📌 먼치 POINT

✅ 2세대 암호
- 데이터를 암호화하여 암호문으로 바꾸는 과정
- 잠그는 과정을 암호화, 푸는 과정을 복호화, 이 때 필요한 열쇠는 비밀키

✅시저 암호
- 최초의 암호로, 알파벳을 세 뒤 자의 알파벳으로 대체하는 단순 대체 암호

✅에니그마
- 2차 세계 대전 당시 등장한 암호화 기계
- 에니그마에 저장된 규칙은 비밀키를 통해 변경 가능
- 앨런 튜링이 암호화 키를 역추정하며 해독
- 이를 바탕으로 컴퓨터의 원형인 콜러서스 발명

✅현대 암호
- AES 표준 암호 사용
- 우주가 끝날 때 까지 해독해야 풀릴 수준의 암호

2세대 암호란 무엇인가?

2세대 암호는 데이터를 암호화해서 암호문으로 바꾸는 과정을 의미합니다. 이때 사용하는 키를 비밀키라고 부르는데, 동일한 비밀키가 있으면 암호문에서 원래의 평문을 복구할 수 있습니다. 우리가 원하는 것은 어떤 물건을 안전하게 보호하는 것입니다.

암호화의 기본 원리: 금고와 열쇠의 비유

금고는 안전한 보관 장소를 제공합니다. 물건을 안전하게 보호하려면 금고에 물건을 집어넣고, 닫은 다음 열쇠로 잠그면 도난에 안전합니다. 누구도 이것을 꺼내갈 수 없죠. 물건을 꺼내려면 당연히 똑같은 열쇠로 다시 열면 안에서 우리가 넣었던 물건을 다시 꺼낼 수 있습니다.

이 일을 데이터 세상에서 한다고 생각해 봅시다. 금고에 데이터를 넣고 열쇠로 잠급니다. 그리고 이것을 클라우드에 올려놓으면, 클라우드에서 다운을 받아가는 사람이 내용을 알 수는 없습니다. 그런데 추후에 금고 열쇠를 전달해주면 그 내용을 다 열어볼 수 있게 됩니다. 이렇게 잠그는 과정을 암호화라고 하고, 푸는 과정을 복호화, 그리고 그때 필요한 열쇠를 비밀키라고 부릅니다.

암호의 발전: 시저 암호

최초에 사용되었던 암호는 시저 암호라고 부릅니다. 시저 암호는 알파벳을 대체하는 단순 대체 암호로, 2천여 년간 많이 사용되었습니다. 2천년 전 시저는 평문이 있으면 알파벳을 세 자 뒤의 알파벳으로 대체하는 암호를 사용했습니다. 이것이 시저가 가족과 측근들과 썼던 암호입니다. 예를 들면 a는 d가 되고, b는 e가 되며, z는 c가 됩니다. 따라서 abcd를 defg로 암호화하게 됩니다. 

마찬가지로 암호문이 있으면 거꾸로 뒤로 세 칸을 이동하면 평문이 만들어집니다. 키 3 대신 4나 5, 7, 12를 쓸 수도 있지만, 가짓수가 너무 적어서 전수조사로 다 조사해 볼 수 있습니다. 그보다 조금 더 어렵게 만든 암호가 26자의 알파벳을 다른 26자로 대체하는 것입니다. 그러면 가짓수가 26의 팩토리얼이 되어 대략 4×10²⁶승이라는 굉장히 많은 경우의 수가 생겨 맞추기 어려워집니다.

에니그마: 2차 세계대전의 암호 기계

에니그마는 2차 세계대전 때 널리 쓰였던 암호화 기계입니다. 이 기계는 암호학적으로 우수할 뿐만 아니라 공학적으로도 훌륭해서 굉장히 편리하게 되어 있습니다. 타자기처럼 생긴 이 기계는 평문을 치면 타자기에 암호문이 찍히는 암호화 기계입니다. 놀랍게도 이 기계는 똑같은 키를 세팅해놓고 암호문을 치면 평문이 나옵니다. 기계가 2개일 필요가 없죠. 

에니그마는 규칙이 저장되어 있는데, 똑같은 규칙을 계속 쓰게 되면 기계만 훔쳐가면 암호가 해독되기 때문에 비밀키를 넣어서 계속 바꿉니다. 첫 번째 글자를 암호화할 때, 두 번째 알파벳을 암호화할 때, 세 번째 알파벳을 암호화할 때 모두 다른 암호를 사용합니다. 이는 고전적인 2세대 암호 중에서 가장 복잡하게 만든 암호였습니다.

2차 세계대전과 암호의 중요성

암호학자들 입장에서 보면 2차 세계대전이야말로 암호가 승패를 가른 전쟁이라고 볼 수 있습니다. 2차 세계대전 때 무선 통신이 발달했기 때문입니다. 유선 통신은 도청이 꽤 어렵지만, 무선통신은 다릅니다. 비행기가 날아가고 있을 때 비행기에게 명령을 전달하면 우리 비행기만 듣는 것이 아니라 적군의 비행기도 듣게 됩니다. 그렇기에 암호가 꼭 필요한 전쟁이 되었던 것입니다.

그래서 암호에 대한 연구가 많이 있었고, 독일군은 이런 훌륭한 암호를 만들어서 조직적으로 전략 전술을 활용하게 되었습니다. 반면 이 암호가 깨지면서 독일군은 어려움에 처하게 됩니다. 독일군이 에니그마를 이용해서 암호화한 통신을 내보냈는데, 그것을 연합군에서 다 풀어냈기 때문입니다.

앨런 튜링의 암호 해독과 컴퓨터의 탄생

오랫동안 암호 해독은 어려웠습니다. 특히 유명한 일화가 앨런 튜링과 관련된 것인데, 영화 '이미테이션 게임'에 보면 앨런 튜링과 여러 수학자, 물리학자, 언어학자 등이 모여서 암호를 깨려고 노력합니다. 처음에는 성공적이지 못했습니다. 그러다가 에니그마 기계를 입수해서 원리를 분석했지만, 비밀키가 없어서 깰 수 없었습니다.

앨런 튜링은 독일군이 암호를 할 때 날씨로 시작한다는 패턴을 추정했습니다. 그러면 '베터(날씨)'라는 단어가 처음에 나온다는 것을 알 수 있었죠. 암호화 방식은 모르지만 암호문과 그것에 해당되는 평문이 무엇인지를 알게 된 것입니다. 그것으로부터 암호화 방식을 추정하고, 역으로 암호화 키를 추정하는 수학적인 방법을 만들게 되었습니다.

앨런 튜링은 이것을 깨는 수학적 이론을 만들고, 더 나아가서 그것을 효율적으로 처리할 수 있는 콜로서스라는 기계를 만들게 됩니다. 사실 콜로서스라는 기계가 지금 우리가 아는 컴퓨터의 원형이라고 볼 수 있습니다.

현대 암호 기술의 안전성

현대에서는 현대적인 2세대 암호를 만들어서 쓰고 있습니다. 최근에는 AES(Advanced Encryption Standard)라고 하는 표준 암호들이 쓰이고 있으며, 이런 암호들은 충분히 안전하다고 알려져 있습니다. 에니그마보다도 훨씬 안전합니다.
실제로 현재 암호가 추구하는 안전성은 우주가 끝날 때까지 해독을 해야 풀까 말까 한 수준을 타깃으로 합니다. 2세대 암호로도 이미 이런 수준에 도달했기 때문에, 안전성보다는 기능성을 추가하여 더 사용하기 편리하게 만드는 방향으로 발전하고 있습니다.

마무리하며

2세대 암호는 데이터 보안의 핵심 기술로서 역사적으로 중요한 역할을 해왔습니다. 시저 암호부터 시작하여 에니그마까지, 그리고 현대의 AES에 이르기까지 암호 기술은 지속적으로 발전해왔습니다. 특히 2차 세계대전에서 보여준 것처럼 암호 기술은 단순한 정보 보호를 넘어 전쟁의 승패를 좌우할 만큼 중요한 기술이 되었습니다. 앨런 튜링의 암호 해독 과정에서 탄생한 컴퓨터 기술과 함께, 암호학은 현대 정보 사회의 기반 기술로 자리잡고 있습니다.

Created by 카오스 사이언스
CC BY 라이선스 / 교정 SENTENCIFY / 편집자 하윤아