혼돈

혼돈(confusion)은 평문과 암호문과의 상관 관계를 숨기는 것을 말하며 암호문과 암호키간의 관계를 알기 어렵게 만든다.

개요

1949년에 섀넌의 논문, "비밀 시스템의 통신 이론에서" 의 혼돈 정의는 암호문자와 대칭키 사이의 관계를 가능한 복잡하고 관련되게 만드는 것을 말한다. 이러한 복잡성은 일반적으로 잘 정의하고 반복 가능한 일련의 대체와 순환을 통해 구현된다. 대체란 일정한 규칙에 따라 특정 구성요소(비트)를 다른 구성요소로 교체하는 것을 말한다. 관성은 어떤 알고리즘에 따라 비트 순서를 조작하는 것을 말한다. 효과적이기 위해서, 평문자 비트의 불균일성은 암호문자의 훨씬 더 큰 구조들에 걸쳐 재불배될 필요가 있어, 불균일성을 탐지하기가 훨씬 더 어려워진다.

활용

암호화 방법의 설계는 혼돈과 확산의 원리를 모두 사용한다. 혼돈은 예를 들어 키에서 생성된 비선형 표를 통해 데이터를 변환함으로써 프로세스가 입력에서 출력으로 데이터를 굽격하게 변경한다는 것을 의미한다. 선형 계산을 뒤집는 많은 방법들을 가지고 있기 때문에, 비선형일수록 더 많은 분석 도구들이 깨진다.

확산은 입력의 단일 문자를 변경하면 출력의 많은 문자가 변경된다는 것을 의미한다. 입력의 모든 부분이 출력의 모든 부분에 영향을 주어 분석이 훨씬 더 어려워진다. 확산 과정은 완벽하지 않으며, 항상 일부 패턴을 통과시켜준다. 좋은 확산은 출력을 통해 이러한 패턴을 넓게 분산시키며, 이를 통해 여러 패턴이 만들어지면 서로 뒤죽박죽이 된다. 이로 인해 패턴을 발견하기가 훨씬 어려워지고 암호를 분석하기 위해 분석할 데이터의 양이 크게 증가한다.

AES 분석

고급 암호화 표준(AES, Advanced Encryption Standard)는 혼란과 확산이 모두 뛰어나다. 혼란스러운 룩업 테이블은 매우 비선형적이며 패턴을 파괴하는 데 능숙하다. 확산 단계는 입력의 모든 부분을 출력의 모든 부분으로 확산시킨다. 한 비트의 입력을 변경하면 평균적으로 출력 비트의 절반이 바뀐다. 혼돈과 확산은 각 입력에 대해 여러 번 반복되어 전차의 양을 증가시킨다. 비밀키는 모든 단계에서 섞여서 공격자가 암호가 하는 일을 미리 계산할 수 없다.

참고자료

• 〈Confusion and diffusion〉, 《위키피디아》
• 스틸스타크, 〈암호화 알고리즘(CRYPTOGRAPHY ALGORITHM〉, 2016-10-27
• 보안인닷컴, 〈블록암호시스템은〉, 《페이스북》, 2012-11-23

같이보기

• AES
• 확산

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