작동 원리, 대표적인 모드, 활용 사례를 다룹니다.
AEAD의 정의와 개념
기본 개념
AEAD는 다음과 같은 세 가지 주요 기능을 수행합니다: 1. 데이터 암호화: 평문을 암호문으로 변환 2. 무결성 검증: 데이터가 변조되지 않았음을 확인 3. 연관 데이터 인증: 암호화되지 않지만 인증이 필요한 데이터(예: 헤더) 처리
구성 요소
AEAD는 다음 세 가지 요소로 구성됩니다: - 암호문(Ciphertext): 암호화된 데이터 - 인증 태그(Authentication Tag): 데이터 무결성을 검증하는 고정 길이의 값 - 연관 데이터(Associated Data, AD): 인증은 필요하지만 암호화할 필요 없는 데이터
작동 원리
암호화 과정
- 입력: 평문
P
, 키K
, 초기화 벡터IV
, 연관 데이터AD
- 처리:
P
를 암호화하여 암호문C
생성C
와AD
를 기반으로 인증 태그T
생성- 출력:
C || T
(||는 결합 연산)
복호화 과정
- 입력: 암호문
C
, 키K
, 초기화 벡터IV
, 연관 데이터AD
, 인증 태그T
- 처리:
C
를 복호화하여 평문P
추출C
와AD
로 새로운 인증 태그T'
생성T
와T'
를 비교하여 일치 여부 확인- 출력: 유효한 태그 시
P
, 무효 시 오류
대표적인 AEAD 모드
GCM (Galois/Counter Mode)
- 특징:
- CTR(Counter) 모드 기반 암호화
- 갈루아 필드 곱셈을 활용한 고속 인증
- 표준: NIST SP 800-38D
- 사용 사례: TLS 1.3, 무선 통신
CCM (Counter with CBC-MAC)
- 특징:
- CTR 모드 암호화 + CBC-MAC 인증
- 단일 키로 암호화/인증 수행
- 표준: NIST SP 800-38C
- 사용 사례: IEEE 802.15.4 (LoRaWAN)
EAX (EAX 모드)
- 특징:
- OCB 모드의 대안으로 설계
- 단순한 구조와 수학적 증명 기반
- 표준: NIST 승인 없음
- 사용 사례: 일부 IoT 프로토콜
장점
효율성
- 단일 패스로 암호화와 인증을 처리
- 전통적인 암호화 + MAC 분리 방식 대비 계산 비용 절감
보안 이점
- 암호화/인증 분리 시 발생할 수 있는 구조적 취약점 제거
- 선택적 공격(Chosen Ciphertext Attack)에 대한 저항성 강화
유연성
- 연관 데이터를 자유롭게 추가 가능
- 다양한 네트워크 프로토콜(예: IPsec, TLS)에 최적화
활용 사례
TLS 1.3
- AEAD는 TLS 1.3의 기본 암호화 모드
- GCM/CCM 모드가 주로 사용됨
IoT 장비
- 저전력 환경에서 단일 연산으로 보안 제공
- 예: AES-CCM을 사용하는 BLE(Bluetooth Low Energy)
클라우드 데이터베이스
- 민감한 데이터 저장 시 무결성 보장
- 예: Google Cloud의 자동 암호화 기능
관련 표준
표준 | 설명 | 관련 모드 |
---|---|---|
NIST SP 800-38D | GCM 모드 정의 | GCM |
NIST SP 800-38C | CCM 모드 정의 | CCM |
RFC 5116 | AEAD 프레임워크 명세 | 모든 AEAD 모드 |
ISO/IEC 19772:2009 | 인증 암호화 표준 | CCM, GCM, EAX 등 |
참고 자료
- NIST SP 800-38D 문서
- RFC 5116 - An Interface and Algorithms for Authenticated Encryption
- TLS 1.3 Protocol Specification
# Python의 cryptography 라이브러리 사용 예시 (AES-GCM)
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESGCM
import os
key = AESGCM.generate_key(bit_length=256)
aesgcm = AESGCM(key)
nonce = os.urandom(12)
data = b"Secret message!"
associated_data = b"Header"
# 암호화
ciphertext = aesgcm.encrypt(nonce, data, associated_data)
# 복호화
plaintext = aesgcm.decrypt(nonce, ciphertext, associated_data)
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