HTTPS와 SSL/TLS

HTTP 와 HTTPS

HTTP는 Hypertext Transfer Protocol의 약자다. 즉 Hypertext인 HTML을 전송하기 위한 통신규약을 의미한다. HTTPS에서 마지막 S는 Over Secure Socket Layer의 약자로 Secure라는 말을 통해 알 수 있듯이 보안이 강화된 HTTP라는 것을 짐작할 수 있다. HTTP는 암호화가 되지 않은 방법으로 데이터를 전송하기 때문에 서버와 클라이언트가 주고 받는 메시지를 감청하는 것이 매우 쉽다. 그렇기 때문에 중요한 기밀 문서를 열람하는 과정에서 악의적인 감청이나 데이터의 변조등이 일어날 것을 대비한 것이 HTTPS다.

HTTPS와 SSL

https와 SSL를 같은 의미로 이해하고 있는 경우가 많다. 이것은 맞기도 하고 틀리기도 하다 왜냐하면 https가 ssl 프로토콜 위에서 돌아가는 프로토콜이기 때문이다.

SSL과 TLS

같은 말이다. 네스케이프에 의해서 SSL이 발명되었고 관리 기구가 변하면서 TLS라는 이름으로 바뀐 것 뿐이다.

대칭키

암호를 만들 때 사용되는 키와 암호문을 복호화할 때 사용되는 키가 같은 구조로 키 자체가 노출되어선 절대 안됨.

공개키

공개키 방식은 두 개의 키를 갖게 되는데 A키로 암호화를 하면 B키로 복호화 할 수 있고, B키로 암호화하면 A키로 복호화 할 수 있는 방식이다. 이 방식을 착안해서 두 개의 키 중 하나를 비공개키(private key, 개인키, 비밀키)로 하고, 나머지를 공개키(public key)로 지정한다. 그래서 보통 공개키는 노출이 되어도 상관이 없기에 외부에 노출 시키고, 개인키는 마치 비밀번호처럼 절대 노출되어선 안된다.

전자 서명 방식

전자 서명에서는 공개키를 다른 방식으로 활용한다. 개인키의 소유자는 개인키를 이용해서 정보를 암호화하고 공개키와 함께 암호화된 정보를 전송한다. 정보와 공개키를 획득한 사람은 공개키를 이용해서 암호화된 정보를 복호화 한다. 이 과정에서 공개키가 유출된다면 의도하지 않은 공격자에 의해서 데이터가 복호화 도리 위험이 있다. 이런 위험에도 불구하고 비공개키를 이용해서 암호화를 하는 이유는 무엇일까? 그것은 데이터를 보호하는 것이 목적이 아니기 때문이다. 암호화된 데이터를 공개키를 가지고 복호화 할 수 있다는 것은 그 데이터가 공개키와 쌍을 이루는 비공개키에 의해서 암호화 되었다는 것을 의미한다. 즉 공개키가 데이터를 제공한 사람의 신원을 보장해주게 되는 것이다.

CA

인증서의 역할은 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지를 보장하는 역할을 한다. 이 역할을 하는 민간기업들이 있는데 이런 기업들을 CA(Certificate authority) 혹은 Root Certificate라고 불린다. 신뢰성이 엄격하게 공인된 기업들만이 참여할 수 있다. 그리고 웹 브라우저들은 이 CA 리스트(목록들)가 내장되어 있다.

 

SSL의 동작 방법

결론부터 말하면 SSL은 암호화된 데이터를 전송하기 위해 공개키와 대칭키를 혼합해서 사용한다. 즉 클라이언트와 서버가 주고 받는 실제 정보는 대칭키로 암호화하고, 대칭키 방식으로 암호화된 실제 정보를 복호화할 때 사용할 대칭키는 공개키 방식으로 암호화해서 클라이언트와 서버가 주고 받는다.

• 실제 데이터 : 대칭키
• 대칭키의 키 : 공개키

컴퓨터와 컴퓨터가 네트워크를 이용해서 통신을 할 때는 내부적으로 3가지 단계가 있다. 아래와 같다.

악수 -> 전송 -> 세션종료

악수(handshake)

사람과 사람이 처음 만나면 악수를 하는 것처럼 컴퓨터간의 서로 처음 네트워크에서 만나면 이와 비슷한 행위를 한다. 이때 서로 상대방이 존재하는지, 또 상대방과 데이터를 주고 받기 위해서는 어떤 방법을 사용해야하는지를 파악한다. 

 

1. 클라이언트가 서버에 접속한다. 이 단계를 Client Hello라고 한다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.

• 클라이언트 측에서 생성한 랜덤 데이터 
• 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들 : 클라이언트와 서버가 지원하는 암호화 방식이 서로 다를 수 있기 때문에 상호간에 어떤 암호화 방식을 사용할 것인지에 대한 협상
• 세션 아이디 : 이미 SSL 핸드쉐이킹을 했다면 비용과 시간을 절약하기 위해서 기존의 세션을 재활용하게 되는데 이 때 사용할 연결에 대한 식별자를 서버측으로 전송

2. 서버는 Client Hello에 대한 응답으로 Server Hello를 하게 된다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.

• 서버측에서 생성한 랜덤 데이터
• 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식 : 클라이언트가 전달한 암호화 방식중에서 서버쪽에서도 사용할 수 있는 암호화 방식을 선택해서 클라이언트로 전달한다.
• 인증서

3. 클라이언트(웹 브라우저)는 서버의 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해 클라이언트(웹 브라우저)에 내장된 CA 리스트를 확인한다. CA 리스트에 인증서가 없다면 사용자에게 경고 메시지를 출력한다. 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA의 공개키를 이용해서 인증서를 복호화한다. 복호화에 성공했다면 인증서는 CA의 개인키로 암호화된 문서임을 암시적으로 보증된 것이다. 인증서를 전송한 서버(웹 페이지)를 믿을 수 있게 된 것이다.

 

클라이언트는 서버의 랜덤 데이터와 클라이언트 랜덤 데이터를 조합해서 pre master secret라는 키를 생성한다. 이 키는 뒤에서 살펴볼 세션단계에서 데이터를 주고 받을 때 암호화하기 위해 사용될 키다. 이 때 사용할 암호화 기법은 대칭키이기 때문에 pre master secret 값은 제3자에게 절대로 노출되어선 안된다.

 

그럼 이 대칭키를 어떻게 서버에 전달할 것인가인데, 이 때 사용하는 것이 공개키 방식이다. 서버의 공개키로 방금 생성한 대칭키를 암호화해서 서버로 전송하면 서버는 자신의 개인키로 안전하게 복호화할 수 있다. 그럼 서버의 공개키는 어떻게 구할 수 있을까? 서버로부터 받은 인증서 안에 들어 있다.

 

4. 서버는 개인키로 pre master secret을 복호화하고 값을 master secret 값으로 만든다. 이 값으로 session key를 생성하는데 이 session key 값을 이용해서 서버와 클라이언트는 데이터를 대칭키 방식으로 암호화한 후에 주고 받는다. 클라이언트와 서버는 핸드쉐이크 단계의 종료를 서로에게 알린다.

세션종료

데이터의 전송이 끝나면 SSL 통신이 끝났음을 서로에게 알려준다. 이 때 통신에서 사용한 대칭키인 세션키를 폐기한다.

공개키와 대칭키를 같이 쓰는 이유!!

그냥 공개키로 하면 될 것을 대칭키와 조합해서 하는 이유는 비용의 문제다. 공개키로만 하게 될 경우 많은 컴퓨터 파워를 요구한다. 접속자가 많이 몰리면 서버는 매우 큰 비용을 지불해야 할 것이다. 반대로 대칭키는 암호를 하거나 푸는 열쇠인 키라서 안전하게 상대에게 전송해야 한다. 하지만 암호화 되지 않은 인터넷을 통해서 그냥 보내는것은 위험하기 때문에 이렇게 섞어서 사용하는 것이다.

정리

1. 서버로부터 인증서를 받는다.

2. CA 리스트를 확인하고 공개키로 복호화가 되면 믿을 수 있는 사이트가 된다.

3. 클라이언트가 대칭키를 만들고 CA 공개키로 암호화해서 서버로 보낸다.

4. 서버는 개인키로 복호화를 해서 대칭키 값을 얻는다.

5. 이제 클라이언트와 서버는 대칭키로 데이터를 암호화해서 주고 받는다.

PS 개인키로만 하지 않는 것은 비용의 문제가 있어서, 개인키+대칭키 방식을 사용한다.

 

출처 : https://opentutorials.org/course/228/4894

HTTPS와 SSL 인증서 - 생활코딩