Stream Cipher   스트림 암호

1. 스트림 암호화

  ㅇ 연속적인 비트/바이트/단어들을 순차적으로 암호화하는 방식
     - 이전 암호화 결과에 따라 다음 암호화가 결정됨

  ㅇ 대칭키 암호화 방식의 일종
     - 암호화
        . 평문이 키 스트림(Key Stream)이라는 의사난수열과 병합(주로,비트 단위 XOR)되어,
        . 암호문이 생성됨
     - 역암호화
        . 수신된 암호문에 동일한 의사난수열을 XOR 시킴


2. 스트림 암호화의 특징

  ㅇ 연속성
     - 연속적인 비트/바이트/단어(1,8,32,... 비트)들을 순차적으로 암호화
     - 비트나 바이트 처럼 데이터의 작은 단위들 마다 입력 처리됨 
     - 통상, 한 번에 한 바이트씩 계속 반복하며 암호화 수행
  ㅇ 기억성
     - 현재의 입력에 대한 출력은 과거의 입력에 대해 영향을 받음
  ㅇ 순차성
     - 데이터가 정해진 단위별로 순차적 암호화되므로, 
     - 현재의 내부 상태를 유지할 필요 있음
  ㅇ 연산 : XOR
  ㅇ 적용 : 통신 채널, 전송계층 보안(SSL/TLS 웹 보안) 등
  ㅇ 키 자체의 생성은 공유비밀키(대칭키)에 의함
     - 키 스트림(Keystream)의 생성은, 공유 비밀키(Shared Secret Key)로부터 생성됨

     


3. 스트림 암호화의 구분

  ㅇ 동기성 여부
     - 동기식 암호화
     - 비동기식 암호화
  ㅇ 처리 단위
     - 비트 암호화
     - 바이트 암호화


4. 스트림 암호 방식의 例

  ㅇ RC4 (Rivest Cipher 4)
     - 설계자/년도 : Ronald Rivest에 의해 설계됨, 1987년 
     - 특징
        . 바이트 단위의 스트림 암호화 방식
           .. 평문 1 바이트와 암호키 1 바이트가, XOR 처리되어, 암호문 1 바이트를 생성
        . 상태 바이트 종류 (상태 배열 : S[0],S[1],...,S[255]) : (키 스케줄링 및 난수 생성)
           .. 원소 인덱스 번호 : 0 ~ 255 사이의 정수
           .. 원소 내용 : 1 ~ 256 바이트 중 어떤 값이라도 됨
        . 키 바이트 종류 (키 배열 : K[0],K[1],...,K[255])
           .. 원소 인덱스 번호 : 0 ~ 255 사이의 정수
     - 응용 : WEP, WPA(초기 버전), SSL/TLS (초기 버전 등)

  ㅇ A5/1 등
     - 설계자/년도 : GSM 협회, 1980년대 후반
     - 특징
        . GSM 통신에서 사용되는 비트 기반 스트림 암호
        . 3개의 선형 피드백 시프트 레지스터(LFSR) 사용
        . 초기화 시 64비트 키 및 프레임 번호 사용
     - 응용 : 2G GSM 이동통신 시스템

  ㅇ A5/2
     - 특징
        . A5/1보다 보안 수준이 낮은 변형
        . 개발도상국 수출용으로 개발되었으나 매우 쉽게 깨짐
     - 응용 : 일부 GSM 시스템에서 사용되었으나 현재는 폐기됨

  ㅇ eSTREAM 프로젝트 암호들
     * (ECRYPT 프로젝트에서 유럽연합 지원 하에 개발된 스트림 암호 후보들)
     - Salsa20 / ChaCha20
        . 설계자: Daniel J. Bernstein
        . 특징
           .. 블록 기반 설계이지만 키스트림 생성 방식이 스트림 암호와 유사
           .. 고속, 높은 보안성
        . 응용: Google TLS, WireGuard VPN 등에서 ChaCha20 사용
     - Grain v1
        . 특징
           .. LFSR + NFSR 기반 설계
           .. 경량 스트림 암호
        . 응용 : IoT 환경, 제한된 연산 자원에서의 사용 고려
     - Trivium
        . 특징
           .. 288 비트 내부 상태
           .. 단순한 구조로 하드웨어 구현에 적합
        . 응용 : 경량 스트림 암호 분야에서의 연구용

  ㅇ MICKEY (Mutual Irregular Clocking KEYstream generator)
     - 특징
        . eSTREAM 경량 부문 최종 선정 암호 중 하나
        . LFSR과 NFSR 결합 방식 사용
     - 응용 : 하드웨어 제한 환경에서의 스트림 암호 구현