대칭키 암호화

UP!/Crypto 2015. 11. 5. 10:55

１ 키의 저장

파일 시스템 안에 키를 저장할 경우 이에 대한 보안이 필요

가) 키 래핑(Wrapping)과 언래핑(Unwrapping)

① wrap() 함수 : Cipher 클래스에 있는 함수로 키를 매개변수로 받아서 암호화된 키의 바이트 배열을 반환

cipher.init(Cipher.WRAP_MODE, passwordKey, paramSpec);

byte[] encryptedKeyBytes = cipher.wrap(secretKey);

② unwrap() : 암호화된 키의 바이트 배열을 Key로 반환

cipher.init(Cipher.UNWRAP_MODE, passwordKey, paramSpec);

Key key = cipher.unwrap(encryptedKeyBytes, “Blowfish”, Cipher.SECRET_KEY);

나) 래핑을 하지 않는 키 암호화

① wrap()과 unwrap()이 없다면 Key.getEncoded(), SecretKeySpec을 이용해 암호화

② java.security.Key : 암호화된 키의 바이트 배열을 반환

byte[] keyBytes = myKey.getBytes();

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, passwordKey, paramSpec);

byte[] encryptedKeyBytes = cipher.doFinal(keyBytes);

③ SecretKeySpec : 키를 복호화

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, passwordKey, paramSpec);

byte[] keyBytes = cipher.doFinal(encryptedKeyBytes);

SecretKeySpec myKey = new SecretKeySpec(keyBytes, “Blowfish”);

２ 사이퍼 스트림(CipherStream)

가) 표준 입/출력 스트림을 암/복호화를 위한 래퍼 클래스를 제공

① CipherInputStream

② CipherOutputStream

나) 예제

FileInputStream input = new FileInputStream(“plaintext_filename”);

FileOutputStream output = new FileOutputStream(“ciphertext_filename”);

CipherOutputStram cipherOutput = new CipherOutputStream(output, cipher);

int r = 0;

while((r=input.read()) != null)

cipherOutput.write(r);

cipherOutput.close();

output.close();

input.close();

３ IV로 사이퍼 초기화

초기화 백터의 바이트를 생성하기 위해 java.security.SecureRandom을 이용

가) SecureRandom

① 예

byte[] randomBytes = new byte[8];

SecureRandom random = new SecureRandom();

random.nextBytes(randomBytes);

나) IV 생성과 사용

① 생성

IVParameterSpec iv = new IVParameterSpec(randomBytes);

② 사용

Cipher cipher = Cipher.getInstance(“Blowfish/CBC/PCS5PADDing”);

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);

다) IV 추적

① 복호화 할 때에도 동일한 IV가 사용되어야 함

② salt와 매우 비슷하며 숨길 필요 없이 암호문에 붙여서 사용함

４ 사이퍼 스트림 예제 – 파일 인코더

가) 사이퍼 스트림을 이용해 파일을 암/복호화

나) 키는 패스워드 기반 암호화로 파일에 저장 및 복호화

다) 4개의 기능을 포함

① createKey() : AES 키를 생성 하고 패스워드를 이용하여 암호화하여 파일에 저장

/**

* 1. 256bit AES(Rijndael)키를 생성

* 2. PBE를 이용하여 생성한 키를 암호화하여 파일에 저장

private static void createKey(char[] password) {

System.out.println("Generating a RijnDael key...");

// AES 대칭 키 생성기 객체 생성

KeyGenerator keyGenerator = null;

try {

keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("Rijndael");

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {}

// AES 키 생성

keyGenerator.init(256);

Key key = keyGenerator.generateKey();

System.out.println("Done generating the key");

// PBE 시작

// salt 생성

byte[] salt = new byte[8];

SecureRandom random = new SecureRandom();

random.nextBytes(salt);

// password로 PBEKeySpec 생성

PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password);

SecretKeyFactory keyFactory = null;;

SecretKey pbeKey = null;

try {

keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");

pbeKey = keyFactory.generateSecret(pbeKeySpec);

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {}

catch (InvalidKeySpecException e) {}

// PBEParameterSpec 생성

PBEParameterSpec pbeParamSpec = new PBEParameterSpec(salt, ITERATIONS);

// Cipher 생성 및 초기화

Cipher cipher = null;

byte[] encryptedKeyBytes = null;

try {

cipher = Cipher.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pbeKey, pbeParamSpec);

// AES키 암호화

encryptedKeyBytes = cipher.doFinal(key.getEncoded());

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {}

catch (NoSuchPaddingException e) {}

catch (InvalidKeyException e) {}

catch (InvalidAlgorithmParameterException e) {}

catch (IllegalBlockSizeException e) {}

catch (BadPaddingException e) {}

FileOutputStream fos;

try {

fos = new FileOutputStream(KEY_FILENAME);

//salt와 암호화된 키 바이트를 쓴다.

fos.write(salt);

fos.write(encryptedKeyBytes);

fos.close();

} catch (FileNotFoundException e) {}

catch (IOException e) {}

}

② loadKey() : 키가 저장된 파일로부터 읽어들여 복호화하여 키를 생성

private static Key loadKey(char[] password) throws Exception {

// 파일로부터 읽어들임

FileInputStream fis = new FileInputStream(KEY_FILENAME);

ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();

int i = 0;

while((i=fis.read()) != -1)

baos.write(i);

fis.close();

byte[] saltAndKeyBytes = baos.toByteArray();

baos.close();

// salt를 분리함. Base64 인코딩을 하지 않았기에 8byte 그대로 유지됨

byte[] salt = new byte[8];

System.arraycopy(saltAndKeyBytes, 0, salt, 0, 8);

// key를 분리함

int length = saltAndKeyBytes.length - 8;

byte[] encryptedKeyBytes = new byte[length];

System.arraycopy(saltAndKeyBytes, 8, encryptedKeyBytes, 0, length);

// PBE 시작

PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password);

SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");

SecretKey pbeKey = keyFactory.generateSecret(pbeKeySpec);

PBEParameterSpec pbeParamSpec = new PBEParameterSpec(salt, ITERATIONS);

// Cipher 생성 및 초기화

Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithSHAAndTwofish-CBC");

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pbeKey, pbeParamSpec);

// 키 복호화

byte[] decryptedKeyBytes = cipher.doFinal(encryptedKeyBytes);

SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(decryptedKeyBytes, "Rijndael");

return key;

}

③ encrypt() : 사이퍼 스트림을 이용하여 암호화 수행

private static void encrypt(char[] passowrd, String fileInput, String fileOutput) throws Exception {

// key 로드

System.out.println("Loading the key.");

Key key = loadKey(passowrd);

System.out.println("Loaded the key.");

// 사이퍼 생성

Cipher cipher = Cipher.getInstance("Rijndael/CBC/PKCS5Padding");

System.out.println("Initializing SecureRandom...");

// SecureRandom 생성하여 IV 초기화

SecureRandom random = new SecureRandom();

byte[] iv = new byte[16];

random.nextBytes(iv);

// 입력 파일과 출력 파일의 stream을 연다

FileInputStream fis = new FileInputStream(fileInput);

FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileOutput);

// 먼저 출력파일에 iv를 쓴다.

fos.write(iv);

// IvParameterSpec를 생성하고 사이퍼를 생성 및 초기화한다.

IvParameterSpec spec = new IvParameterSpec(iv);

System.out.println("Initializing the cipher...");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, spec);

// 출력 스트림과 사이퍼를 인자로 사이퍼 스트림을 생성한다.

CipherOutputStream cos = new CipherOutputStream(fos, cipher);

System.out.println("Encrypting the file");

// 입력 파일로부터 읽어들여 사이퍼 스트림에다 쓴다.

int theByte = 0;

while((theByte = fis.read()) != -1)

cos.write(theByte);

// 스트림을 모두 닫아준다.

fis.close();

cos.close();

}

④ decrypt() : 사이퍼 스트림을 이용하여 복호화 수행

private static void decrypt(char[] password, String fileInput, String fileOutput) throws Exception {

// key 로드

System.out.println("Loading the key");

Key key = loadKey(password);

System.out.println("Loaded the key.");

// 사이퍼 생성

Cipher cipher = Cipher.getInstance("Rijndael/CBC/PKCS5Padding");

// 입력 파일과 출력 파일의 stream을 연다

FileInputStream fis = new FileInputStream(fileInput);

FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileOutput);

// 입력파일에서 초기화 벡터 16byte를 읽어들인다.

// Base64인코딩을 하지 않았으므로 길이는 그대로다.

byte[] iv = new byte[16];

fis.read(iv);

// IvParameterSpec 생성 및 사이퍼 초기화

IvParameterSpec spec = new IvParameterSpec(iv);

System.out.println("Initializing the cipher...");

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, spec);

// 입력파일과 사이퍼를 인자로 사이퍼 스트림을 생성한다.

CipherInputStream cis = new CipherInputStream(fis, cipher);

System.out.println("Decrypting the file...");

// 입력파일로 부터 읽어들여 출력파일에 쓴다.

int theByte = 0;

while((theByte = cis.read()) != -1)

fos.write(theByte);

// 스트림을 모두 닫아준다.

cis.close();

fos.close();

}

５ 봉인 객체

가) 사이퍼 또는 키로 객체를 암호화할 수 있는 방법을 제공

나) 암호화 객체 또는 봉인 객체라 불림

다) 예

import java.io.IOException;

import java.security.InvalidKeyException;

import java.security.Key;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.BadPaddingException;

import javax.crypto.Cipher;

import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;

import javax.crypto.KeyGenerator;

import javax.crypto.NoSuchPaddingException;

import javax.crypto.SealedObject;

public class SealedObjectExample {

public static void main(String[] args) {

String creatiCard = "1234567890";

try {

KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede");

Key key = keyGenerator.generateKey();

Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);

System.out.println("Encrypting the Object");

SealedObject so = new SealedObject(creatiCard, cipher);

System.out.println("Decrypting the Object");

//String decryptedCrediteCard = (String) so.getObject(key);

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);

String decryptedCrediteCard = (String) so.getObject(cipher);

System.out.println("Credit card Number : " + decryptedCrediteCard);

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {