SHA-1
SHA-1
-1( Secure Hash Algorithm 1은 데이터의 무결성을 검증, 디지털 서명, 인증서, 암호화 프로토콜 등 다양한 보안 응용 분야에서 사용되는 암호학적 해시 함수입니다. 1995년 국립표준기술연구소(NIST)와 국가안국(NSA)에 의해 개발된 SHA-1은 입력된 임의 길이의 데이터를 고정된 160비트(20바이트) 길이의 해시 값(다이제스트)으로 변환하는 기능을 수행합니다. 이 문서에서는 SHA-1의 작동 원리, 역사, 보안 취약점, 그리고 현재의 사용 현황에 대해 설명합니다.
개요
SHA-1은 메시지 다이제스트 알고리즘의 일종으로, 주어진 입력 데이터에 대해 고유한 해시 값을 생성합니다. 이 해시 값은 원본 데이터의 "지문(fingerprint)"과 유사한 역할을 하며, 입력 데이터가 조금만 변경되어도 완전히 다른 해시 값이 생성됩니다. 이러한 특성 덕분에 SHA-1은 파일 무결성 검사, 비밀번호 저장, SSL/TLS 인증서 서명 등에 널리 사용되었습니다.
하지만 2005년 이후로 SHA-1은 여러 보안 공격(특히 충돌 공격)에 취약하다는 것이 입증되었고, 현재는 사용이 권장되지 않는 알고리즘으로 분류됩니다. 대신 SHA-2 또는 SHA-3와 같은 더 안전한 해시 함수가 권장되고 있습니다.
작동 원리
입력 처리
SHA-1은 임의 길이의 메시지를 입력으로 받아 처리합니다. 입력 메시지는 다음 단계를 거칩니다:
- 패딩(Padding): 메시지 길이를 512비트의 배수로 맞추기 위해 패딩을 추가합니다.
- 우선
1비트를 추가하고, 그 뒤에0비트를 연속으로 붙입니다. -
마지막 64비트에는 원본 메시지의 길이(비트 단위)를 저장합니다.
-
블록 분할: 패딩된 메시지를 512비트 단위의 블록으로 나눕니다.
해시 연산
각 512비트 블록에 대해 다음과 같은 과정을 수행합니다:
- 블록을 16개의 32비트 단어로 분할합니다.
- 이후 80단계의 라운드 연산(round function)을 수행하며, 각 단계에서 비트 연산(AND, OR, XOR, NOT), 순환 시프트 등을 사용합니다.
- 5개의 32비트 초기 해시 값(
H0~H4)을 업데이트하며 최종 다이제스트를 생성합니다.
최종적으로, 5개의 32비트 값이 결합되어 160비트의 해시 값(예: da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709)이 출력됩니다.
역사와 발전
- 1993년: 최초의 SHA 알고리즘(SHA-0) 발표, 그러나 곧 취약점 발견.
- 1995년: NSA에 의해 수정된 SHA-1 발표.
- 2005년: 중국의 왕샤오윈(Xiaoyun Wang) 연구팀이 SHA-1에 대한 충돌 공격(Collision Attack)을 성공적으로 수행함. 이는 서로 다른 두 입력이 동일한 해시 값을 가질 수 있음을 의미.
- 2017년: 구글과 CWI 암스테르담 연구진이 SHAttered 공격을 발표. 두 개의 서로 다른 PDF 파일이 동일한 SHA-1 해시를 가지도록 만듦.
- 2020년 이후: 대부분의 주요 브라우저와 CA(인증 기관)가 SHA-1 기반 인증서의 발급 및 신뢰를 중단.
보안 취약점
충돌 공격 (Collision Attack)
SHA-1의 가장 큰 문제는 두 개의 서로 다른 입력이 동일한 해시를 생성할 수 있다는 점입니다. 이는 디지털 서명의 위조, 인증서 위변조 등 심각한 보안 사고로 이어질 수 있습니다.
예를 들어, 공격자가 합법적인 문서와 악성 문서를 만들어 SHA-1 해시를 동일하게 맞추면, 서명된 합법 문서처럼 위장할 수 있습니다.
전방 공격 (Pre-image Attack)
현재로서는 SHA-1에 대한 실용적인 전방 공격(주어진 해시 값에서 원본 메시지를 복원)은 알려져 있지 않으나, 충돌 공격의 존재로 인해 전반적인 신뢰도가 크게 하락했습니다.
사용 현황과 권장 사항
| 용도 | 현재 상태 |
|---|---|
| SSL/TLS 인증서 | 비권장, 대부분의 브라우저에서 경고 또는 차단 |
| Git 저장소 | 여전히 사용 중 (단, 보안 인증에는 사용되지 않음) |
| 비밀번호 해싱 | 절대 사용 금지, 약한 알고리즘 |
| 파일 무결성 검사 | 구형 시스템에서 일부 사용, 새 시스템은 SHA-256 권장 |
⚠️ NIST, IETF, CA/Browser Forum 등 주요 기관은 SHA-1의 사용을 2010년대 중반부터 중단할 것을 권고했으며, 2020년 이후로는 모든 보안 관련 용도에서 완전히 폐기되었습니다.
관련 알고리즘
- SHA-2: SHA-256, SHA-512 등 다양한 변종 존재. 현재 산업 표준.
- SHA-3: Keccak 알고리즘 기반, 구조적으로 SHA-1/2과 다름. 더 높은 보안성 보장.
참고 자료
- NIST FIPS 180-4: Secure Hash Standard
- SHAttered: The First Practical Collision for SHA-1
- RFC 3174: US Secure Hash Algorithm 1 (SHA1)
결론
SHA-1은 과거 중요한 역할을 했던 해시 알고리즘이지만, 보안 취약성이 입증됨에 따라 현재는 사용해서는 안 되는 알고리즘입니다. 특히 보안이 중요한 시스템에서는 반드시 SHA-2(예: SHA-256) 이상의 알고리즘을 사용해야 하며, 새로운 시스템 설계 시 SHA-1은 배제되어야 합니다. 기술 발전과 함께 알고리즘의 수명 주기를 이해하고, 적절한 시기에 업그레이드하는 것이 사이버 보안의 핵심입니다.
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