Chapter 10. 메시지 인증 코드(MAC : Message Authentication Code)

1절. 메시지 인증 코드

MAC

• 메시지를 인증하고 메시지의 무결성과 진위성(정확성)을 보장하는 데 사용되는 짧은 정보

• 무결성 보장 : 우발적이거나 의도적인 메시지 변경 탐지

• 진위 보장 : 메시지의 출처 확인

기능

• 키 기반 암호학적 해시 함수(keyed(cryptographic) hash function)
  • 암호학적 해시 함수는 MAC을 생성하는 방법 중 하나
• 입력값 : 비밀 키와 인증할 임의 길이의 메시지
• 출력값 : MAC(태그)
• MAC 값
  • 메시지의 데이터 무결성과 진위 보호
  • 검증자가(비밀 키를 소유한) 메시지 내용의 변경 여부를 확인 가능

알고리즘

• 키 생성 알고리즘
• 태그 생성 알고리즘 : $T = Mac(K, M)$
• 검증 알고리즘 : $Vrfy(K, M, T) = 1/0$

보안

• 선택 평문 공격에 대해 존재적 위조를 저항해야 안전
  • 공격자가 비밀 키를 가지고 있고, 공격자가 선택한 메시지에 대해 MAC을 생성하는 오라클에 접근가능할 경우
  • 공격자가 오라클을 쿼리하는 데 사용되지 않은 다른 메시지의 MAC을 추측할 수 없음
  • 불가능할 정도의 계산을 수행 필요

구현

• 암호학적 원시 함수에서 구성
  • 암호학적 해시 함수(HMAC의 경우)
  • 블록 암호 알고리즘(CMAC의 경우)

2절. 길이 확장 공격

길이 확장 공격(Length Extension Attack)

• 공격자가 $H(m_1)$과 $m_1$의 길이를 사용하여 $m_1$의 내용은 알 필요 없이 공격자가 제어하는 $m_2$에 대해 $H(m_1 ‖ m_2)$를 계산할 수 있는 공격의 일종
• MD5, SHA-1, SHA-2와 같이 Merkle–Damgård 구조를 기반으로 한 알고리즘은 이러한 종류의 공격에 취약
• SHA-3 알고리즘 제외(안취약함)

3절. HMAC

HMAC (키 기반 해쉬 메시지 인증 코드 또는 해쉬 기반 메시지 인증 코드)

• SHA-2 또는 SHA-3와 같은 암호학적 해쉬 함수는 HMAC 계산에 사용

• HMAC-X(X : 사용된 해쉬 함수)

  • HMAC-SHA256
  • HMAC-SHA3-256
• 두 번의 해쉬 계산을 사용
• 비밀 키 : 먼저 두 개의 키(내부 키와 외부 키)를 유도할 때 사용
• 첫 번째 패스 : 메시지와 내부 키에서 유도된 내부 해쉬 생성
• 두 번째 패스 : 내부 해쉬 결과와 외부 키에서 유도된 최종 HMAC 코드 생성
• 길이 확장 공격에 대해 더 나은 면역력을 제공

정의(RFC 2104)

$HMAC(K, M) = H ( (K′ ⊕ opad)

H ((K′ ⊕ ipad)

M) )$

• $H$ : 암호학적 해쉬 함수

• $K′$ = {$K$ : 해쉬 함수의 입력 블록 크기에 맞게 $0$으로 패딩} = {$H(K)$ : 블록 크기보다 길 경우 $H(K)$ 해쉬로의 대체}

• $M$ : 인증할 메시지

• $

  $ : 연결(concatenation)

• $⊕$ : 배타적 논리합(XOR)
• opad : 외부 패딩(0x5c5c5c…5c5c, 하나의 블록 크기 길이의 16진수 상수)
• ipad : 내부 패딩(0x363636…3636, 하나의 블록 크기 길이의 16진수 상수)
• Example : MD5, SHA-1, SHA-224, SHA-256 해쉬 함수 = 블록 크기가 64바이트(512비트)

SHA-3 vs HMAC

• Keccak 해시 함수
  • NIST가 SHA-3 경쟁의 승자로 선택
  • 중첩된 접근 방식이 불필요
  • 키를 메시지 앞에 추가하여 MAC을 생성

4절. CBC-MAC

CBC-MAC(암호 블록 연결 MAC)

• 메시지 M의 CBC-MAC을 계산하려면, 제로 IV(초기 벡터)로 CBC 모드에서 M을 암호화합니다.
• 고정 길이 메시지 : 안전
• 가변 길이 메시지 : 불안전

5절. CMAC

CMAC (암호 기반 MAC)

• 알고리즘
  • Black과 Rogaway가 제안
  • XCBC라는 이름으로 분석하여 NIST에 제출한 CBC-MAC의 변형
• 운영 모드
  • CBC-MAC의 보안 결함 수정
  • 고정 길이 메시지에 대해서만 안전

6절. 인증 암호(Authenticated Encryption)

인증 암호(Authenticated Encryption)

• 통신의 기밀성과 진위성(무결성)을 동시에 보호하는 암호화 시스템
• 작동 모드 : CCM & GCM