공개키 신뢰를 위한 검증체계
공개키 신뢰를 위한 검증체계
앞서 비대칭키 방식은 컴퓨팅 파워를 상당히 소모하는 방식이라고 설명한 바 있다.
때문에, 한번 만들어진 비대칭키는 여러번 사용되어야 한다.
일반적으로 1회 생성 시 6개월 ~ 1년 사용한다.
일반적으로 WEB(HTTP) 상에서는 비대칭키 형식이 아닌, X509 문서 형식의 SSL 인증서 형식으로 사용한다.
X509 문서는 SSL 인증서 정보, 공개키, Hash 값 등 다양한 정보를 포함하고 있다.
Hash 값은 CA 의 비공개키로 암호화 되어있다.
SSL 인증서 발급 방식은 다음과 같다.
WEB Server 담당자가 인증서 발급을 위해 RA(인증서 등록 대행) 업체에 구매요청을 한다.
요청을 받은 RA 업체는 CA(인증서 발급) 업체에 인증서 발급 요청을 한다.
CA 업체는 X509 문서 형식의 SSL 인증서와 비공개키를 발급해 RA 업체에 전달한다.
RA 업체는 WEB Server 담당자에게 인증서와 비공개키를 전달하고, 담당자는 WEB Server 에 인증서와 비공개키를 등록한다.
HTTPS 통신방식
클라이언트의 인사 (Client Hello):
클라이언트 브라우저가 웹사이트(서버)에 접속을 시도하면, "안녕? 우리 암호화된 통신할 건데, 나는 이런 암호화 방식들을 지원하고, 이것들은 내가 사용하는 임시 숫자야."라고 인사를 건낸다.
서버의 응답 및 신분증 제시 (Server Hello + Certificate):
서버는 클라이언트의 인사를 받고 "그래, 안녕! 너랑 나는 이 암호화 방식을 쓸 거야. 그리고 이건 내 신분증(SSL/TLS 인증서)인데, 이걸로 내가 진짜 이 웹사이트 주인인지 확인해봐."라고 응답한다.
핵심: 여기서 서버는 자신의 '공개키'를 직접 주는 것이 아니라, '공개키'가 포함된 '인증서'를 준다. 이 인증서는 서버의 신분을 증명하는 일종의 전자 신분증이다.
클라이언트의 신분증 검증 (인증서 유효성 검사):
클라이언트(브라우저)는 서버가 준 신분증(인증서)을 받아들고 바로 믿지 않는다. 먼저 신분증이 진짜인지 검증해야 한다.
"클라이언트는 기관인증서(CA의 공개키)를 통해 인증서 내 Hash 값을 복호화하고, Hash 값을 비교해 올바른 인증서인지 검증한다."
이 부분이 중요하다. 서버의 신분증(인증서)은 '공인된 기관(CA: Certificate Authority)'이 "이 서버는 진짜입니다!"라고 서명한 것이다. 이 서명은 CA의 '개인키'로 암호화되어 인증서에 포함되어 있습니다.
클라이언트 컴퓨터에는 운영체제 업데이트 등을 통해 미리 '신뢰할 수 있는 CA들의 공개키(기관인증서)'가 잔뜩 심어져 있다.
클라이언트(브라우저)는 이 미리 심어져 있는 CA의 공개키를 사용하여 서버 인증서에 있는 CA의 서명을 복호화한다.
복호화된 결과는 일종의 '해시(Hash) 값'이다. 브라우저는 서버 인증서의 내용을 바탕으로 똑같은 해시 값을 스스로 다시 계산한다.
만약 미리 계산된 해시 값과 CA 서명을 복호화해서 얻은 해시 값이 일치한다면, "아, 이 인증서는 CA가 진짜 서명한 게 맞네! 위조되지 않았군!"이라고 판단한다.
여기에 더해, 인증서의 유효 기간은 지났는지, 이 인증서가 접속하려는 도메인과 일치하는지 등도 꼼꼼히 확인한다.
"운영체제 보안 업데이트 시 CA의 공개키를 컴퓨터에 심어주게 된다."
비밀 열쇠 만들기 및 전달 (Client Key Exchange):
신분증이 진짜라고 확인되었다면, 이제 안전하게 '비밀 열쇠(세션 키)'를 만들어야 한다.
"위 과정을 통해 올바른 인증서인지 검증이 되었다면, 인증서 내 공개키를 통해서 대칭키(Session Key)를 암호화 해 서버에 전달한다."
클라이언트가 통신에 사용할 실제 '비밀 열쇠(세션 키)'를 하나 만든다.
이 비밀 열쇠를 서버의 '공개키'로 암호화해서 서버에게 보낸다. (이 공개키는 오직 해당 서버의 '개인키'로만 복호화할 수 있으므로, 중간에 도청당해도 안전하다.)
비밀 열쇠 공유 완료 및 암호화 통신 시작 (Change Cipher Spec + Finished):
서버는 자신의 '개인키'로 클라이언트가 보낸 암호화된 비밀 열쇠를 복호화하여 실제 비밀 열쇠를 알아낸다.
이제 클라이언트와 서버는 둘 다 동일한 '비밀 열쇠(세션 키)'를 공유하게 된다.
서로 "이제부터 이 비밀 열쇠로 암호화해서 대화하자!"라고 최종 확인 메시지를 주고받는다.
인증서의 표준 형식은 X.509이며, 그 안에 포함되는 주요 정보들은 다음과 같다.
웹사이트 주소: 이 인증서가 누구(어떤 웹사이트 주소)의 신분증인지 알려준다. (예:
www.google.com)웹사이트 공개키: 웹사이트가 사용자에게 보내는 '열쇠(공개키)'이다. 이 열쇠로 나중에 보낼 '비밀 열쇠(세션 키)'를 암호화하여 서버에 보내게 된다.
발급 기관 이름: 이 신분증을 발급해 준 '공인된 기관(CA)'의 이름이 적혀 있다. 브라우저는 이 기관을 믿을 수 있는지 확인한다.
유효 기간: 이 신분증이 언제부터 언제까지 유효한지 적혀 있다. 기간이 지나면 사용할 수 없다.
발급 기관의 디지털 서명: CA가 이 신분증이 진짜라는 것을 보증하기 위해 찍은 '전자 도장'이다. 브라우저는 이 도장이 진짜인지 확인하여 인증서가 위조되지 않았는지 검증한다.
클라이언트가 서버 인증서의 진위 여부를 확인하기 위해 자체적으로 해시값을 만든다. 이 과정은 다음과 같다.
원본 내용 추출: 클라이언트는 서버 인증서에서 'CA(인증기관)의 디지털 서명' 부분을 제외한 나머지 모든 내용을 가져온다. 이 부분이 CA가 서명한 원본 데이터이다.
해시 함수 사용: 인증서에 명시된 동일한 해시 함수(예: SHA-256)를 사용한다.
해시값 계산: 추출한 원본 내용을 이 해시 함수에 넣어 계산한다. 이 과정에는 어떤 키도 필요 없다.
PKI 인증체계
위와 같이 X509 형식의 SSL 인증서를 통한 인증체계를 PKI 인증체계라고 부른다.
SSL 인증서의 Hash 값은 CA 의 Private Key 로 암호화 되어있다.
CA 와 RA
CA : 인증서 발급과 취소의 실질적인 업무를 하는 기관이다.
RA : 사용자의 신분을 확인하고, CA 간 인터페이스를 제공하는 기관이다.
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