암호학이란
암호학은 정보를 보호하기 위한 언어학적 및 수학적 방법론을 다루는 학문이다.
핵심이 되는 연구 주제는 키 생성(Key genereation), 암호화(Encryption) 그리고 복호화(Decryption)이다.
키 생성
암호화 및 복호화에 사용할 키를 만드는 과정
암호화
키를 이용해 평문(Plaintext)를 암호문(Ciphertext)으로 변환하는 과정
송신자가 암호문을 전송하면 수신자는 키를 이용해 암호문을 평문으로 복호화한다.
함호화와 복호화로 정보가 전달되는 체계를 암호 시스템(Cryptosystem)이라고 한다.
고전암호
고전함호는 컴퓨터와 같은 고성능 연산 장치가 발명되기 전에, 비교적 간단한 기계와 손 등으로 암복호화를 수행하던 암호를 말한다.
고전암호는 일반적으로 치환(Substitution)과 전치(Transposition)의 방법으로 설계된다.
치환은 평문의 문자를 다른 문자로 바꾸는 것이고 전치는 평문 문자들의 위치를 바꾸는 것을 말한다.
고전 암호는 치환과 전치 중 하나를 사용하거나 둘다 사용한다.
치환 암호 구분
단일 문자 치환 암호 (Monoalphabetic substitution cipher)
다중 문자 치환 암호 (Polyalphabetic substitution cipher)
단일 문자 치환 암호 예시
카이사르 암호(Caesar cipher) - 평문의 각 알파벳을 정해진 횟수만큼 다음 순서에 해당하는 알파벳으로 치환
다중 문자 치환 암호 예시
평문의 한 문자가 암호문에서 여려 종류의 문자로 치환 - 비제네르 함호 (Vigenere cipher)
전치 암호
평문을 구성하는 문자들의 순서를 재배열, 평문을 정해진 길이의 블록들로 나누고 규칙을 적용하여 블록 안의 문자들을 재배치한다. - 스키테일 암호 (Scytale cipher)
고전 암호 공격
고전 암호는 고성능 컴퓨팅의 발달로 쉽게 분석되었다. 고전 암호를 공격하는 방법으로는 전수 키 탐색 공격(Exhaustive key search attack)과 빈도수 분석(Frequency analysis)가 있다.
전수 키 탐색 공격
평문과 암호문을 알 때, 키 공간을 전부 탐색하며 주어진 암호문과 같은 암호문을 생성하는 키를 찾는 방법
빈도수 공격
단일 치환 암호는 평문의 문자와 암호문의 문자가 항상 일대일 대응을 이뤄 평문의 통계적 특성이 유지된다. 이러한 추측을 바탕으로 암호문을 복구하는 것을 빈도수 분석(Frequency analysis)이라고 한다.
다중 치환 암호는 이러한 통계적 특성이 사라지기 때문에, 빈도수 공격으로부터 비교적 안전하다.
