키 분배·수명주기·안전한 난수 | 정보보안기사 필기

1. 키의 역할을 구분한다

하나의 키를 암호화·MAC·서명 등 여러 용도로 섞어 쓰면 사고 범위가 커지고 분석이 어려워진다. 가능한 경우 용도별로 키를 분리한다.

키를 안전한 오프라인 수단, 별도 채널, 보안 매체로 직접 전달한다. 소규모나 초기 키 설정에는 가능하지만 규모가 커지면 관리가 어렵다.

각 사용자가 키 분배센터(KDC)와 장기 비밀키를 공유하고, KDC가 통신 당사자에게 세션키를 안전하게 전달한다.

한쪽이 세션키를 생성하고 상대방의 공개키로 보호해 전달한다. 공개키가 실제 상대방의 것인지 확인하지 않으면 중간자 공격에 취약하다.

양쪽이 각자 비밀값을 기여해 같은 공유 비밀을 계산한다. 공유 비밀은 보통 KDF를 거쳐 실제 암호키로 사용한다. 공개값의 상대방 인증이 없으면 중간자 공격이 가능하다.

공개키 기술로 세션키를 운반하거나 합의하고, 대용량 데이터는 빠른 대칭키 암호로 보호한다.

키 래핑(key wrapping)은 KEK로 CEK 같은 키 재료를 기밀성·무결성과 함께 보호하는 방식이다.

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데이터 암호문 = Encrypt_CEK(Data)
래핑된 CEK   = Wrap_KEK(CEK)

KEK를 교체할 때 CEK 자체를 바꾸지 않고 새 KEK로 CEK만 다시 래핑할 수 있다. 반대로 CEK가 유출되면 해당 CEK로 보호한 데이터의 재암호화가 필요할 수 있다.

키는 다음 상태를 거친다.

암호기간(cryptoperiod)은 한 키를 특정 용도로 사용할 수 있도록 정한 기간이다. 키를 오래 사용할수록 유출 시 영향을 받는 데이터가 많아지고 공격자가 분석할 암호문도 늘어난다.

복호화키는 업무 연속성을 위해 통제된 백업이 필요할 수 있지만, 서명용 개인키의 백업은 부인방지와 오용 위험을 고려해야 한다.

암호키·nonce·IV·salt는 모두 무작위값처럼 보일 수 있지만 요구사항이 다르다.

값	핵심 요구
암호키	충분한 엔트로피와 예측 불가능성
nonce	정해진 범위에서 반복되지 않음; 프로토콜에 따라 예측 불가능성도 요구
IV	운영 모드별 고유성 또는 예측 불가능성 조건
salt	사용자·레코드마다 고유하도록 생성; 비밀일 필요는 없음
OTP seed	비밀성과 충분한 무작위성

출력 길이가 길다고 엔트로피가 큰 것은 아니다. 공격자가 생성 날짜를 알고 있고 하루의 초 단위 시각만 seed 후보라면 가능한 값은 최대 86,400개다. 다른 비밀 정보가 없다면 후보를 모두 시험할 수 있다.

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가능한 seed 수 = 86,400
정보량 ≈ log2(86,400) ≈ 16.4비트

통계적으로 균등해 보이는 출력도 seed와 내부 상태가 예측 가능하면 암호용 난수로 안전하지 않다.

키 분배센터와 n명이 각각 장기키 하나를 공유하면 사용자–KDC 장기키는 n개다. 모든 사용자 쌍의 직접 공유에 필요한 n(n−1)/2개와 조건이 다르다. 세션키·키 계층에 필요한 키 수는 별도로 계산한다.