HTTPS, SSL, 암호화(<->복호화)_(feat.대칭키,공개키)

HTTPS --> HTTP + SSL

즉, HTTPS는 HTTP에 보안을 강화한 것이라고 생각하면 됨

 

HTTP & HTTPS

 

 

HTTPS는 HTTP를 안전하게 만드는 방식이다

• HTTP

  • 인터넷 상에서 정보를 주고 받기위한 프로토콜(양식과 규칙의 체계)

  • 클라이언트와 서버 사이에 이루어지는 요청/응답 프로토콜

  • 암호화되지 않은 방법으로 데이터를 전송한다. (악의적인 감청, 데이터 변조의 가능성)

• HTTPS

  • 보안이 강화된 HTTP

  • Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer의 약자

  • 모든 HTTP 요청과 응답 데이터는 네트워크로 보내지기 전에 암호화된다.

  • HTTPS는 HTTP의 하부에 SSL과 같은 보안계층을 제공함으로써 동작한다.

 

 

HTTPS는 TCP위에 놓인 보안계층(SSL)위의 HTTP이다

 

SSL 디지털 인증서

• 클라이언트와 서버간의 통신을 공인된 제3자(CA) 업체가 보증해주는 전자화된 문서

출처 : https://wayhome25.github.io/cs/2018/03/11/ssl-https/

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암호화란 Client와 Server가 서로 통신(정보를 주고받음)할 때 암호화와 복호화 규칙을 가지고 통신하는 것을 말한다.

 

암호화 방식은 크게 대칭키, 공개키가 있다.

 

1. 대칭키

key를 하나를 가지고 암호화하고, 복호화한다. 

 

암호를 만드는 행위인 암호화를 할 때 사용하는 일종의 비밀번호를 키(key)라고 한다. 이 키에 따라서 암호화된 결과가 달라지기 때문에 키를 모르면 암호를 푸는 행위인 복호화를 할 수 없다. 대칭키는 동일한 키로 암호화와 복호화를 같이 할 수 있는 방식의 암호화 기법을 의미한다. 즉 암호화를 할 때 1234라는 값을 사용했다면 복호화를 할 때 1234라는 값을 입력해야 한다는 것이다. 

 

 

 

2. 공개키

공개키는 key를 두개를 가지고 암호화, 복호화의 역할을 수행한다.

보통 공개키를 가지고 암호화하고, 비공개키를 이용하여 복호화를 한다.

(공개키로는 암호화할수 있지만 복호화는 불가능하다) 

비공개키로 암호화하면, 공개키로 복호화 가능  --> 전자서명의 경우, [비공개키로 암호화한 정보와 공개키를 넘김]

 

비공개키(private key, 개인키, 비밀키라고도 부른다)로하고, 나머지를 공개키(public key)로 지정한다. 비공개키는 자신만이 가지고 있고, 공개키를 타인에게 제공한다. 공개키를 제공 받은 타인은 공개키를 이용해서 정보를 암호화한다. 암호화한 정보를 비공개키를 가지고 있는 사람에게 전송한다. 비공개키의 소유자는 이 키를 이용해서 암호화된 정보를 복호화 한다. 이 과정에서 공개키가 유출된다고해도 비공개키를 모르면 정보를 복호화 할 수 없기 때문에 안전하다. 공개키로는 암호화는 할 수 있지만 복호화는 할 수 없기 때문이다.

 

[전자서명 방식]

 

 

 

<SSL 인증서의 내용>

SSL 인증서에는 다음과 같은 정보가 포함되어 있다.

서비스의 정보 (인증서를 발급한 CA, 서비스의 도메인 등등)
서버 측 공개키 (공개키의 내용, 공개키의 암호화 방법)

인증서의 내용은 위와 같이 크게 2가지로 구분할 수 있다. 1번은 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지에 대한 내용을 담고 있고, 2번은 서버와 통신을 할 때 사용할 공개키와 그 공개키의 암호화 방법들의 정보를 담고 있다. 서비스의 도메인, 공개키와 같은 정보는 서비스가 CA로부터 인증서를 구입할 때 제출해야 한다.
위와 같은 내용은 CA에 의해서 암호화 된다. 이 때 사용하는 암호화 기법이 공개키 방식이다. CA는 자신의 CA 비공개키를 이용해서 서버가 제출한 인증서를 암호화하는 것이다. CA의 비공개키는 절대로 유출되어서는 안된다. 이것이 노출되는 바람에 디지노타라는 회사는 파산된 사례도 있다.

3. SSL의 전달방식

상식적인 전달방식은....아래 그림과 같지만...실제로는 대칭키와 공개키를 혼합하여 사용한다.

 

 

SSL은 암호화된 데이터를 전송하기 위해서 공개키와 대칭키를 혼합해서 사용한다. 즉 클라이언트와 서버가 주고 받는 실제 정보는 대칭키 방식으로 암호화하고, 대칭키 방식으로 암호화된 실제 정보를 복호화할 때사용할 대칭키는 공개키 방식으로 암호화해서 클라이언트와 서버가 주고 받는다.

실제 데이터는 대칭키로 암호화, 복호화되어서 가게 되서 컴퓨팅 리소스를 적게 차지함

(대칭키를 공개키로 암호화, 복호화해서 보내는 것)

 

• 실제 데이터 : 대칭키

• 대칭키의 키 : 공개키

실제 통신의 과정은 3단계로 이루어진다.

악수(handshake) -> 세션 -> 세션 종료

3.1 악수(handshake)

handshake는 말 그대로 server와 client간 인사를 하며 서로 주고받을 데이터를 전송하고 확인하는 단계이다.

이단계에서 server는 client에 인증서를 보내주는 것도 포함된다.

 

1. 클라이언트가 서버에 접속한다. 이 단계를 Client Hello라고 한다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.

   • 클라이언트 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 아래 3번 과정 참조

   • 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들 : 클라이언트와 서버가 지원하는 암호화 방식이 서로 다를 수 있기 때문에 상호간에 어떤 암호화 방식을 사용할 것인지에 대한 협상을 해야 한다. 이 협상을 위해서 클라이언트 측에서는 자신이 사용할 수 있는 암호화 방식을 전송한다.

   • 세션 아이디 : 이미 SSL 핸드쉐이킹을 했다면 비용과 시간을 절약하기 위해서 기존의 세션을 재활용하게 되는데 이 때 사용할 연결에 대한 식별자를 서버 측으로 전송한다.

      

2. 서버는 Client Hello에 대한 응답으로 Server Hello를 하게 된다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.

   • 서버 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 아래 3번 과정 참조

   • 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식 : 클라이언트가 전달한 암호화 방식 중에서 서버 쪽에서도 사용할 수 있는 암호화 방식을 선택해서 클라이언트로 전달한다. 이로써 암호화 방식에 대한 협상이 종료되고 서버와 클라이언트는 이 암호화 방식을 이용해서 정보를 교환하게 된다.

   • 인증서

      

3. 클라이언트는 서버의 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA 리스트를 확인한다. CA 리스트에 인증서가 없다면 사용자에게 경고 메시지를 출력한다. 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA의 공개키를 이용해서 인증서를 복호화한다. 복호화에 성공했다면 인증서는 CA의 개인키로 암호화된 문서임이 암시적으로 보증된 것이다. 인증서를 전송한 서버를 믿을 수 있게 된 것이다.

   클라이언트는 상기 2번을 통해서 받은 서버의 랜덤 데이터와 클라이언트가 생성한 랜덤 데이터를 조합해서 pre master secret라는 키를 생성한다. 이 키는 뒤에서 살펴볼 세션 단계에서 데이터를 주고 받을 때 암호화하기 위해서 사용될 것이다. 이 때 사용할 암호화 기법은 대칭키이기 때문에 pre master secret 값은 제 3자에게 절대로 노출되어서는 안된다.

   그럼 문제는 이 pre master secret 값을 어떻게 서버에게 전달할 것인가이다. 이 때 사용하는 방법이 바로 공개키 방식이다. 서버의 공개키로 pre master secret 값을 암호화해서 서버로 전송하면 서버는 자신의 비공개키로 안전하게 복호화 할 수 있다. 그럼 서버의 공개키는 어떻게 구할 수 있을까? 서버로부터 받은 인증서 안에 들어있다. 이 서버의 공개키를 이용해서 pre master secret 값을 암호화한 후에 서버로 전송하면 안전하게 전송할 수 있다.

    

4. 서버는 클라이언트가 전송한 pre master secret 값을 자신의 비공개키로 복호화한다. 이로서 서버와 클라이언트가 모두 pre master secret 값을 공유하게 되었다. 그리고 서버와 클라이언트는 모두 일련의 과정을 거쳐서 pre master secret 값을 master secret 값으로 만든다. master secret는 session key를 생성하는데 이 session key 값을 이용해서 서버와 클라이언트는 데이터를 대칭키 방식으로 암호화 한 후에 주고 받는다. 이렇게해서 세션키를 클라이언트와 서버가 모두 공유하게 되었다는 점을 기억하자.

    

5. 클라이언트와 서버는 핸드쉐이크 단계의 종료를 서로에게 알린다.

 

 

 

3.2 세션

실제로 server와 client가 데이터 정보를 주고받는 단계

핵심은 정보를 상대방에게 전송하기 전에 session key 값을 이용해서 대칭키 방식으로 암호화 한다는 점

3.3 세션종료

데이터의 전송이 끝나면 SSL 통신이 끝났음을 서로에게 알려준다. 이 때 통신에서 사용한 대칭키인 세션키를 폐기한다.

 

4. SSL을 적용하기위해 인증서를 구입

인증서는 CA(Certificate authority)라는 인증기관을 통해서 구입 가능함

 

5. 마치며

HTTPS의 개념은 보안을 강화한 HTTP이다. 보안을 강화하는 방식인 SSL을 통해 암호화 복호화를 이용한 클라이언트와 서버의 통신 방법을 알아보았다. 그리고, 보안을 위해 CA라는 인증기관을 통해 인증서를 받아야한다는 것도...

새로운 개념을 받아들여서 즐겁고 유익한 시간이었다.

 

출처 : https://opentutorials.org/course/228/4894