비밀번호 "123"을 예로 들어 솔트 추가, 해시 함수 적용, 해시값과 솔트 저장을 아주 쉽게 설명해 드릴게요. 마치 요리 레시피처럼 생각해 보세요!
1. 비밀번호 (요리 재료):
여러분의 진짜 비밀번호는 맛있는 "123" 이라는 재료라고 생각합시다. 이 재료 그대로 냉장고(데이터베이스)에 넣어두면 누구나 쉽게 꺼내 먹을 수 있겠죠? (해커가 알기 쉬워요!)
2. 솔트 추가 (비밀 재료 톡톡):
그래서 "123"에 아무도 모르는 특별한 비밀 재료 "abc"를 톡톡 뿌려 섞습니다. 이 "abc"가 바로 솔트(Salt)예요. 솔트는 비밀번호마다 다르게 넣어주는 특별한 양념이라고 생각하면 돼요. 이제 "123"은 그냥 "123"이 아니라 "abc123" (섞는 순서는 상관없어요) 이라는 새로운 재료가 되었죠.
3. 해시 함수 적용 (마법 믹서기에 넣고 갈기):
이제 "abc123" 이라는 재료를 아주 특별한 마법 믹서기(해시 함수)에 넣고 "윙윙" 갈아버립니다. 이 마법 믹서기는 어떤 재료를 넣어도 항상 정해진 이상한 모양의 결과물(해시값)을 만들어내요. 예를 들어, "abc123"을 넣고 갈았더니 "a1b2c3d4e5f6" 라는 이상한 암호 같은 가루가 나왔다고 상상해 보세요. 이 가루가 바로 해시값입니다. 원래 "abc123"이 어떻게 생겼는지 이 가루만 봐서는 절대 알 수 없겠죠? (단방향성!)
4. 해시값과 솔트 저장 (냉장고에 결과물과 비밀 재료 보관):
이제 냉장고(데이터베이스)에는 원래 맛있는 "123" 대신, 마법 믹서기로 갈아낸 이상한 가루 "a1b2c3d4e5f6" (해시값)과 그때 같이 뿌렸던 비밀 재료 "abc" (솔트)를 각각 다른 통에 담아서 보관합니다.
로그인할 때 (요리사가 비밀번호를 확인하는 과정):
- 여러분이 "123"이라고 비밀번호를 입력합니다.
- 주방장(웹사이트 시스템)은 냉장고에서 여러분의 특별한 비밀 재료 "abc" (솔트)를 꺼냅니다.
- 입력한 "123"과 냉장고에서 꺼낸 "abc"를 다시 섞어서 "abc123"을 만듭니다.
- 이 "abc123"을 똑같은 마법 믹서기에 넣고 "윙윙" 갈아서 새로운 가루를 만듭니다.
- 새로 만들어진 가루와 냉장고에 보관되어 있던 예전 가루 "a1b2c3d4e5f6" (해시값)를 비교합니다.
- 만약 두 가루가 똑같다면, 여러분이 입력한 비밀번호가 진짜 "123"이 맞다는 것을 알게 되고 로그인을 허락합니다!
핵심 정리:
- 솔트(Salt): 비밀번호에 뿌리는 특별한 비밀 재료 (각 사용자마다 다름).
- 해시 함수(Hash Function): 재료를 넣으면 이상한 가루로 만들어버리는 마법 믹서기 (원래 재료를 알 수 없게 만듦).
- 해시값(Hash Value): 마법 믹서기로 갈아서 나온 이상한 가루 (데이터베이스에 저장되는 최종 비밀번호).
이렇게 솔트를 추가하고 해시 함수를 적용해서 저장하면, 해커가 데이터베이스를 훔쳐 가더라도 진짜 비밀번호 "123"을 바로 알 수 없고, 솔트 때문에 같은 비밀번호를 쓰는 다른 사람들의 정보도 안전하게 지킬 수 있습니다. 마치 여러 종류의 섞인 가루만 보고 원래 어떤 재료들이 들어갔는지 알아내는 것이 매우 어려운 것과 같은 원리입니다!
참고1)
해시 함수는 특정한 알고리즘을 통해 입력 데이터를 고유한 (충돌 가능성이 매우 낮은) 고정 길이의 값으로 변환합니다.
이러한 알고리즘은 단순히 데이터를 섞거나 암호화하는 것과는 다른 특징을 가지고 있습니다. 주요 목표는 입력 데이터의 내용을 요약하고, 무결성을 검증하며, 가능한 한 충돌(서로 다른 입력이 같은 해시값을 갖는 현상)을 피하는 것입니다.
해시 알고리즘의 종류는 다양하며, 각각 다른 특징과 보안 강도를 가집니다. 몇 가지 대표적인 해시 알고리즘은 다음과 같습니다.
- MD5 (Message Digest Algorithm 5): 과거에 널리 사용되었지만, 현재는 충돌 가능성이 높아 보안 용도로는 거의 사용되지 않습니다.
- SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1): MD5보다는 안전하지만, 이론적인 취약점이 발견되어 점차 사용이 줄어들고 있습니다.
- SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2): SHA-256, SHA-384, SHA-512 등 다양한 길이의 해시값을 생성하는 알고리즘 군입니다. 현재까지 비교적 안전하다고 평가받아 널리 사용됩니다.
- SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3): Keccak 알고리즘을 기반으로 하며, SHA-2의 잠재적인 문제점을 대비하기 위해 개발되었습니다.
- RIPEMD (RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digest): 다양한 버전이 있으며, 보안 강도는 버전에 따라 다릅니다.
이러한 해시 알고리즘들은 다음과 같은 방식으로 데이터를 변환합니다.
- 비트 연산: AND, OR, XOR 등의 논리 연산을 수행합니다.
- 덧셈 및 곱셈: 데이터를 특정 값과 더하거나 곱하는 연산을 수행합니다.
- 순환 시프트 (Circular Shift): 비트들을 왼쪽이나 오른쪽으로 이동시키고, 밀려난 비트는 반대쪽 끝으로 다시 삽입합니다.
- 비선형 함수: 복잡한 수학적 함수를 적용하여 선형적인 관계를 깨뜨려 예측 가능성을 낮춥니다.
- 블록 처리: 입력 데이터를 일정한 크기의 블록으로 나누어 순차적으로 처리하고, 이전 블록의 결과를 현재 블록의 처리에 반영합니다.
각 해시 알고리즘은 이러한 연산들을 복잡하고 여러 단계에 걸쳐 적용하여 입력 데이터의 작은 변화에도 해시값이 크게 달라지도록 설계됩니다. 또한, 역으로 해시값으로부터 원래의 입력 데이터를 추론하는 것이 매우 어렵도록 단방향성을 유지합니다.
따라서 해시값은 특정 암호 알고리즘(정확히는 해시 알고리즘)을 통해 변환된 결과이며, 데이터의 고유성을 나타내고 무결성을 검증하는 데 중요한 역할을 합니다. 암호화 알고리즘과는 목적과 작동 방식에 차이가 있다는 점을 기억해 주세요.
참고2)
"해시(Hash)"라는 단어는 여러 가지 의미로 사용될 수 있지만, 컴퓨터 과학 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 의미는 다음과 같습니다.
해시 함수(Hash Function) 또는 해싱(Hashing)의 줄임말:
- 정의: 임의의 길이의 입력값(데이터, 파일, 메시지 등)을 받아서 고정된 짧은 길이의 값(해시값 또는 해시 코드)으로 변환하는 함수 또는 과정을 의미합니다.
- 목적:
- 데이터의 요약 및 표현: 긴 데이터를 짧고 고정된 길이의 값으로 효율적으로 표현합니다.
- 데이터의 무결성 검증: 입력 데이터가 변경되었는지 여부를 빠르게 확인할 수 있도록 합니다. (해시값이 조금이라도 달라지면 데이터가 변경된 것입니다.)
- 빠른 데이터 검색 (해시 테이블): 데이터를 효율적으로 저장하고 검색하기 위한 자료 구조인 해시 테이블의 핵심 원리입니다.
- 보안: 비밀번호 저장, 디지털 서명 등 보안 분야에서도 널리 사용됩니다.
비유를 들어 설명하면:
- 지문: 마치 사람마다 고유한 지문이 있는 것처럼, 데이터마다 고유한 해시값을 만들 수 있습니다.
- 책의 색인: 책의 내용을 요약하여 특정 키워드를 빠르게 찾을 수 있도록 도와주는 색인과 비슷하게, 해시값은 데이터의 내용을 간략하게 나타내어 빠르게 접근하거나 비교할 수 있도록 합니다.
- 믹서기 (비유적): 믹서기에 여러 가지 재료를 넣으면 완전히 새로운 형태의 결과물이 나오듯이, 해시 함수는 입력 데이터를 복잡하게 섞고 연산하여 예측하기 어려운 해시값을 생성합니다.
핵심 특징:
- 고정된 출력 길이: 입력 데이터의 크기와 상관없이 항상 정해진 길이의 해시값이 생성됩니다.
- 결정론적(Deterministic): 같은 입력값에 대해서는 항상 같은 해시값이 출력됩니다.
- 단방향성(One-way): 해시값으로부터 원래의 입력값을 역으로 추론하거나 복원하는 것이 매우 어렵거나 불가능해야 합니다 (보안 관련 해시 함수의 중요한 특징).
- 충돌 회피성(Collision Resistance): 서로 다른 입력값이 동일한 해시값을 가질 확률이 매우 낮아야 합니다 (보안 관련 해시 함수의 중요한 특징).
일상 생활에서의 비유:
우리가 웹사이트에 로그인할 때 비밀번호를 직접 저장하는 대신, 비밀번호의 해시값을 저장하는 것이 해시의 한 예입니다. 웹사이트는 우리가 입력한 비밀번호의 해시값을 계산하여 저장된 해시값과 비교함으로써 비밀번호를 확인합니다. 이렇게 하면 데이터베이스가 유출되더라도 실제 비밀번호를 알 수 없어 안전합니다.
요약하자면, 해시는 임의의 데이터를 고정된 길이의 고유한 값으로 변환하는 과정 또는 그 결과값을 의미하며, 데이터 관리, 검색, 보안 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다.
참고3)
시값은 디지털 세계의 지문이라고 생각하시면 아주 쉽습니다.
우리가 사람마다 고유한 지문이 있어서 다른 사람과 구별할 수 있는 것처럼, 디지털 파일(문서, 사진, 동영상 등)이나 정보에도 고유한 "디지털 지문"이 있습니다. 바로 이 디지털 지문이 해시값입니다.
좀 더 자세히 풀어보면:
- 파일이나 정보를 넣으면, 특별한 기계(해시 함수라는 프로그램)가 정해진 규칙에 따라 짧고 이상한 암호 같은 글자(해시값)를 만들어냅니다.
- 똑같은 파일이나 정보를 넣으면 언제나 똑같은 해시값이 나옵니다. 마치 똑같은 사람의 손가락을 찍으면 항상 같은 지문이 나오는 것과 같습니다.
- 아주 조금이라도 파일이나 정보가 바뀌면 (예를 들어, 문서에 오타 하나를 고치거나 사진의 색깔을 아주 살짝만 바꿔도), 완전히 다른 해시값이 나옵니다. 마치 손가락에 상처가 나면 지문이 달라 보이는 것과 같습니다.
- 이 해시값만 보고 원래 파일이나 정보가 무엇이었는지 알아내기는 매우 어렵습니다. 마치 지문만 보고 그 사람이 누구인지 바로 알 수 없는 것과 비슷합니다.
해시값은 왜 사용할까요?
- 파일이 변조되지 않았는지 확인하기 위해서: 어떤 파일을 다운로드했는데, 원래 제공자가 알려준 해시값과 내가 다운로드받은 파일의 해시값이 같다면, 그 파일은 중간에 바뀌지 않고 온전하다는 것을 확신할 수 있습니다.
- 중복된 파일을 찾기 위해서: 수많은 파일 중에서 내용이 똑같은 파일을 찾을 때, 각 파일의 해시값을 비교하면 빠르게 찾아낼 수 있습니다.
- 비밀번호를 안전하게 보관하기 위해서: 웹사이트는 여러분의 비밀번호를 그대로 저장하는 대신, 비밀번호의 해시값을 저장합니다. 이렇게 하면 해커가 데이터베이스를 훔쳐가도 실제 비밀번호를 알 수 없어 안전합니다.
결론적으로, 해시값은 파일이나 정보의 내용을 요약해서 나타내는 고유한 짧은 값이며, 데이터의 무결성, 중복 확인, 보안 등 다양한 목적으로 활용되는 아주 유용한 개념입니다. 마치 디지털 세계의 믿을 수 있는 도장과 같은 역할을 한다고 생각하시면 됩니다.
참고4)
암호화 알고리즘에서 사용되는 주요 기법들은 다음과 같습니다.
- 치환 (Substitution): 평문의 각 비트 또는 비트 그룹을 다른 비트 또는 비트 그룹으로 대체합니다. 예를 들어, 특정 '0'을 '1'로 바꾸거나, '01'을 '10'으로 바꾸는 방식입니다.
- 전치 (Transposition 또는 Permutation): 평문의 비트 또는 비트 그룹의 위치를 재배열합니다. 마치 글자의 순서를 섞는 것과 유사합니다.
- 혼합 (Confusion and Diffusion):
- 혼란 (Confusion): 암호문과 키 사이의 관계를 복잡하게 만듭니다. 키의 작은 변화가 암호문에 큰 영향을 미치도록 설계됩니다. 주로 치환 연산을 통해 달성됩니다.
- 확산 (Diffusion): 평문의 한 비트가 변경될 때 암호문의 여러 비트에 영향을 미치도록 만듭니다. 이렇게 하면 평문의 패턴이 암호문에 드러나지 않게 됩니다. 주로 전치 연산을 통해 달성됩니다.
- 수학적 연산: XOR (배타적 논리합), 덧셈, 곱셈, 모듈러 연산 등 수학적인 함수를 사용하여 데이터를 변환합니다. 이러한 연산은 비선형성을 도입하여 암호의 복잡성을 증가시킵니다.
예시 (단순화):
만약 간단한 암호 알고리즘이 있다고 가정해 봅시다.
- 비트 위치 바꾸기: 8비트 평문 "01100010"의 첫 번째 비트와 다섯 번째 비트의 위치를 바꿉니다. 결과는 "00101010"이 됩니다.
- 특정 비트 더하기 (XOR 연산): 특정 키 비트와 평문의 각 비트를 XOR 연산합니다. 예를 들어 키가 "10110001"이라면, "01100010" XOR "10110001" = "11010011"이 됩니다.
실제 암호 알고리즘은 이보다 훨씬 더 복잡한 여러 단계의 연산을 거치며, 안전한 키 관리와 함께 사용될 때 강력한 암호화를 제공합니다. 핵심은 단순히 흩어놓는 것을 넘어, 통계적인 패턴을 숨기고 키 없이는 원래의 평문을 추론하기 어렵게 만드는 것입니다.
참고5)
암호 알고리즘 (Cipher Algorithm):
- 암호 알고리즘은 평문(원래의 2진수 데이터)을 암호문(알아볼 수 없는 2진수 데이터)으로 변환하는 일련의 수학적 규칙과 절차를 정의합니다.
- 이러한 알고리즘은 단순히 0과 1을 삽입하는 것 외에도 치환(Substitution), 전치(Transposition), 수학적 함수 연산 (XOR, 덧셈, 곱셈 등) 등 다양한 방법을 사용하여 데이터를 섞고 변형합니다.
- 현대 암호 알고리즘은 매우 복잡하며, 안전성을 높이기 위해 여러 단계의 변환 과정을 거칩니다.
키 (Key):
- 키는 암호 알고리즘의 동작 방식을 결정하는 비밀 정보입니다. 마치 자물쇠의 열쇠와 같은 역할을 합니다.
- 동일한 암호 알고리즘을 사용하더라도, 다른 키를 사용하면 완전히 다른 암호문이 생성됩니다.
- 암호화할 때 사용한 키와 정확히 동일한 키를 사용해야만 암호문을 다시 평문으로 복호화할 수 있습니다 (대칭키 암호 방식의 경우). 공개키 암호 방식에서는 암호화와 복호화에 서로 다른 키를 사용합니다.
비유를 들어 설명하면 다음과 같습니다.
자물쇠가 암호 알고리즘이라고 생각할 수 있습니다. 자물쇠는 특정한 방식으로 내부 구조를 움직여 잠기거나 열립니다. 열쇠는 바로 키입니다. 올바른 모양의 열쇠(정확한 키)를 사용해야만 자물쇠(암호 알고리즘)를 열어 내용물(평문)을 확인할 수 있습니다. 다른 모양의 열쇠(잘못된 키)로는 자물쇠를 열 수 없듯이, 잘못된 키로는 암호문을 복호화할 수 없습니다.
따라서 암호화 과정은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
- 평문 (원본 2진수 데이터)과 암호 알고리즘, 그리고 키를 입력합니다.
- 암호 알고리즘은 입력된 키를 사용하여 평문에 대해 복잡한 수학적 연산을 수행합니다. 이 과정에서 단순한 0과 1 삽입이 아닌, 데이터의 위치를 바꾸거나 특정 값으로 대체하고, 수학적인 계산을 적용하는 등 다양한 변환이 일어납니다.
- 그 결과, 원래의 내용을 알아보기 어렵게 뒤섞인 암호문 (변환된 2진수 데이터)이 생성됩니다.
핵심은 키가 암호화 및 복호화 과정에서 중요한 역할을 한다는 점과, 암호 알고리즘 자체가 단순한 비트 삽입 이상의 복잡한 연산을 수행한다는 것입니다. 이러한 복잡성 덕분에 암호화된 데이터는 올바른 키 없이는 안전하게 보호될 수 있습니다.
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