키 교환

Key Exchange, Key Agreement 키 교환, 키 교환 방식, 키 합의	(2022-04-12)
Diffie-Hellman, 디피-헬만, Diffie-Hellman 알고리즘

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1. `키 교환 (Key Exchange)` 보다는 `키 합의 (Key Agreement)`가 더 적절한 용어

ㅇ 두 당사자 간에, 사전에 준비된 키가 없더라도, 안전하지 못한 채널(비 보안 채널)을 통해서도,
- 동일한 비밀 키(세션 키)를 공유할 수 있게끔,
- 일련의 패킷 등을 교환해가며 대칭 키를 합의하는 과정

ㅇ 즉, 직접적인 키 교환은 아니지만,
- 특정 규칙에 의해 각자 비밀키를 생성하더라도,
- 결국 같은 비밀키를 갖게되는 키 합의 과정 임

ㅇ 종류
- 디피헬만 방법에 의한 키 교환 알고리즘
- 타원 곡선 방정식을 이용한 키 교환 알고리즘

2. Diffie-Hellman 방법에 의한 키 교환 알고리즘

ㅇ 1976년 Whitfield Diffie 및 Martin Hellman이 개발한 최초의 공개키 알고리즘
* (암호학의 새로운 방향, "New Directions in Cryptography"에서)
- 풀기 어려운 유한체 이산 대수 문제(Discrete Logarithm Problem)에 착안
- 지수승은 쉽게 할 수 있지만, 이의 역산은 어려움에 기반을 둠

ㅇ 방법
- 대칭키 생성 전에 양 당사자가 사전에 합의해야할 2개 전역 매개변수가 있게됨
. 하나는 큰 소수 q이고, 다른 하나는 원시근 α
- 두개의 절반키 생성 및 결합된 하나의 완전키
. 절반 키 : A 자신의 개인키(랜덤수 X_A)를 사용하여 만든 A의 공개키

. 절반 키 : B 자신의 개인키(랜덤수 X_B)를 사용하여 만든 B의 공개키

. 결합된 완전 키 : 쌍방이 계산하는 비밀 세션 키 (대칭키)

ㅇ 장점
- 신뢰할 수 있는 제 3자를 이용하지 않고도,
. 사전에 공유된 비밀 키 없이도,
. 당사자들 간에 동일한 세션키를 계산해내는 방법
- 비밀키를 필요시 마다 달리 생성하여, 비밀키 보관에 따른 노출 위험성이 작아짐

ㅇ 단점
- 세션키를 교환하는 과정에서 진짜 상대방을 신뢰할 수 없음
. 즉, 상대방에 대한 인증 기능 없음

3. 802.11 키 교환 例)

※ ☞ 세션 키, 802.11 키 관리, 802.11 키 구분 참조

ㅇ 802.11에서 필요한 키 종류
- 사전 마스터 키 (Pre Master Key)
. 통상, 클라이언트가 Pre Master Key라는 난수(Random Number)를 생성하고,
. 서버 공개키에 의해 이 난수를 암호화한 후에 서버에 전송하고,
. 서버는 이 난수를 서버 개인키로 해독(역암호화)하고,
. 결국, 클라이언트,서버 양쪽에서 Master Key가 이러한 Pre Master Key로부터 유도됨

- 마스터 키 (Master Key)
. 세션 키가 마스터 키에 의해 암호화되어 전달됨
. 통상, 사용자는 KDC(키분배센터)/서버와 함께 마스터키라는 비밀키를 상호공유하게 됨
. 하나의 마스터키로 동일 사용자에게 여러 세션의 개설에도 사용 가능

- 세션 키 (Session Key)
. 양 종단 간 성립된 한시적 연결 세션에 만 사용되는 암호화용 일시적인 대칭 키

* 최종적으로, 키 분배 센터와 사용자 간에 1:1 둘 만의 유일한 비밀키를 공유하게 됨
. 세션 키는 마스터 키에 의해 암호화되어 전달됨

ㅇ 802.11에서 키 분배 2 단계
- Master Key Establishment (마스터 키 성립)
. 수동적(공유키 설정) 또는 동적(EAP/802.1x/RADIUS)으로 성립
. 마스터 키 성립 단계에서, 양쪽(STA,AP)에서 PMK 또는 GMK가 공유됨
. 이로부터 특정 세션를 위해 쓰여질 임시 키를 위한 키 교환(분배) 이루어짐

- Key Exchange/Key Agreement (4-Way Handshake)
. 연속적으로 임시 키 생성을 위한 키 교환 협상이 시작됨

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