PEP 272 – 블록 암호화 알고리즘을 위한 API v1.0
- Author:
- A.M. Kuchling <amk at amk.ca>
- Status:
- Final
- Type:
- Informational
- Created:
- 18-Sep-2001
- Post-History:
- 17-Apr-2002, 29-May-2002
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초록
이 문서는 DES나 Rijndael 같은 비밀 키 블록 암호화 알고리즘을 위한 표준 API를 규정합니다. 이를 통해 여러 알고리즘과 구현 사이를 더 쉽게 전환할 수 있습니다.
소개
암호화 알고리즘은 입력 데이터(평문이라고 합니다)를 가변 키에 따라 달라지는 방식으로 변환하여 암호문을 만들어 냅니다. 이 변환은 키를 알 때, 그리고 오직 그때에만 쉽게 되돌릴 수 있습니다. 키는 가능한 키로 이루어진 매우 큰 공간에서 선택한 비트의 나열입니다. 암호화 알고리즘은 블록 암호와 스트림 암호의 두 부류로 나뉩니다.
블록 암호는 고정된 크기(흔히 8바이트 또는 16바이트)의 다중 바이트 입력을 암호화합니다. 또한 다양한 피드백 모드로 운용할 수 있습니다. 이 명세에서 지원하는 피드백 모드는 다음과 같습니다:
| 번호 | 상수 | 설명 |
|---|---|---|
| 1 | MODE_ECB | 전자 코드북(Electronic Code Book) |
| 2 | MODE_CBC | 암호 블록 연결(Cipher Block Chaining) |
| 3 | MODE_CFB | 암호 피드백(Cipher Feedback) |
| 5 | MODE_OFB | 출력 피드백(Output Feedback) |
| 6 | MODE_CTR | 카운터(Counter) |
이 모드들은 NIST 간행물 SP 800-38A [1]에 설명된 대로 구현해야 합니다. 처음 세 가지 피드백 모드에 대한 설명은 Bruce Schneier의 저서 Applied Cryptography [2]에서도 찾을 수 있습니다.
(숫자 값 4는 MODE_PGP를 위해 예약되어 있습니다. MODE_PGP는 RFC 2440: “OpenPGP Message Format”에 설명된 CFB의 변형입니다. 이 모드는 모든 블록 암호에 필수로 요구할 만큼 중요하다고 여겨지지는 않습니다. 다만 이 모드를 지원한다면 좋은 추가 기능이 됩니다.)
엄밀한 형식적 의미에서 스트림 암호는 데이터를 비트 단위로 암호화합니다. 실제로는 스트림 암호가 문자 단위로 동작합니다. 이 PEP는 블록 암호를 위한 인터페이스를 명세하는 것만을 목표로 합니다. 다만 스트림 암호도 ‘block_size’를 1로 고정하면 여기에서 설명하는 인터페이스를 지원할 수 있습니다. 또한 스트림 암호에는 피드백 모드가 의미가 없으므로, 유일하게 합리적인 피드백 모드는 ECB 모드일 것입니다.
명세
암호화 모듈은 이 PEP에서 설명하는 것 외에 함수, 메서드, 속성을 추가할 수 있습니다. 그러나 모듈이 이 PEP를 준수한다고 주장하려면 이 PEP에서 설명하는 모든 기능을 갖추어야 합니다.
비밀 키 암호화 모듈은 함수 하나를 정의해야 합니다:
new(key, mode, [IV], **kwargs)
문자열 ‘key’에 담긴 비밀 키와 피드백 모드 ‘mode’를 사용하는 암호화 객체를 반환합니다. ‘mode’는 위 표에 있는 상수 중 하나여야 합니다.
‘mode’가 MODE_CBC 또는 MODE_CFB이면 ‘IV’를 반드시 제공해야 하며, ‘IV’는 블록 크기와 같은 길이의 문자열이어야 합니다. ‘IV’ 값을 제공하지 않으면 ValueError 예외가 발생합니다.
알고리즘에 따라 모듈은 이 함수에 추가 키워드 인자를 지원할 수 있습니다. 일부 키워드 인자는 이 PEP에서 명세하며, 모듈은 키워드 인자를 자유롭게 추가할 수 있습니다. 어떤 키워드에 값이 제공되지 않으면 안전한 기본값을 사용해야 합니다. 예를 들어 어떤 알고리즘에서 라운드 수를 1부터 16 사이에서 선택할 수 있고, 1라운드 암호화는 안전하지 않으며 8라운드 암호화는 안전하다고 여겨진다면, ‘rounds’의 기본값은 8 이상이어야 합니다. (모듈 구현자는 이 예의 16처럼 매우 느리지만 안전한 값을 선택할 수도 있습니다. 이 결정은 구현자에게 맡깁니다.)
다음 표는 이 PEP에서 정의하는 키워드 인자를 나열합니다:
| 키워드 | 의미 |
|---|---|
| counter | 카운터 블록을 반환하는 호출 가능 객체 (아래 참조, CTR 모드 전용) |
| rounds | 사용할 암호화 라운드 수 |
| segment_size | 비트 단위로 측정한 데이터 및 암호문 세그먼트의 크기 (아래 참조, CFB 모드 전용) |
카운터 피드백 모드에는 출력을 생성하는 데 사용하는 입력 블록의 시퀀스가 필요하며, 이 입력 블록을 카운터라고 부릅니다. ‘mode’가 MODE_CTR이면 ‘counter’ 키워드 인자를 반드시 제공해야 하며, 그 값은 함수나 메서드 같은 호출 가능 객체여야 합니다. 이 호출 가능 객체를 연속으로 호출하면 길이가 ‘block_size’이고 절대 반복되지 않는 문자열의 시퀀스를 반환해야 합니다. (NIST 간행물의 부록 B에서 이러한 시퀀스를 생성하는 방법을 제시하지만, 이는 이 PEP의 범위를 벗어납니다.)
CFB 모드는 길이가 ‘segment_size’ 비트인 평문과 암호문의 세그먼트 단위로 동작합니다. 따라서 이 모드를 사용할 때 입력 문자열과 출력 문자열의 길이는 ‘segment_size’ 비트의 배수여야 합니다. ‘segment_size’는 1 이상 block_size*8 이하의 정수여야 합니다. (8이라는 계수는 ‘block_size’가 비트가 아니라 바이트 단위로 측정되기 때문에 붙습니다.) 이 매개변수의 기본값은 block_size*8이어야 합니다. 구현자는 단순화를 위해 ‘segment_size’를 8의 배수로 제한할 수 있지만, 일반성을 위해 임의의 값을 지원하기를 권장합니다.
비밀 키 암호화 모듈은 변수 두 개를 정의해야 합니다:
- block_size
정수 값으로, 이 모듈이 암호화하는 블록의 크기를 바이트 단위로 나타냅니다. 모든 피드백 모드에서 encrypt()와 decrypt()에 전달되는 문자열의 길이는 블록 크기의 배수여야 합니다.
- key_size
정수 값으로, 이 모듈이 요구하는 키의 크기를 바이트 단위로 나타냅니다. key_size가 None이면 해당 알고리즘은 가변 길이 키를 받아들입니다. 이는 모듈이 임의 길이의 키를 받아들인다는 뜻일 수도 있고, 가능한 길이가 몇 가지(예: 16, 24, 32바이트) 있다는 뜻일 수도 있습니다. 길이가 0인 키(즉, 널 문자열 ‘’)는 가변 길이 키로 전달할 수 없습니다.
암호 객체는 다음 두 가지 속성을 가져야 합니다:
- block_size
이 객체가 암호화하는 블록의 크기와 같은 정수 값입니다. 블록 크기가 가변적인 알고리즘의 경우, 이 값은 이 객체에 대해 선택된 블록 크기와 같습니다.
- IV
암호 피드백 모드를 시작하는 데 사용될 초기값을 담고 있으며, 이 값은 항상 정확히 한 블록 길이의 문자열입니다. 문자열을 암호화하거나 복호화한 후에는 변경된 피드백 텍스트를 반영하도록 이 값이 갱신됩니다. 이 값은 읽기 전용이며, 새 값을 대입할 수 없습니다.
암호 객체는 다음 메서드를 갖추어야 합니다:
- decrypt(문자열)
객체의 키 의존 데이터를 사용하고 적절한 피드백 모드로 ‘string’ 문자열을 복호화합니다. 문자열의 길이는 알고리즘 블록 크기의 정확한 배수여야 하며, CFB 모드에서는 세그먼트 크기의 정확한 배수여야 합니다. 평문을 담은 문자열을 반환합니다.
- encrypt(문자열)
객체에 들어 있는 키 의존 데이터를 사용하고 적절한 피드백 모드로 비어 있지 않은 문자열을 암호화합니다. 문자열의 길이는 알고리즘 블록 크기의 정확한 배수여야 하며, CFB 모드에서는 세그먼트 크기의 정확한 배수여야 합니다. 암호문을 담은 문자열을 반환합니다.
다음은 ‘DES’라는 이름의 모듈을 사용한 예입니다:
>>> import DES
>>> obj = DES.new('abcdefgh', DES.MODE_ECB)
>>> plaintext = "Guido van Rossum is a space alien."
>>> len(plaintext)
34
>>> obj.encrypt(plaintext)
Traceback (innermost last):
File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: Strings for DES must be a multiple of 8 in length
>>> ciphertext = obj.encrypt(plain+'XXXXXX') # Add padding
>>> ciphertext
'\021,\343Nq\214DY\337T\342pA\372\255\311s\210\363,\300j\330\250\312\347\342I\3215w\03561\303dgb/\006'
>>> obj.decrypt(ciphertext)
'Guido van Rossum is a space alien.XXXXXX'
참고 문헌
변경 사항
2002-04: 스트림 암호에 대한 언급을 삭제했습니다. PEP 제목을 변경했습니다. 피드백 모드 상수 앞에 MODE_를 붙였습니다. PGP 피드백 모드를 삭제했습니다. CTR 및 OFB 피드백 모드를 추가했습니다. 숫자가 바이트 단위인 곳과 비트 단위인 곳을 명확히 했습니다.
2002-09: “임의 길이(arbitrary-length)” 대신 “가변 길이 키(variable-length keys)”라는 표현을 사용하여 키 길이에 대한 설명을 명확히 했습니다.
감사의 글
이 PEP에 의견을 보내 주신 python-crypto 메일링 리스트 독자 여러분께 감사드립니다.
Copyright
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