7장-Block Cipher Operation

Figure 7.1 Multiple Encryption

🔸 (1 of 2) Double Encryption

• 평문 P를 두 개의 서로 다른 키 K1, K2로 두 번 암호화:
  • C = E_K2(E_K1(P))
• 복호화는 반대 순서로:
  • P = D_K1(D_K2(C))
• 보안 문제: Meet-in-the-middle 공격에 취약함.

🔸 (2 of 2) Triple Encryption (3DES)

• P → E_K1 → D_K2 → E_K3 → C
• 두 개 키로도 가능: K1 = K3 형태.
• 보안성과 호환성을 모두 확보함.

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Modes of Operation

블록 암호를 다양한 환경에 적용하기 위한 동작 모드들.

ECB (Electronic Codebook) Mode

• 각 블록을 독립적으로 암호화: C_i = E_K(P_i)
• 단점: 동일한 평문 블록은 동일한 암호문 → 패턴 노출 위험.

CBC (Cipher Block Chaining) Mode

• 이전 암호문 블록을 현재 평문과 XOR 후 암호화: C_i = E_K(P_i ⊕ C_{i-1}), C_0 = IV
• 장점: 같은 평문도 다른 암호문 생성됨 (무작위성 ↑)

CFB (Cipher Feedback) Mode

🔸 특징

• CBC와 유사하지만 스트림 모드
• 복호화 시에도 암호화 함수만 사용
• 복호화: P_i = C_i ⊕ E_K(C_{i-1})

OFB (Output Feedback) Mode

• 스트림 암호화 방식
• 평문 블록과 암호화된 피드백을 XOR하여 암호문 생성
• 초기 벡터(IV)를 암호화하여 첫 번째 피드백 생성
• 이후 피드백은 이전 출력값을 암호화해서 사용
• 복호화도 암호화 알고리즘만 사용

특징

• 오류 전파 없음
• 병렬 처리 불가
• 사전 처리 가능 (Preprocessing)

CTR (Counter) Mode

• 각 블록에 카운터 값을 넣고 암호화 → 그 결과를 평문과 XOR
• 카운터 값은 블록마다 다름
• 암호화/복호화 모두 같은 구조 (암호화 연산만 사용)

특징

• 병렬 처리 가능
• 사전 처리 가능
• 랜덤 접근 가능

Feedback Characteristic

• 4가지 모드의 피드백 경로를 비교
• CBC/CFB/OFB: 직전 암호문 블록을 피드백으로 사용
• CTR: 독립된 카운터 사용 (피드백 없음)
• 각 모드의 내부 흐름을 구조적으로 시각화함

Comparison Slide

비교 테이블로 각 모드의 특성을 정리함:

모드	Stream/Block	동일 입력 동일 출력	오류 전파	전처리 가능	병렬/랜덤 접근
ECB	Block	O	X	O	O
CBC	Block	X	O	X	X
CFB	Stream	X	O	X	X
OFB	Stream	X	X	O	X
CTR	Stream	X	X	O	O

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IEEE 802.11 (WPA2/3) Example

• 무선 LAN에서 AES-CCMP 사용
  • CTR 모드로 암호화
  • CBC-MAC으로 인증
• AES의 실제 적용 사례 (Wi-Fi 보안)

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암호모듈 검증제도 (KCMVP)

• 국가정보원에서 운영
• 공공·정부 시스템에 사용하는 암호모듈을 검증
• www.nis.go.kr → 주요업무 → 사이버안보 → 암호모듈검증

🔸검증제도 설명

• KCMVP (Korea Cryptographic Module Validation Program) 설명
• 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 대상
• 국제표준(KS X ISO/IEC 19790:2015) 기반 평가
• 보안 수준 4단계, 사용 용도에 따라 30여개 암호모듈 인증

🔸암호모듈 검증대상 알고리즘 (2025년 4월 기준)

• 블록 암호: ARIA, SEED, LEA, HIGHT
• 운용모드: ECB, CBC, CFB, OFB, CTR, CCM, GCM
• 해시 함수: SHA-2, SHA-3, LSH
• 키 유도 함수: HMAC, CMAC, PBKDF 등

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한국 표준 블록 암호

• SEED (1998): Feistel 구조, 128-bit block / 128-bit key / 16 rounds
• ARIA (2004): AES와 유사한 구조 (SPN), 다양한 키 사이즈 지원
• LEA (2014): ARX 기반 경량 블록암호, 빠르고 하드웨어 친화적

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SEED / ARIA / LEA 구조 비교

• 좌측: SEED – Feistel 구조
• 중앙: ARIA – SPN 구조 (AES 유사)
• 우측: LEA – ARX 구조, S-box 없이 회전/덧셈/XOR만으로 구성