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블록 암호화란?
블록 암호화는 고정된 크기의 블록 단위로 데이터를 암호화하는 기법을 말합니다. 이러한 암호화 기법을 사용하여 데이터의 기밀성을 보장할 수 있습니다. 파이썬은 다양한 블록 암호 알고리즘을 지원하며, 가장 널리 사용되는 알고리즘 중에는 CBC, ECB, CTR 모드가 있습니다.
CBC 모드
CBC(Cipher Block Chaining) 모드는 블록 별로 XOR 연산을 통해 이전 블록의 암호문과 현재 블록의 평문을 결합하는 암호화 기법입니다. 각 블록은 이전 블록의 암호문과 XOR 연산을 수행한 후, 대칭키를 사용하여 암호화됩니다. CBC 모드는 블록들 사이의 상관관계를 없애기 위해 초기화 벡터(IV)를 사용합니다.
from Cryptodome.Cipher import AES
from Cryptodome.Util.Padding import pad, unpad
def encrypt_cbc(key, iv, plaintext):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext, AES.block_size))
return ciphertext
def decrypt_cbc(key, iv, ciphertext):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
plaintext = unpad(cipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
return plaintext
ECB 모드
ECB(Electronic Codebook) 모드는 각 블록을 독립적으로 암호화하는 가장 간단한 블록 암호화 모드입니다. 같은 평문 블록에는 항상 같은 암호문 블록이 생성되므로, ECB 모드는 암호문에서 패턴을 유추할 수 있는 취약점을 가지고 있습니다.
from Cryptodome.Cipher import AES
from Cryptodome.Util.Padding import pad, unpad
def encrypt_ecb(key, plaintext):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext, AES.block_size))
return ciphertext
def decrypt_ecb(key, ciphertext):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
plaintext = unpad(cipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
return plaintext
CTR 모드
CTR(Counter) 모드는 블록 암호화 함수를 카운터와 XOR 연산을 통해 평문을 암호화하는 기법입니다. 이전 블록과의 의존성이 없으므로 병렬 처리가 가능하며, 높은 성능을 보장합니다.
from Cryptodome.Cipher import AES
from Cryptodome.Util.Padding import pad, unpad
def encrypt_ctr(key, nonce, plaintext):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CTR, nonce=nonce)
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext, AES.block_size))
return ciphertext
def decrypt_ctr(key, nonce, ciphertext):
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CTR, nonce=nonce)
plaintext = unpad(cipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
return plaintext
비교 분석
각 모드의 장단점을 비교해보면, CBC 모드는 IV를 사용하여 블록 사이의 상관관계를 제거할 수 있고, ECB 모드는 간단하고 빠르지만 패턴을 유추할 수 있는 취약점을 가지고 있습니다. CTR 모드는 병렬 처리가 가능하며, 전체 데이터 중 일부만 암호화/복호화할 수 있는 유연성을 제공합니다.
결론
블록 암호화 기법인 CBC, ECB, CTR 모드를 파이썬을 통해 구현해보았습니다. 각 모드의 장단점을 고려하여 적절한 암호화 기법을 선택하는 것이 중요합니다. 보안과 성능 사이의 균형을 유지하며, 데이터의 기밀성을 확보하는 블록 암호화 기법을 적용해야 합니다.